高等醫學教學中虛擬現實技術的應用

摘要：虛擬現實技術是在八十年代末被龍拉尼爾首先提出來的，如今虛擬現實技術作為一項新的計算機科學技術，在娛樂，機械制造，軍事，醫學等領域都有著廣泛的應用。今年來虛擬現實技術應用于高等醫學實驗教學的新模式既賦予創新性有表現出了很好的成效。

關鍵詞：虛擬現實技術；醫學教學；應用

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795(2012)01(A)-0000-00

我國高等醫學院校目前面臨著學生人口日益增多，教學經費有限，有的實驗器材因為過于昂貴處于緊張狀態，無法得到普及等諸多因素問題，嚴重制約著高等醫學教學的質量。將虛擬現實技術引用到高等醫學實驗教學中，不僅改善了高等醫學院的實驗條件，整合了醫學院校的教學資源，也豐富了教學內容，培養了學生的創新意識，使得高等醫學教學效果得到了顯著的提高。

虛擬現實技術的基本概念和所面臨的問題

虛擬現實技術（VRT）是以計算機為基礎，將數字圖像處理技術、計算機技術、傳感技術、網絡技術、多媒體技術、測量技術和人機對話有效的結合在一起，創造出一個3D的視覺、觸覺、聽覺的環境。讓用戶可以通過操作系統的人機對話工具，在虛擬的環境中對物體進行操作，使得用戶仿佛置身于現實環境中。

不過虛擬現實技術的應用過程中人面對以下三個主要問題：

⑴ 如何在虛擬世界中實現和現實環境中存在的相一致的觸覺、嗅覺和視覺，達到以假亂真的地步的技術仍需要不斷提高。⑵ 如何讓用戶在沒有意識到自己的動作、行為的條件下仍然能夠在虛擬的環境中充滿真實的世界的現實感也需要不斷加強。⑶ 如何充分調動用戶的積極性，在操作VRT的過程中能夠聽的更清，看的更真，聽的更像也需要不斷的探索。

2 虛擬現實系統的概念和基本特征

虛擬現實系統是利用先進的計算機軟件技術和硬件工具，設計出符合要求 的軟件、硬件交互手段，能夠使得操作者產生身臨該虛擬世界之中的感受和體會。

虛擬現實系統不同于普通的可視化操作圖、用戶界面等方式，它具有三個主要的特征：

⑴ 交互性：VRT的交互主體是用戶，用戶可以通過感知交互，讓人機處于一種自然的三維交互中。⑵ 創意性：在虛擬現實技術中，人們可以從定性和定量雙方面對事物產生感性和理性的認識，能夠更好的啟發用戶，深化概念并激發其創新意識。⑶ 沉浸性：VRT試圖將用戶置身于計算機創造的三維虛擬空間中，使得用戶感覺身處現實世界一樣的與虛擬環境中的各種對象進行互動。

虛擬現實技術在高等醫學教學中的應用

對于醫學中關于解剖學、病理學、生理學的相關內容和有關模型都僅僅局限在教科書中，而虛擬現實技術的出現，將這些教學模型都存儲在一個數據庫中，利用VRT技術，將與教學相關的內容虛擬在一個特定的場景，或者將其顯示在大屏幕上，通過放大某些細節來讓學生更深刻的了解相關內容。

虛擬實驗室的發展和功能特點

（1）虛擬實驗室的發展。利用VRT技術，將網路技術、多媒體信息技術和有關儀器計量技術相結合，將認知的模擬方法和虛擬的儀器技術結合起來，來構建出網絡上的智能化的虛擬的實驗室，讓學生和老師在課堂上可以利用這些虛擬實驗室來進行各種實驗，可以讓學生身臨其境的進行實驗和觀察現象。不僅讓學生能夠隨時享用更新，更多，更好的實驗儀器，也為遠程教育等教學改革提供了技術等方面的支持。

（2）虛擬實驗室應用于醫學教學方面的功能特點：① 資源共享性：使用者在共享各種數據，相關硬件、軟件資源的同時也避免了重復操作和投資，節約了大批的資本。② 透明性：虛擬實驗室的所有資源包括人員都是一個統一的系統，使用統一的命令來進行相關功能的操作，構成結構十分透明化。③ 擴展性：知識的更新速度在信息時代是相當迅速的，只有不斷的投入大量的資金才能適應新型的性能更優的設備的不斷更新，而現實生活中教學資金的普遍短缺，導致了教學設備的嚴重不足，VRT利用其應用軟件平臺的核心技術，解決了上述問題，實現了升級換代的效率化。④ 互動操作性：VRT的互動性和自由操作性，為用戶實現自由交流提供了很好的平臺。⑤ 安全性：虛擬實驗室系統采用了用戶鑒別、文獻加密、權限驗證等安全性技術，可以做到及時中止合法訪問者的不當操作，也可以拒絕非法訪問者進入該系統，為虛擬實驗室透明的，開放的，資源共享的合作環境提供了保障。

