李潛

摘要：虛擬現(xiàn)實是計算機科學(xué)的重要分支，近年來其應(yīng)用深度和廣度不斷擴展。增強現(xiàn)實技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)中最新的分支，以其靈活性、實用性、與現(xiàn)實環(huán)境的密切聯(lián)系等優(yōu)勢在各個方面帶給人們奇妙體驗，發(fā)展速度很快。該文簡要介紹其基本概念與應(yīng)用領(lǐng)域，并探討在我校各有關(guān)專業(yè)、實驗與實訓(xùn)課程中結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)的可能性和必要性，對應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)對未來醫(yī)學(xué)教育發(fā)展所產(chǎn)生的影響進行分析和展望。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；增強現(xiàn)實；人機接口

中圖分類號：TP311文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)02-0481-02

AR: Exploiting the Future In Medical Education Field

LI Qian

(Tianjin University of TCM, Tianjin 300193,China)

Abstract: Virtual reality is an important branch of computer science. Augmented reality was the latest branch of virtual reality. AR applica? tions bring people wonderful experience with its flexibility and practical in many fields, and develop rapidly. This paper introduces the key concept and application fields of AR, discusses the AR applications about medical science and medical education.

Key words: virtual reality; augmented reality; HMI

在2010年我們發(fā)現(xiàn)了一些變化，體驗了這些變化給我們帶來的不同以往的感受：2010年1月，電影《阿凡達》上映，其使用IMAX+3D拍攝技術(shù)，以其虛幻與現(xiàn)實結(jié)合的手法展現(xiàn)出夢幻般的奇妙場景，給觀眾帶來前所未有的視覺感受；2010年3月，正在我國上海舉辦的世博會上，增強現(xiàn)實技術(shù)在國家電網(wǎng)企業(yè)館主題網(wǎng)站上亮相，這是增強現(xiàn)實在世博會上的首次應(yīng)用，參觀者以“魔盒”上的標(biāo)記對準攝像頭，即可在顯示屏幕上看到3D立體視頻，從不同角度呈現(xiàn)國家電網(wǎng)、世博中國館等標(biāo)志性建筑的概貌；2010年世界杯期間，中央電視臺體育頻道對世界杯進行轉(zhuǎn)播和評論時，在演播臺中央顯示大量信息，如比賽場館，運動員資料等等，給電視觀眾全新的視聽體驗；同年，在新發(fā)布的蘋果IPHONE上推出一款結(jié)合手機當(dāng)前的現(xiàn)實場景的星戰(zhàn)游戲；還是這一年，來自荷蘭的軟件開發(fā)商SPRXmobile推出了全球首款“增強現(xiàn)實”瀏覽器Layar，用戶將其對準某個方向，軟件就會根據(jù)GPS、定向信息等技術(shù)，給出用戶面前環(huán)境的詳細信息1……這些事例都讓我們不住地慨嘆現(xiàn)代科技無所不能，它們都得益于近年來發(fā)展迅猛的增強現(xiàn)實技術(shù)。

1增強現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)是利用計算機模擬產(chǎn)生虛擬世界，為使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官模擬，讓使用者有身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種方式，相對于以往命令行的操作方式、目前的視窗操作方式，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)上提供更先進的人機交互接口，使人置身于信息空間之中，進行各種信息操作。虛擬現(xiàn)實技術(shù)昭示了未來計算機應(yīng)用切入各個領(lǐng)域的具體方向和角度，受到了普遍重視。2005年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》，在信息技術(shù)分類中，特別強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為前沿技術(shù)，要“重點研究電子學(xué)、心理學(xué)、控制學(xué)、計算機圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、實時分布系統(tǒng)和多媒體技術(shù)等多學(xué)科融合的技術(shù)，研究醫(yī)學(xué)、娛樂、藝術(shù)與教育、軍事及工業(yè)制造管理等多個相關(guān)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)。”

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR），是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種類型，是虛擬現(xiàn)實中最新的分支，也是發(fā)展速度最快的分支。這個概念源于P. Milgram和F. Kishino的文章2，增強現(xiàn)實介于現(xiàn)實環(huán)境和虛擬環(huán)境之間。簡單來說，增強現(xiàn)實是是一種同時包括虛擬世界和真實世界要素的環(huán)境，它通過計算機圖形圖像技術(shù)和定位技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到同一個畫面或空間。

增強現(xiàn)實在最近一兩年內(nèi)得到迅速發(fā)展，融入到多個領(lǐng)域當(dāng)中并展現(xiàn)其特殊的影響力。除了本文開始部分的實例外，還被廣泛用于醫(yī)療領(lǐng)域的手術(shù)部位精確定位，旅游領(lǐng)域的實時獲取當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)信息資料，文物保護領(lǐng)域的古跡復(fù)原和數(shù)字化文化遺產(chǎn)保護，工業(yè)維修領(lǐng)域的遠程技術(shù)指導(dǎo)和維修輔助，還包括室內(nèi)規(guī)劃和設(shè)計、翻譯、服裝和美容美發(fā)業(yè)、電腦游戲等諸多方面。增強現(xiàn)實的主要實現(xiàn)是：首先在計算機中產(chǎn)生虛擬物體，主要是3D物體，然后通過攝像頭等設(shè)備進行現(xiàn)場圖像采集，然后將生成的圖像和采集到的現(xiàn)實環(huán)境進行疊加3，使之合理地融合，再通過屏幕等輸出設(shè)備顯示出疊加后的圖像。

