對基于虛擬現實的醫療設備演示系統開發的分析

繆弘波

摘要： 隨著科學技術的發展，為了能夠優化醫療設備的演示系統，可以將虛擬現實技術應用其中。在這樣的背景下，本文將闡述基于虛擬現實的醫療設備演示系統的功能，并以總體設計、子系統設計以及數據優化為切入點，對系統的開發進行深入的分析、探究。基于本文的分析，其目的就是優化醫療設備演示系統的性能，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞： 虛擬現實;醫療設備;演示系統;系統開發

中圖分類號： TP311.52?? ?文獻標識碼： A?? ?文章編號： 1672-9129（2018）09-0011-02

Abstract： ?with the development of science and technology， virtual reality technology can be applied in order to optimize the demonstration system of medical equipment. Under this background， this paper will elaborate the function of the medical device demonstration system based on virtual reality， and take the overall design， subsystem design and data optimization as the breakthrough point， carry on the thorough analysis and exploration to the system development. Based on the analysis of this paper， its purpose is to optimize the performance of medical equipment demonstration system， in order to provide reference for related personnel.

Keywords： virtual reality;medical equipment;demonstration system;system development

前言：虛擬現實技術實際上就是通過計算機圖形系統，以及相關的控制設備、顯示設備等，生成可以提供沉浸感覺、交互性操作的立體環境，屬于計算機界面的技術。在信息技術、科學技術不斷推廣、應用的前提下，虛擬現實技術已經廣泛應用在各個行業、領域之中，包括科學數據可視化、空間技術、遠程教育、產品網絡銷售展示等。所以，將虛擬現實技術應用在醫療設備展示中，能夠優化展示效果，便于開展相關的工作。

1 基于虛擬現實的醫療設備演示系統的功能

醫療設備演示系統的主要功能是幫助醫療設備生產廠商進行產品宣傳，以虛擬現實技術為依托，可支持用戶對醫療設備的全方位觀察。在其演示過程中，用戶可以在系統生成的虛擬場景中，對醫療設備進行“操作”和觀察，同時獲取視覺、聽覺等多方面信息，較為真實的感受產品應用效果。因此，該系統具有較強的交互性，支持使用者與操作對象進行互動，在此過程中判斷產品的輸入與輸出能否滿足實際應用需求。醫療設備演示本身是一個開放性較高的自由活動過程，在虛擬展示過程中對用戶限制較低，不用擔心用戶的錯誤操作對產品造成損壞，或引發安全性問題，具有多方面應用價值[1]。

醫療設備演示系統一般采用C/S框架，在PC機上完成建模，對醫療設備進行仿真設計，然后通過接口程序將其轉換為VRML文件，通過外部程序控制，實現交互功能。最后將相關數據整合起來，上傳到服務器端，為設備體驗者提供服務。服務器接收到用戶請求后，用戶可以將上述程序資源下載到PC端，利用系統界面進行模擬參觀，同時支持用戶的交互性操作。其虛擬展示場景是一個動態的開放性環境，可根據用戶的具體需求做出相應的操作。醫療設備演示系統的主要功能具體包括：（1）演示功能，作為系統的核心功能之一，可以在數據庫中自動提取設備三維模型及相關參數，根據用戶的體驗要求，進行自動演示。如果用戶在購買前了解設備外觀和主要功能參數，可以在演示系統下觀測醫療設備，節省了解產品的時間;（2）模擬操作功能，除了自動展示功能外，系統還支持用戶的實時操作，并根據用戶操作作出響應，讓用戶進一步了解產品使用功能，熟悉相關操作;（3）后臺數據管理功能，不直接面對用戶使用，主要是實現后臺的模型數據操作功能，并對模型數據進行存儲和維護管理;（4）用戶信息反饋功能，系統設計有多種交流途徑，可以方便用戶的信息反饋，及時幫助商家獲取用戶意見和建議，同時也可在信息交流模塊下進行產品預訂[2]。

2 基于虛擬現實的醫療設備演示系統的總體設計

在虛擬現實技術的快速發展下，產品演示類的應用軟件越來越多，基本實現了多角度觀察、虛擬漫游等功能。這些演示系統改變了以往體驗者只能從二維圖片和文字信息了解產品的狀況，實現與產品的零距離互動。與此同理，基于虛擬現實的醫療設備演示系統要通過利用三維數字化造型技術，構建三維動態模型、支持實時渲染、交互查詢等功能，構建一個功能完備的醫療設備展示平臺。從設計目的來看，該演示系統要實現醫療設備模型的統一生成、壓縮和管理，方便產品展示。在可操作性方面，要支持不同用戶的操作習慣，設定友好的交互界面，把握好設計風格，突出產品特點。

