中醫藥虛擬仿真系統
2022/2/18 9:58:04
(一)中藥學(xué)虛擬仿真系統的建設思路

中藥學(xué)虛擬仿真系統用來(lái)解決什么問(wèn)題?為什么選擇中藥學(xué)虛擬仿真系統教學(xué)?中藥學(xué)虛擬仿真系統和實(shí)訓室、實(shí)驗室建設的意義是什么?這些問(wèn)題總結歸納如下:

中藥學(xué)虛擬仿真系統解決的問(wèn)題:

1.認知功能——解決從理論知識點(diǎn)到實(shí)際工作環(huán)境中應用認識問(wèn)題。

2.交互功能——解決實(shí)際操作業(yè)務(wù)流程認知學(xué)習的問(wèn)題。

3.訓練功能——解決實(shí)際操作技能訓練的問(wèn)題。

4.考核功能——解決技能鑒定問(wèn)題。

虛擬仿真實(shí)訓


為什么選擇中藥學(xué)虛擬仿真系統:中藥學(xué)虛擬仿真系統是以計算機虛擬現實(shí)和三維仿真技術(shù)為核心,利用計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù),使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中,使用者能夠通過(guò)虛擬現實(shí)系統身臨其境的在虛擬環(huán)境中學(xué)習。虛擬現實(shí)技術(shù)綜合多種仿真技術(shù)為支撐。在計算機環(huán)境中構建的虛擬實(shí)驗環(huán)境,使實(shí)驗者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣運用各種虛擬實(shí)驗器械和設備,對實(shí)驗對象進(jìn)行虛擬操作,完成各種預定的實(shí)驗項目,起到學(xué)習訓練的作用。

中藥學(xué)虛擬仿真系統和實(shí)訓室、實(shí)驗室建設的意義:通過(guò)醫學(xué)三維仿真模擬技術(shù)建立的仿真模型,不僅增加學(xué)生對知識點(diǎn)了解的興趣,更能將抽象的畫(huà)面具體化、形象化,給學(xué)員能夠留下深刻的記憶,也給教師的教學(xué)提供了便利,提高了教學(xué)品質(zhì)和效率。中藥學(xué)虛擬仿真系統可以使學(xué)生通過(guò)認藥識藥模塊掌握的詳細知識圖文信息,包括藥材的名稱(chēng),科屬、采收加工、主產(chǎn)地和性味歸經(jīng),對應植物形態(tài)的圖片以及飲片,藥材性狀、藥用部位等知識內容;也可以進(jìn)行復雜的綜合知識學(xué)習如判定藥材真偽。教學(xué)實(shí)施的過(guò)程由簡(jiǎn)單到復雜,使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結合,這對學(xué)員積累臨床經(jīng)驗,培養臨床思維能力是有利的。

(二)系統架構

中藥學(xué)虛擬仿真系統部分主要由CGSIMS(Computer Graphics & Simulation)多人協(xié)同引擎平臺及VR內容資源平臺解決大數據一體化立體顯示、協(xié)同設計交互功能。CGSIMS可直接實(shí)時(shí)獲取多種3D輔助設計軟件數據內容,無(wú)需數據轉化,減少數據損壞或丟失;結合3D立體沉浸式投影系統和交互設備,虛擬教學(xué)、仿真可視化等交互。

CGSIMS擁有強大的擴展功能,提供了足夠豐富的軟件接口,能夠提供滿(mǎn)足客戶(hù)需要的定制化開(kāi)發(fā)能力,通過(guò)對自主核心引擎的編輯,幫助客戶(hù)解決在這些領(lǐng)域內的問(wèn)題。中藥學(xué)虛擬仿真系統底層采用CGSIMS核心,加入數據層和表現層。數據層采用服務(wù)器端sqlserver數據庫和客戶(hù)端SQLite數據庫并行的處理模式。表現層采用多種表現形式并存的模式,投入市場(chǎng)時(shí)候根據客戶(hù)需要選擇表現方式,表現方式有:1、3DLED動(dòng)捕系統相結合的三維交互式大屏;2、瀏覽器webGL互聯(lián)網(wǎng)模式;3、電教室HTC/Oclus等VR設備表現;4、Zspce交互式電腦;5、普通電教室普通電腦鼠標鍵盤(pán)交互模式;