2增強現(xiàn)實技術(shù)在我校教學(xué)中的應(yīng)用前景

大量實驗證明，虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的場景給用戶帶來的學(xué)習(xí)體驗，比現(xiàn)實場景和全虛擬場景都更容易接受，更能帶來視覺沖擊力，而增強現(xiàn)實技術(shù)正在創(chuàng)建這樣的混合現(xiàn)實場景和用戶體驗。醫(yī)學(xué)教育注重實踐，對教學(xué)的方式方法，學(xué)生學(xué)習(xí)效果，實驗條件等多個層面都有很高的要求。全現(xiàn)實場景的實驗成本高昂，在某些情況下能否順利有效地進行實踐還取決于很多復(fù)雜而特殊的問題，容易有失一般性；而全虛擬環(huán)境容易與現(xiàn)實情況脫節(jié)，容易有失準確性、實用性。因此，增強現(xiàn)實的融入將大大改善醫(yī)學(xué)教育的現(xiàn)狀，為教師開發(fā)和拓展出以往全現(xiàn)實教學(xué)和全虛擬教學(xué)所不能及的創(chuàng)造性教學(xué)空間，給學(xué)生豐富深入的實境感和啟發(fā)性，從而在大大提高學(xué)習(xí)效率的同時，又能節(jié)約教學(xué)和實驗的成本。

具體到中醫(yī)藥院校的實際，中醫(yī)學(xué)和針灸學(xué)教育、護理學(xué)教育、中醫(yī)美容方向等，都需要大量的操作實踐，都具備與增強現(xiàn)實技術(shù)有機融合的條件，進而緊跟教育技術(shù)發(fā)展最前沿，大量的臨床操作實訓(xùn)、物理化學(xué)實驗、遠程醫(yī)學(xué)教學(xué)、遠程醫(yī)療實踐、開發(fā)遠程醫(yī)療援助應(yīng)用等等，都是增強現(xiàn)實技術(shù)可以充分發(fā)揮作用，體現(xiàn)價值的研究方向。而實際上，包括數(shù)學(xué)問題的可視化模擬、物理學(xué)中的實驗演示、化學(xué)中的分子模型等都已經(jīng)在國外的很多課堂上采用增強現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)，因此很多公共課也都具備融合增強現(xiàn)實技術(shù)，革新教學(xué)手段的條件，并可以在實施成功后迅速向大多數(shù)課程推廣。目前一些實訓(xùn)課程使用了很多模擬人體的設(shè)備進行實踐教學(xué)，也取得良好的效果，但是增強現(xiàn)實技術(shù)具有這些設(shè)備模擬方法所不能比擬的優(yōu)勢：增強現(xiàn)實技術(shù)比用設(shè)備模擬的成本更低廉，更易于維護，對于系統(tǒng)的校正、改進、補充功能等都可以通過程序修改來實現(xiàn)，而不像模擬設(shè)備那樣需要大量的硬件更新、改造；模擬設(shè)備數(shù)量有限，有些設(shè)備笨重，因此只能在實訓(xùn)教室內(nèi)、在實訓(xùn)課時間內(nèi)使用，勢必因排課的時間等問題導(dǎo)致教學(xué)資源緊張，而應(yīng)用了增強現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生不受實訓(xùn)教室的地點限制和課時安排的時間限制，大大擴展學(xué)習(xí)自由度與自主性，充分體現(xiàn)“以學(xué)習(xí)者為中心”的教育理念；模擬設(shè)備因其物理存在和實現(xiàn)，只能進行有限類型和內(nèi)容的實驗，很難重用，造成資金的高投入而使用率、收益率低，而增強現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的虛擬物體存在于計算機，呈現(xiàn)于計算機的輸出設(shè)備，因此具備極大的自由度，便于教學(xué)、科研項目的結(jié)構(gòu)化整合；隨著增強現(xiàn)實技術(shù)日益滲透到社會生活的各個領(lǐng)域，在教學(xué)中應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)，將使學(xué)生更適應(yīng)未來的教學(xué)、培訓(xùn)和自學(xué)方式，對促進其養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣產(chǎn)生積極和深遠的影響。

3結(jié)束語

在西方國家一些對虛擬現(xiàn)實方面有所研究的學(xué)校，從幼教到高校教育，從數(shù)理化、英語等基礎(chǔ)課程到專業(yè)培訓(xùn)課程，都可以看到增強現(xiàn)實技術(shù)帶來的革命性變化，在多領(lǐng)域的成功應(yīng)用無可爭議的證明了增強現(xiàn)實技術(shù)所具有的蓬勃生命力，及其所昭示出的壯闊未來。增強現(xiàn)實技術(shù)在各學(xué)科各領(lǐng)域的深入應(yīng)用，尤其是在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的深度應(yīng)用，只是時間問題。因此，“如果今天不走，明天就要跑了。”

參考文獻：

[1]徐超.增強現(xiàn)實:3G潛在殺手應(yīng)用[J].通信世界周刊, 2010.

[2] P. Milgram，F(xiàn). Kishino.A Taxonomy of Mixed Reality Visual Display[J].IEICE Trans. Information System, vol. E77-D, 1994(12): 1321-1329.

[3] Li Shiqi, Peng Tao, Wang Junfeng, Xu Chi.Mixed Reality-based Interactive Technology for Aircraft Cabin Assembly[J].中國機械工程學(xué)報,2009(3).