醫療設備演示系統邏輯結構應包含訪問層、接入層、應用層、整合層幾部分，如圖1所示。在軟件配置方面，可采用Windows系列操作平臺，并使用VRML瀏覽器插件，實現虛擬演示功能。在硬件配置上，為保證? ??演示效果，應確保PC機內存、顯卡、硬盤等性能參數符合要求。在開發工具選擇方面，可選擇3DS MAX三維建模軟件和Java程序開發語言[3]。

醫療設備演示系統的核心流程包括三維模型數據導出流程、VRML數據壓縮流程、交互控制演示流程等。在三維模型數據導出過程中，主要利用三維設計軟件提供的建模和渲染等功能，精準刻畫設備三維模型。由于使用的3DS MAX軟件功能強大，操作簡單，可有效提升醫療設備建模效率。然后將三維設備模型轉換成VRML數據，發布到Web服務器上，供用戶進行下載和使用。VRML文件大小對用戶加載時間有直接影響，因此需要采用壓縮形式，對其進行保存和傳輸。用戶成功加載VRML模型數據后，就可以在虛擬展示平臺下對產品進行觀察，或與產品進行互動[4]。

3 基于虛擬現實的醫療設備演示系統的子系統設計

3.1前臺演示系統。基于上述系統邏輯結構及運行流程設計，醫療設備演示系統應包含4個子系統，分別為模型管理子系統、前臺演示子系統、模擬操作自系統和應用功能子系統。這4個子系統之間相互獨立，且同屬于核心子系統。首先對醫療設備前臺演示子系統進行分析，該系統主要為了實現系統的演示功能，但在使用前，需要對用戶身份信息進行驗證，判斷訪問者是普通用戶還是注冊用戶。虛擬現實演示平臺功能只針對注冊用戶開放，如果是普通用戶，系統會提取用戶感興趣的產品文字信息及二維圖片信息，反饋到前臺框架中，生成HTML文件，供用戶在瀏覽器進行瀏覽。系統可自動記錄用戶訪問頁面，為其推送感興趣的醫療設備產品信息。對于注冊用戶，系統可以根據用戶瀏覽習慣，自動調整界面布局，并為用戶提供三維設備模型演示功能，支持用戶對產品外觀進行改進等交互操作，并隨著接收用戶反饋信息，提交給后臺管理人員。對于想通過醫療設備演示確定購買需求的用戶，系統可以執行自動演示程序，為用戶全方位演示設備功能性能，并提供演示導航系統，方便用戶對具體功能進行了解。此外，系統還可以對醫療設備的操作流程進行演示和介紹，為用戶的購買使用提供方便[5]。

3.2管理系統。管理子系統的主要功能是通過3DS MAX軟件導出VRML文件，對其進行存儲、傳輸和發布，為醫療設備演示系統可維護性提供保障。該系統的設計和應用可消除平臺限制，提高設計效率，有利于縮短設計周期，降低系統運行維護成本。該系統的主要功能包括模型檢索、上傳、發布和刪除功能。其中，設備模型檢索功能要實現目標設備模型的快速檢索和定位。隨著系統的使用，數據庫中存儲的設備模型數據會越來越多，需要設計快速檢索功能，并充分滿足用戶的查詢需求，根據用戶輸入的設備名稱、類型等信息，進行模型檢索。將完成設計的醫療設備模型導出后，經管理子系統上傳到服務器中，然后建立索引，方便設備模型的實時更新及下載演示。發布功能與模型上傳功能的主要區別在于上傳功能只需要將模型數據上傳至服務器，不需要對其進行前臺展示，而發布功能則需要包含展示功能。同時為了數據管理的方便，還要具備批量導入功能，并對模型數據進行后臺審核。為減輕數據庫存儲和維護負擔，在管理子系統中還要設計模型刪除功能，對于已停產設備模型數據或過期的模型數據，要及時刪除，避免占用數據庫存儲空間，影響檢索效率。

3.3操作系統。操作子系統需要同時利用VRML語言及JAVA語言，為用戶提供網絡和用戶終端交互接口。在操作子系統的幫助下，用戶可以對醫療設備三維模型進行動態操作，具體包括放大、縮小、視角推進、外觀改變、模擬運行操作、設備軟件演示操作等功能。該系統的設計與實現是演示系統能夠正常運行的關鍵所在，要滿足實際操作過程中較為復雜的交互需求。同時，為方便用戶使用和產品體驗，在操作子系統中，還要設計有導航及提示功能，綜合利用按鈕提示和語音提示等，方便用戶操作。良好的演示系統體驗效果，有利于促使用戶購買，實現系統的商業應用價值。

