王景新

（白城醫(yī)學高等專科學校 吉林 白城 137000）

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機創(chuàng)設三維數(shù)字模型的以視覺感受為主的綜合性可感知的人造模擬高仿真環(huán)境，人沉浸于此環(huán)境之中并發(fā)生交互作用，能夠通過相關技術(shù)直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，人機融為一體，產(chǎn)生“身臨其境”之感覺。醫(yī)學應用該技術(shù)具有安全、即時交互、過程標準、規(guī)范、便于監(jiān)控、不涉及倫理風險等優(yōu)勢，逐漸發(fā)展為替代活體動物、尸體甚或人體技能訓練的趨勢，可用于醫(yī)學教育教學過程。應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可開展口腔醫(yī)學仿真模擬教學，涉及牙體、牙周、口腔修復和口腔頜面外科等諸多領域。為更好地應用該技術(shù)開展口腔醫(yī)學教學，筆者總結(jié)分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點、相關技術(shù)及其在口腔醫(yī)學教學中的作用和實際應用。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點和相關技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合利用三維計算機圖形學技術(shù)、多功能傳感器交互式接口技術(shù)及高清晰度高更新速度顯示技術(shù)模擬真實環(huán)境場景，通過操作和控制達到感知需要的目的。

2.1 特點

人機交互性。在虛擬環(huán)境中，用戶按照一定的目的性，運用能識別和輸入用戶發(fā)出的指令并作出反饋的特殊輸入設備，自然觸摸或操作此環(huán)境中的物體對象，真實模擬現(xiàn)實環(huán)境中產(chǎn)生的效果，實現(xiàn)信息的充分交換和反饋信息。

身臨其境。指在模擬環(huán)境中以自己物理存在的真實身份或在意識狀態(tài)下，用戶沉浸并感覺到真實的虛擬體驗，有身臨其境之感，真假難辨無法懷疑，相信虛擬環(huán)境的真實性。

多感知性。用戶在虛擬環(huán)境中以逼真身份存在，能體現(xiàn)出現(xiàn)實環(huán)境中的視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺、運動、重力等人體感知功能。但目前尚不能體現(xiàn)出現(xiàn)實環(huán)境的所有感知功能，應不斷利用新技術(shù)進行開發(fā)利用。

自主性。即虛擬環(huán)境物體運動是否按照既有的物理定律和未知世界物體運動進行，即兩者之間的一致度。

2.2 相關技術(shù)

三維視覺顯示技術(shù)。視覺通道是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)獲得多感知的重要環(huán)節(jié)，三維顯示技術(shù)是虛擬現(xiàn)實視覺顯示技術(shù)的重要支撐。

虛擬環(huán)境建模技術(shù)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)關鍵要建立虛擬環(huán)境，要先建模，再實現(xiàn)實時繪制三維顯示，營造一個真實的虛擬環(huán)境場景。

真實感實時繪制技術(shù)。利用計算機模擬顯示出真實環(huán)境場景畫面及其現(xiàn)實物體的各種屬性。

立體虛擬聲音的實現(xiàn)技術(shù)。在虛擬環(huán)境中，立體虛擬聲音能增強用戶的人機交互性和身臨其境的感覺，減弱大腦依賴視覺，獲取更多的視覺和聽覺感受，使其沉浸于仿真時空環(huán)境之中。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在口腔醫(yī)學教學中的實際應用

3.1 在義齒種植教學中的應用

義齒種植能修復缺失牙齒的生理解剖外形和美觀咀嚼等功能，但成本昂貴，操作技術(shù)復雜，不是所有口腔科醫(yī)生都能掌握該技術(shù)，難以開展義齒制作和種植修復教學。利用虛擬技術(shù)可以很好解決上述難題，可以電腦成像種植體系中的種植釘、愈合帽和轉(zhuǎn)移桿等，利用鼠標實現(xiàn)人機對話，可實現(xiàn)按順序依次安裝虛擬種植體系的模擬操作過程，達到掌握操作技能的目的。學生通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)觀看視頻演示教學，進而使之分別以鼠標和虛擬口腔為手術(shù)刀和手術(shù)部位，完成修整牙槽骨、提升上頜竇等必要操作。如學生操作失敗，教學系統(tǒng)不能進行下一環(huán)節(jié)，那么就沒有完成義齒種植操作。

