虚拟现实技术在医学教育中的场景应用研究——基于79篇实验研究论文的系统分析与元分析

近年来,虚拟现实(Virtual Reality,以下简称VR)与教育的融合不断加深,VR在细分学科教学中的优势日益凸显。基于VR的腹腔镜手术模拟器(Virtual Reality based Laparoscopic Simulator,以下简称VRLS)成为VR技术在医学教育中极具优势和增长点的典型应用场景。实践中,VRLS已被许多医院手术技能培训中心和医学院引入,为医学生手术学习和技能训练提供了全新的平台,但从学术的角度,VR应用于医学教学场景中的优势和影响仍未形成统一结论。该研究系统地检索并筛选79篇相关文献,采用元分析方法,重点探究VRLS对于医学教育的影响,研究结果表明:(1)VRLS对于医学生腹腔镜技术水平作用的综合效应值为0.72,使用VRLS教学能够有效提升医学生的学习绩效;(2)对于医学生的学习绩效,VRLS与箱式模拟器、视频训练及传统训练方式相比有较大差异,特别是在自我效能感、深度(空间)感知能力、组织处理能力等维度上效果更为显著;(3)VRLS教学过程中,教师指导反馈对于医学生学习绩效提升起到正向作用;(4)基于效率和基于时间的训练方式对医学生学习绩效提升的效果类似。结合研究结果,该文深度阐述了VR智能技术的医学教育应用场景、策略分析及展望。

国家重点实验室H指数与H指数的人员贡献Q率

H指数是由HirschJE提出的一个用来评价科学工作者科学成就的指标。将H指数应用于国家重点实验室的科技论文水平评价,同时为了体现科研群体对其H指数的贡献,提出了实验室H指数人员贡献率Q的概念和计算方法,并给出一个具体实例。实验室H指数和Q率可以在一定程度上反映实验室科研人员的整体学术状况。

基于视频模型的虚拟现实视频融合系统

虚实融合技术以减少虚拟对象和真实视频图片之间的视觉差异为目标,力图实现视觉感官上的无缝结合。多视频的虚实融合技术普遍存在画面畸变与虚实对准代价大的问题。针对该问题,提出并设计了一种基于视频模型的虚拟现实视频融合系统。介绍了视频的注册与模型建立原理,阐述了系统中视频与场景融合绘制方法。对系统的总体结构进行了介绍。在实验阶段,测试了本系统的性能,并与国际上的虚实融合方法进行了对比分析。表明该方法在融合绘制效果和性能上更优。

基于虚拟现实技术的地球太空环境仿真

描述了一种地球太空环境的仿真,采用几何计算构建地球形状模型,将地球划分为128块(经线方向16块和纬线方向8块),计算得到每块区域顶点坐标,法向量,纹理坐标;使用MipMap技术根据视点与每块区域距离变化选择不同精度纹理粘贴;实时判断该区域的可见性,剔除不可见区域减少绘制开销;并采用cg和NormalMap技术将normal图与地球纹理图进行处理,实现地球表面的轮廓凹凸效果,同时添加云层纹理,得到了由地球纹理,云层纹理及NormalMap的多层混合纹理,达到比较逼真的效果;另外采用Billboard技术和纹理融合技术实现地球大气层光晕效果,使用了LensFlare技术实现太阳照射效果,最后采用skybox技术实现星空背景效果。

远程教育中基于Web的虚拟实验室的研究与应用

远程教育是现代教育理念中举足轻重的一部分,而实践操作环节则是制约远程教育模式更加完善的关键因素。文中首先对远程教育中基于Web的虚拟实验室的应用可行性进行了分析,然后对虚拟实验室进行了简介,接着描述了基于Web的虚拟实验室的体系结构和功能流程,并对虚拟实验室的技术实现进行了阐述,最后对虚拟实验室在远程教育的应用功能进行了分析。

虚拟现实技术本科专业课程体系探索

随着经济、社会发展对虚拟现实技术创新和应用需求的迅速增长,虚拟现实技术专业创新型、开发型、应用型等各类人才缺口不断扩大。本文针对虚拟现实技术本科专业,面向创新人才培养,阐述了虚拟现实技术专业课程体系建设的背景和意义,确定了虚拟现实技术专业创新人才培养的目标,论述了面向创新人才培养的虚拟现实技术专业课程体系建设的指导思想,然后给出了一套完整的虚拟现实技术专业课程体系范例,包含课程设置、教学进程和实践设计,最后对整个课程体系的特点进行了讨论与总结,为高等学校虚拟现实技术本科专业课程教学提供了参考。