（3）虛擬現實技術與高等醫學教學。虛擬現實技術可以生動形象的呈現出醫學的有關的教學內容，例如逼真的模擬出一些抽象的概念，肉眼看不到的物體的變化，以及十分危險地點場所，或者是在現實生活中或者整個自然界都無法尋覓的甚至不存在的事物和事件，都能夠通過虛擬現實技術呈現出來，這樣子不僅會讓學生對醫學教學內容有了更加直觀的理解和體會，也可以是學生在虛擬環境中實現人機互動，使得學生自覺主動的參與到有關教學內容的知識結構之中，不僅加大了學生學習的深度，也大大提高了學生掌握知識的能力和學習的效率，也調動了學生的自主學習能力。

虛擬現實技術與高等醫學教學結合的相關實例：

將虛擬現實技術引入到腕踝針教學中，是VRT和高等醫學教學中較為成功的典范。三維互動程序開發技術Virtools是腕踝針虛擬教學系統的技術基礎，他實現了三維動畫效果和基于三維對象的虛擬場景內的用戶交互。

腕踝針虛擬教學系統的開發流程：

腕踝針虛擬教學系統在進行教學內容設計時，要根據教學目的教學特點選擇適當的媒體表現形式。比如：利用圖片、文字等將來表述虛擬教學系統的基本教學內容，有助于學生對其內容有更加直觀的印象，對相關文字有進一步深入的了解。構建三維虛擬人體模型，將身體的分區，針刺點的定位更加形象制直觀的展現在學生面前，通過虛擬現實技術學生可以對該模型進行自由控制，只需移動鼠標就會對某一分區和針刺點有進一步的詳細的了解。或者學生可以進行模擬進針手法，系統可以針對學生的操縱，及時的對學生操作過程中的錯誤作出糾正

按照知識管理的組織知識管理理論和個人知識管理理論將腕踝針虛擬教學系統的總體結構分為四大模塊：

腕踝針虛擬教學系統評估調查：先通過系統的圖文教學，虛擬教學和病癥體驗教學進行腕踝針療法的學習，然后讓學生根據自己的綜合感覺以：“好，較好，一般，較差”的標準進行評定。本次教學實驗隨機發放了50份問卷，來對虛擬教學的應用進行判定：

① 態度：對學生進行選擇虛擬現實技術教學的意愿來看，32位選擇了“十分愿意”（約占64%），18人選擇“一般”（約占36%）。說明了大多數學生十分愿意將虛擬現實技術引用到教學當中。

② 知識表述：在與傳統的知識的知識表述相比的情況下，有41個學生（82%）認為虛擬教學系統更有利于知識的傳達，更具效果。

③ 效果：有38人（占76%）的學生認為運用虛擬教學系統更有利于提高教學效果和提高教學效率。

④ 功能：有36人（占72%）人認為虛擬教學系統更有助于輔導教學，有15人（占30%）認為虛擬教學技術的應用更有利于學生的自主學習。有36（占72%）認為虛擬教學系統的運用除了有利于學習醫學知識外對于提高自身探索能力的提高也有很大的幫助。

⑤ 優勢：38人（占76%）認為虛擬教學最大的優勢是直觀性，其次是趣味性和交互性各占（20%，15%）。

由此可分析：虛擬教學顯示技術在高等醫學教學的英語應用，因為其只是表達方式的直觀性和有利于提高醫學教學效率和學生的自主探究能力，得到了大多數學生的肯定。

虛擬現實技術在高等醫學教學中的不足

① 虛擬教學過程中往往缺乏實物感，很難完全反應生物學中的各種復雜性。

② 虛擬教學過程中往往不會出現任何的不良后果，這樣子就大大減少了鍛煉學生在面對問題和解決問題時分析問題解決問題能力的機會。

③ 現代虛擬現實技術在醫學教學過程中還存在顯示設備不能夠接受高質量，高逼真的醫學圖片，面對虛擬環境中復雜的狀況，圖片生成的即時性也有待進一步的加強。

結語

虛擬現實技術的研究是涉及到多個領域相關學科的交叉、集成的產物。而且這些領域的技術的潛在的前景也是十分廣闊的。隨著科學了不斷發展，在虛擬現實技術應用在教學的過程中時，將強學生的相互合作，注重激發學生的興趣，激發其探究的心理，這樣勢必會為將來的教學工作帶來巨大的價值。

參考文獻

[1] 石向群 鄔亞華. 虛擬實驗室在醫學實驗教學中的運用探索[ J ] .衛生職業教育， 2004

[2] 王宇飛. 虛擬現實技術及其在實驗教學中的應用[ J ] . 教學與管理， 2005，

[3] 焦安權，鐘聲. 虛擬現實技術在醫學領域的發展與應用研究[ J ]. 海南醫學院學報， 2008

[4] 張大新. 虛擬現實技術(VR)在醫學教育和實驗中的廣泛應用及意義[ J ]. 科技創新導報， 2008

[5] 蘇學勇，湯彥君. 虛擬技術在現代醫學教育中的應用[ J ]. 中國醫藥導報， 2008，