1、提要1.1 虛擬現實技術的基本概念1.2 虛擬現實系統的組成1.3 虛擬現實技術的原理和硬件要求1.4 虛擬現實技術的主要應用領域 婁 巖 教授精品課資源網站p了解虛擬現實的定義、基本特性、系統組成了解虛擬現實的定義、基本特性、系統組成和關鍵技術。和關鍵技術。p掌握虛擬現實系統的原理、實現方法和硬件掌握虛擬現實系統的原理、實現方法和硬件要求。要求。p了解虛擬現實技術的應用領域。了解虛擬現實技術的應用領域。 本章要點要點精品課資源網站本章教學設計教學設計一、學習知識點制作幻燈片（參考教材、課件、網絡檢索）二、網絡檢索醫學虛擬現實技術的國內外發展現狀，制作演講幻燈片（提升能力，學生自由選作）本章教

2、學設計1、典型的虛擬現實技術（沉浸型、增強型、桌面型、分布式）；2、虛擬現實技術在臨床和生物醫學的應用案例；3、虛擬現實技術的實現工具。精品課資源網站1.1 虛擬現實技術的基本概念 虛擬現實（虛擬現實（ VR)VR)，即本來沒有的事物和環境，通過各種技術虛，即本來沒有的事物和環境，通過各種技術虛擬出來，讓人感覺如真實的一樣。擬出來，讓人感覺如真實的一樣。 VR VR是建立在計算機圖形學、人機接口技術、傳感技術和人工智是建立在計算機圖形學、人機接口技術、傳感技術和人工智能等學科基礎上的綜合性極強的高新信息技術，在軍事、醫學、設能等學科基礎上的綜合性極強的高新信息技術，在軍事、醫學、設計、藝術、娛

3、樂等多個領域都得到了廣泛的應用，被認為是計、藝術、娛樂等多個領域都得到了廣泛的應用，被認為是2121世紀世紀大有發展前途的科學技術領域。大有發展前途的科學技術領域。 精品課資源網站虛擬仿真案例1：人類胚胎發育全過程精品課資源網站 虛擬現實 (Virtual Reality，簡稱 VR ) 或稱虛擬環境 (Virtual Environment)，是一種逼真的視、聽、觸覺一體化的計算機生成環境，用戶可以借助必要的裝備以自然的方式與虛擬環境中的物體進行交互作用和相互影響，從而獲得等同真實環境的感受和體驗。1.虛擬現實的定義精品課資源網站1.虛擬現實的定義 虛擬現實就是要創建一個酷似客觀環境、超越客

4、觀時空、使人能沉浸其中、又能駕馭它的和諧人機環境，既由多維信息所構成的可操縱的空間。 虛擬仿真案例2：藥物治療肝臟疾病精品課資源網站2.虛擬現實的基本特征由于沉浸感、交互性和構想性三個特性的英文單詞的第一個字母均為I，所以這三個特征又通常被統稱為3I特性。3I精品課資源網站虛擬現實最重要的特點就是虛擬現實最重要的特點就是“逼真逼真”與與“交互交互”性。性。2.虛擬現實的基本特征人仿佛置身于真實環境中與各種物體及現象相互作用。參與者在虛擬世界中，有如身臨其境一樣。環境中的物體和特性，按照自然規律發展和變化，讓人有如身臨其境般感受視覺、聽覺、觸覺、運動覺、味覺和嗅覺的變化。精品課資源網站三維模型數

5、據庫三維模型數據庫幾何構造系統幾何構造系統計算機接口計算機接口用戶應用系統用戶應用系統仿真管理器仿真管理器效果產生器效果產生器跟蹤跟蹤其他輸入其他輸入用戶用戶實景仿真器實景仿真器應用系統應用系統1.2 虛擬現實系統的四個組成部分精品課資源網站1.效果產生器完成人與虛擬場景交互的接口裝置。包括能產生沉浸感受的各類輸出裝置，以及能測定視線方向和手指動作的輸入裝置。未來將會開發出模擬味覺和嗅覺的設備，那時虛擬現實將更加真實。觸覺、位置感方面頭盔式立體顯示儀等聽覺方面視覺方面立體音響、語音識別等“數據手套”、“數據服”、眼球運動檢測等裝置目前已經開發出來的產品有目前已經開發出來的產品有精品課資源網站2

6、.實景仿真器是虛擬現實系統的核心部分，是VR的引擎。數據庫的建立和管理等。數據庫用來存放整個虛擬世界中所有對象模型的相關信息。三維立體聲的生成、三維場景的實時繪制；虛擬世界中對象的幾何模型，物理模型，行為模型的建立和管理；其工作原理是負責從輸入設備中讀取數據、訪問與之任務相關的數據庫，執行任務要求的實時計算，從而更新虛擬世界的狀態，并把結果反饋給（輸出）顯示設備。精品課資源網站仿真動態邏輯結構3.應用系統 面向不同虛擬過程的軟件部分。仿真對象之間的交互關系仿真對象與用戶之間的交互關系4.幾何構造系統提供了描述仿真對象的物理特性（外形、顏色、位置）的信息，然后，虛擬現實系統中的應用系統在生成虛擬

7、境界時，要使用和處理這些信息。精品課資源網站 1.3 虛擬現實技術的原理和硬件要求精品課資源網站若想構造一個虛擬環境，在硬件若想構造一個虛擬環境，在硬件方面需要有以下幾類設備的支持：方面需要有以下幾類設備的支持：虛擬現實的硬件要求 跟蹤系統：用以確定參與者的頭、手和身軀的位置； 觸覺系統：提供參與者感知力與壓力的反饋； 音頻系統：提供立體聲源和判定空間位置； 高性能計算機處理系統：具有高處理速度、大存儲量、實時處理等特性。 圖像生成和顯示系統：產生視覺圖像和立體顯示。精品課資源網站1. 產品設計與人機功效(飛機，空間站等)1.4 虛擬現實技術主要應用領域精品課資源網站2.科學計算可視化精品課資

8、源網站例如：用于核彈例如：用于核彈B-61-x B-61-x 的虛擬組裝系統的虛擬組裝系統3.虛擬組裝精品課資源網站4. 仿真訓練精品課資源網站5.娛樂精品課資源網站6.醫學 虛擬現實非常適合形態學的應用，如用于教學、復雜手術的規劃、在手術過程中提供操作和信息上的輔助、預測手術結果等。 此外，遠程醫療服務也是一個很有潛力的應用領域。 也可以用于醫學心理學，以及康復治療。 內容小結 虛擬現實目前已經成為計算機以及相關領域研究、開發和應用的熱點。本課程主要介紹了虛擬現實技術的基本概念，虛擬現實系統的組成，虛擬現實技術的原理、目的和實現方法，虛擬現實技術的主要應用領域等基礎知識。 內容小結精品課資源網站預習知識點 預習本章第5節-醫學虛擬現實技術內容，具體如下： 1. 虛擬人體； 2. 虛擬手術； 3. 虛擬內窺鏡； 4. 虛擬靜脈注射； 5. 虛擬康復。要求： 以 “醫學虛擬現實技術臨床應用”為主題，圍繞知識點制作10分鐘課堂演示幻燈片，將問題整理成課堂討論的題目。參考文獻來源： 教科書、互聯網（國內外近三年相關文獻各三篇）課后預習1婁巖.醫學虛擬現實技術與應用M.科學出版社,2015.2袁麗一,張寶運.人機