虚拟现实航天仿真技术研究

现阶段的航天仿真一般集中在多媒体仿真与可视交互仿真,其沉浸感不强。针对以上不足,论文结合虚拟现实仿真技术的特点,利用多通道显示技术和一系列开源软件开发了一个基于虚拟现实技术的航天仿真系统,并且结合实际应用提出各通道独立显示和完全显示模式,实现了数据计算与三维演示部分的分离显示和数据驱动,弥补了现在多通道演示系统形式单一的不足。该系统具有平台移植性好,沉浸感强等特点。

虚拟现实技术用于龋坏识别教学

目的:基于虚拟现实牙科模拟系统UniDental开发龋坏识别软件,应用于口腔医学专业本科生临床前期龋坏识别教学,提高学生识别龋坏组织的能力。方法:基于UniDental系统进行龋坏识别软件开发,在软件中建立抽象龋洞模型,将龋洞分为浅、中、深3层,各层内赋予相同的硬度值和粗糙度值,其中硬度值随深度增加而增大,粗糙度值随深度增加而减小。被试选取北京大学口腔医学院2014级口腔医学专业临床前期教学阶段学生64人,使用Unidental系统的龋坏识别软件,操作力反馈手柄,分别在龋洞模型的浅层、中层、深层进行垂直向硬度探查和水平向粗糙度探查操作培训,完成培训后进行问卷调查,以1~5分评价各项力反馈效果的真实性和对龋坏识别能力提高的帮助度,选择个人倾向的教学模式,并进行相应的统计学分析。结果:各层硬度、粗糙度及其各自变化梯度评分的中位数均为4,表示比较真实;浅层、中层、深层硬度评分结果对硬度变化梯度评分的影响均有统计学意义(P<0.05);浅层、中层粗糙度评分结果对粗糙度变化梯度评分的影响有统计学意义(P<0.05);本实验对学生能力的提高比较有帮助(中位数为4),各层硬度和硬度变化梯度评分结果对学生能力提高帮助度的影响有统计学意义(P<0.05);90.4%的学生支持传统离体牙教学模式。结论:虚拟现实技术对学生龋坏识别能力提高比较有帮助,但无法取代传统教学,可作为传统离体牙教学模式的补充。

虚拟现实学习环境下力反馈交互促进技能习得的实验研究

虚拟现实技术变革传统教育,已经纵深至医学、建筑学等学科领域。文章围绕“知能发展”这一创新人才培养目标,以技能习得为研究主题,通过分析传统医学教育中手术技能习得难以实现的诸多困境,提出虚拟现实技术构建的学习场景能够促进学习绩效提升,并以此开展了实证研究。准实验基于我国自主研发的虚拟手术系统,面向北京航天总医院手术技能培训实验中心的医学临床高年级学生进行。在GOALS评价框架下,探究VR学习环境中,力反馈交互对手术技能习得在深度感知、组织处理能力、双手协调性和手术效率方面的影响。研究表明:加入力反馈交互学习可正向影响手术技能习得。结合数据分析、专家和被试访谈,提出研究启示,为VR智能医教的应用发展提供借鉴。

虚拟维修技术研究与应用

针对虚拟维修在建模与仿真等核心环节的研究中存有很大局限的问题,提出了虚拟维修方法体系,探讨虚拟维修理论与方法,在此基础上开展虚拟维修模型与仿真控制方法的深入研究.提出虚拟维修模型即维修任务网(MTN,Maintenance Task Net),MTN基于Petri网可描述维修过程,可表达维修过程中资源、活动和约束.提出MTN驱动虚拟仿真的触发规则及建立控制虚拟维修仿真机制.通过飞机典型设备维修案例对提出的虚拟维修模型和控制机制进行了实例验证,应用结果验证了建模与仿真方法的有效性,为支持维修性工程应用提供了可行的技术途径.

计算机触觉:虚拟现实环境的力触觉建模和生成

触觉是人类5种感觉通道之一,在日常生活中发挥着不可缺少的作用.在虚拟现实和增强现实系统中,力触觉反馈的引入有望显著提高人机交互的沉浸感和交互性.文中综述了虚拟现实环境中力触觉感受的建模和生成方法,从力触觉生成与视觉生成的差异性出发,回顾了计算机触觉的发展历史和国内外研究现状,重点分析了虚拟物体建模、碰撞检测、碰撞响应、变形计算等关键技术,并提出了力触觉生成技术的未来发展趋势和技术挑战.