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展義齒種植教學，可將傳統(tǒng)口耳相傳教學轉(zhuǎn)變?yōu)樯砼R其境的多感官全面教學，有利于提高學生的操作技能，進而掌握相關理論知識。

3.2 在口腔解剖生理學教學中的應用

口腔解剖生理學教學時，可利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)掃描個性化石膏模型于電腦中并成像，通過分析修正電腦成像，不斷提高兩者之間的相同程度。然后依據(jù)石膏模型進行牙體預備，重建各牙齒解剖外形，掃描分析做好的蠟形，再次掃描電腦成像。

在教學過程中，應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可依據(jù)標準客觀真實評價每一項操作和牙齒的外觀美觀性和功能，同時準確描述對評分較低的偏差百分比，幫助學生找到自己操作的不足，使學生充分理解牙體解剖外形。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在口腔醫(yī)學教學中的作用

4.1 模擬完成需要高耗材高危險的實踐操作

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能充分調(diào)動人機對話功能，學生看著電腦利用鼠標就可以順利完成相關操作，這不僅增加了可操作的教學項目，更顯著降低了各種口腔操作的危險性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的相關技術(shù)能個性化地聯(lián)系和銜接口腔醫(yī)學涉及到的各個學科，能保證臨床病例的多樣性和全面性，教師利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以講解和反復演練個性化的教學內(nèi)容，可以實現(xiàn)自動評分，學生可掌握相關理論知識，還能不斷提高學生的操作技能。

4.2 激發(fā)學生的學習興趣

應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展口腔醫(yī)學教學，學生能直接進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，通過人機互動交流和個體化操作，可不斷豐富感性認識，進一步理解掌握相關理論知識；圖文聲像并茂能活躍教學氣氛和教學過程，顯著提高學生的感知水平和學習興趣；圖形演示能將抽象枯燥的教學內(nèi)容轉(zhuǎn)變表達為直觀形象的教學內(nèi)容，有利于接受并理解和掌握理論知識和技能；仿真模擬功能可動態(tài)模擬難做或無法做的實驗教學，更能培養(yǎng)學生的學習興趣。

4.3 打破教學時空限制

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展口腔醫(yī)學教學，能突破時間限制，在較短時間內(nèi)能讓學生觀察到需要幾個月甚至幾十年才能觀察的變化過程；能打破空間限制，實現(xiàn)動態(tài)詳細觀察以獲得相關知識和技能，顯著提高學生的理解掌握知識的能力。

4.4 避免真實實驗或操作的危險性

以往采用電視錄像和多媒體等形式演示危險或危害人體健康的實驗，學生無法直接參與實驗操作，獲得感性認識不利于理解掌握知識及其知識遷移。在虛擬環(huán)境中開展實驗教學或操作，可放心地去操作，對人體健康并無危害。

4.5 培養(yǎng)學生綜合思維和創(chuàng)新能力

虛擬現(xiàn)實技術(shù)使學生身臨其境，兩者互相作用互相影響，學生與信息和環(huán)境的相互作用，實現(xiàn)自主獲得相關知識和技能。在此過程中，學生主動觀察，不斷探索、發(fā)現(xiàn)、分析問題，不斷判斷總結(jié)知識的真?zhèn)涡?，通過教學系統(tǒng)反饋功能，促進學生自主地個性化地完成學習過程，提高學生的綜合思維和創(chuàng)新能力。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)已用于醫(yī)學教學，可增強學生學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)造力和想象力，提高教學質(zhì)量，為醫(yī)學教育改革指明了方向。合格的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應具有高精度、高真實性和良好人機交互性等特性，目前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實設備尚不能達到上述要求，應加快虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件升級，提高多模式數(shù)據(jù)建模和處理能力，完善醫(yī)學成像和圖像處理技術(shù)，使之朝著更加智能、開放、形象和逼真的方向發(fā)展，實現(xiàn)自然人機交互性，促進醫(yī)學科技和醫(yī)學教育事業(yè)的進步和發(fā)展。

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