3.4應用功能系統。應用功能子系統主要包含用戶管理功能、日志管理功能和用戶反饋信息管理功能等。其中用戶注冊功能供普通用戶使用，普通用戶可以通過在注冊界面完善登錄信息，成為注冊用戶，使用賬號密碼登錄后，享受設備演示功能服務。用戶管理功能主要供后臺管理人員使用，包括用戶信息查詢和維護功能等。日志管理系統則是系統安全防護中的主要功能模塊，負責對用戶登錄信息和操作情況進行記錄，防止惡意攻擊行為，確保后臺模型數據的安全性。此外，在應用功能系統中，還要實現用戶反饋信息管理，為用戶提供信息交流接口，用戶可以通過留言或在線交流等形式，及時提出自己對體驗產品的意見。同時也可以分享設備演示系統的使用體驗，為系統的后續調整和升級提供依據。

4 基于虛擬現實的醫療設備演示系統數據的優化

4.1優化模型。為了能夠優化醫療設備的演示系統，就需要對數據模型進行合理的優化，以此來強化演示系統的性能，為相關工作奠定基礎。對此，對醫療設備演示系統進行優化的方式如下：

（1）適當減少分段數。實際上，要想減少演示系統的斷面，其最為簡單的方式就是減少幾何體的分段數。在3DMAX軟件之中，其使用基本幾何體的默認設置方式，導致最終會形成較多的面，從而影響演示系統的運行速度。所以，在完成VRML場景幾何體的構建之后，可以將其轉換至面板Modify之中，以便于對模型的分段數進行合理設置。

（2）以參數化的方式進行建模。在優化演示系統模型的背景下，盡可能使用相對簡單的模型，并采用參數化的方式，實現對模型的構建。例如：設計人員可以使用Polygon完成建模，而不是采用細化曲面技術建模、非均勻樣條曲線建模，同時一旦發生錯誤，還便于在VRML中進行修改。

（3）刪除并隱藏面。如果工作人員只是通過VRML進行操作，就可以在場景中將看不見的面進行刪除、隱藏。基于這樣的方式，就能夠保證VRML Exporter不會輸出隱藏的面，并且不會成為文件的下載內容。

（4）關聯復制。在3DMAX軟件中，關聯復制是創建相同對象的主要方式，如果其中的一個關聯復制出現了變化，就會導致其他的復制品，同時發生明顯的變化。另外，對于關聯復制的對象來說，其只能在VRML中進行一次性的定義，即在其中對一個節點進行定義，并使用“USE”的命令進行調用。

（5）烘焙技術。在建模的過程中，為了能夠強化醫療設備的真實度，常常會使用很多燈光，從而影響系統的運行效率。此時，將烘焙技術應用其中，就可以減少演示系統運行時CPU的負荷，進而優化系統的性能。

4.2壓縮模型。采用3DMAX軟件對醫療設備進行建模，能夠與VRML進行良好的結合，減少信息的丟失量。實際上，在醫療設備演示系統運行中，常常會傳輸大量的網絡文件，所以就迫切的需要對模型進行壓縮優化。具體來說，壓縮模型的方式主要包括以下幾方面：

（1）減少虛擬場景文件的傳輸。設計人員可以通過VRMLPAD，對所需傳輸的文件進行壓縮，其所提供的壓縮方式為：將VRMLPAD程序啟動，打開其中的WRL文件，然后點擊“文件（F）”，選擇“另存為（A）”。在彈出的界面中，選擇“壓縮保存（C）”，最后點擊“保存（S）”，就能夠完成對虛擬場景文件的壓縮。

（2）優化數據。如果醫療設備的虛擬場景較為復雜，那么就會包含很多數據，增加運算、儲存的難度，所以為了優化演示系統的視覺效果，就必須對其中的數據進行優化。對此，在將虛擬場景轉移至另一個軟件環境中，就會由于模型的精度提高而產生更多的數據，因此需要將多余的數據刪除，或者對數據進行正取，實現數據優化的目的。

（3）使用壓縮軟件。目前，在市場中所存在壓縮軟件較多，包括IMO、GZIP等，但是需要結合數據優化的實際需求進行選擇。在醫療設備演示系統中，其虛擬場景的文件通常以純文字的方式進行保存，所以其中包含很多空行、空格，增加了文件內容的長度。對此，相關的工作人員就需要使用恰當的壓縮軟件，將不必要的內容進行刪除，從而實現對模型的壓縮、優化，并強化醫療設備演示系統的性能。

綜上所述，基于虛擬現實技術，其能夠優化醫療設備的演示系統，所以需要更加合理的設置。在這樣的條件下，細化醫療設備演示系統的設計工作，增強其整體的性能，最終實現醫療設備演示系統的目的，為工作人員提供有價值的工作指引。所以，結合本文的分析發現，基于虛擬現實的醫療設備演示系統設計，其具有較強的可行性。

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