油田安全作业虚拟仿真训练系统研究

利用虚拟现实技术构建油田安全作业虚拟仿真训练系统,提供交互式训练功能。提出了封闭式演示、指南式向导操作和开放式自由操作三种培训模式,给出了油田安全作业虚拟仿真训练系统的开发框架,定义了虚拟人基本动作及其参数化表示,解决了行为定义以及可重用性问题,并对虚拟人的操作手形进行了分类。最后从感知环境、行为控制、运动控制和碰撞检测四个方面分析了场景驱动执行引擎的功能,协调虚拟人和操作物体的交互活动,控制虚拟场景的变化。本系统的应用有效地解决了油田安全作业培训的成本、安全和效果问题。

VEADAM:一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统

VEADAM 是一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统:面向航天某型产品的工程研制需要,利用虚拟现实技术,研究和实现一个异地协同的产品设计、虚拟装配和虚拟制造的环境,使各部门协同合作,减少产品研制的周期和成本。VEADAM 第一阶段主要研究面向航天某型产品的虚拟装配,包括框架结构、pro/E 与虚拟环境的信息转换、约束关系、协同调度、多通道人机交互等,实验初步说明该系统具有应用价值。

产学研携手推进虚拟现实产业持续健康发展

2016年,是虚拟现实发展的元年。这一年,无论是虚拟现实的科学研究,还是产业发展,比起往年都有大的发展。特别是产业,出现爆发式的增长,大家对这个产业开始重视、关注,尤其是投资领域,人们的关注是比较多的。早在2016年4月,中办就给科技部和中国工程院发函,要求提供虚拟现实的背景材料。不同于人工智能或其他技术,虚拟现实技术还比较新,从事虚拟现实技术研究的人还比较少。

基于增强现实的遥现系统研究

传统遥现技术大多利用视频采集传输系统,让用户产生远端临场感,但因为缺少深度信息,很难产生较高的沉浸感,实用价值不高。利用虚拟现实中的增强现实理论,通过双路视频,获取远端场景的深度信息,并将目标对象从视频中提取出来与虚拟场景相结合,搭建一个新型的增强遥现原型系统。系统构建于internet的环境中,重点解决了双路网络视频同步传输,立体视觉深度提取,虚实场景融合三个问题,获得了良好的沉浸感。最后本文以虚拟会议室为研究对象,验证该系统的可行性。

虚拟现实核心课程教学改革的探索与实践

在竞争激烈的人才市场中,培养出专业技能突出、岗位适应能力强的学生是专业发展的根本。通过多年的教学、管理、实践和校企合作经验,分析了山东省虚拟现实人才需求和人才培养之间存在的问题,采用"校企共建、项目主导"的模式,包括订单、项目和工作室。总结了高职院校虚拟现实核心课程教学改革的实施思路、措施、成果和创新点,提高了学生对口就业率,为下一步更好的教学奠定了基础。

基于中文语音交互的虚拟装配技术研究

虚拟装配系统通常依赖力反馈、体感设备作为交互工具,采用"抓取"、"拖拽"等直观的手势完成产品的装配。当遇到精细零件模型的装配时,往往达不到预想的结果。针对这一问题,提出了一种基于中文语音指令交互辅助控制虚拟装配的方法,并设计了一套自行车虚拟装配系统,通过实验验证了方法的可行性。为了解决多人环境下的操作者确认问题,综合利用Kinect的骨骼跟踪和语音识别功能确定操作者,并识别其语音指令;根据零部件的物理连接关系和装配约束关系,定义了零件的层次化优先级模型,并在此基础上基于推荐规划装配序列,提高了易用性,降低了识别的错误率。

远程沉浸:虚拟照进现实

北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室在下一代互联网上开展了一系列的远程沉浸技术研究工作，让真实人体实时进入虚拟世界中。

虚拟平台推动科研现实

实时重建增强虚境 随着计算机虚拟现实和网络技术的不断发展和普及，传统的文字、图片、音频以及视频等交流媒介已经不能够满足人们的需求。

虚拟维修技术近10年研究进展综述

作为虚拟现实的一种应用技术,虚拟维修被广泛应用于复杂产品装备的维修性设计、维修方案验证和维修训练当中.近年来,随着仿真技术和硬件性能的迅猛发展,以及企业和用户对产品维修相关问题的不断重视,虚拟维修也在技术特征、应用范围、实施流程等方面发生着深刻改变,并逐渐出现了“多技术融合、全周期应用”的特点.针对虚拟维修技术出现的诸多改变,基于系统文献回顾方法,对国内外近10年相关文献进行调研,从虚拟维修技术的发展演变、应用现状、研究热点等方面进行了系统分析;重点介绍了国外虚拟维修技术在工程领域中的研究应用;最后对虚拟维修技术在场景一致性、交互沉浸感和研发集成度等方面存在的挑战进行了总结,并在此基础上,对未来发展趋势进行了展望.