系統硬件部分由顯示系統,圖形工作站系統,人機交互系統等組成,并充分依據系統可行性,拓展性,穩定性進(jìn)行綜合設計,滿(mǎn)足日常教學(xué),實(shí)訓實(shí)驗,沉浸體驗等多個(gè)環(huán)節的應用。

虛擬仿真實(shí)訓


虛擬仿真實(shí)訓


(三)功能模塊
                          



1、認藥識藥

中藥材及飲片鑒別中藥學(xué)虛擬仿真系統,提供不少于350種中藥材的詳細知識圖文信息,包括藥材的名稱(chēng),科屬、采收加工、主產(chǎn)地和性味歸經(jīng),對應植物形態(tài)的圖片以及飲片,藥材性狀、藥用部位等知識內容; 系統內置搜索引擎,方便進(jìn)行藥材資料的搜索;

虛擬仿真實(shí)訓



2、真偽鑒別

中藥學(xué)虛擬仿真系統展現真偽藥材鑒別的詳細知識點(diǎn)信息,包含真偽藥材的圖文信息,其中文字信息需包含:藥材性狀信息,如形狀、尺寸、顏色、表面紋理、質(zhì)地氣味等。 中藥材包含不少于80種真品及其偽品,每種藥材真品圖片2-3張,偽品圖片1-2張,圖片均為高清實(shí)拍圖片,圖片分辨率不得低于1000*500,并具有特征說(shuō)明。


虛擬仿真實(shí)訓


3、顯微學(xué)習

中藥學(xué)虛擬仿真系統包含不少于以下44種藥材顯微鏡下特征圖文說(shuō)明: 大黃、牡丹皮、五味子、黃連(味連)、厚樸、補骨脂、甘草、肉桂、小茴香、人參、黃柏、檳榔、當歸、大青葉、麻黃、黃芩、番瀉葉、薄荷、白術(shù)、丁香、穿心蓮、半夏、洋金花、豬苓、浙貝母、金銀花、茯苓、天花粉、紅花、珍珠、黃芪、山茱萸、石膏、川貝母(松貝或青貝)、砂仁。 每種藥材都包括詳細的圖文說(shuō)明,圖文說(shuō)明包括藥材的橫切面顯微特征圖以及粉末特征圖。 根據不同藥材特性,展示的高清顯微圖像要配有文字描述。 所有藥材可按照12類(lèi)功效分類(lèi)也可以按照歸經(jīng)分類(lèi),方便檢索和學(xué)習;

虛擬仿真實(shí)訓



4、考核訓練

中藥學(xué)虛擬仿真系統考核模塊包含:理論考核和實(shí)訓考核兩部分構成成績(jì),理論考核部分系統從題庫抽題分選擇題和判斷題,進(jìn)行理論知識考核,實(shí)訓考核包含:內置中藥材圖片,藥名、功效等知識信息點(diǎn)。 在練習模式下學(xué)生可根據中藥材的模型或圖片填寫(xiě)藥品名稱(chēng)和藥品功效,可以驗證對錯; 學(xué)生可根據中藥材粉末的圖片判定藥材名稱(chēng),可以驗證對錯; 學(xué)生可根據真偽中藥材圖片判定藥材真偽,可以驗證對錯。

自主測試模塊:軟件采用真實(shí)藥材三維模型或圖片的方式,通過(guò)軟件學(xué)習藥材的類(lèi)別、藥材特征、藥材的鑒別等進(jìn)行學(xué)習和練習;

虛擬仿真實(shí)訓

5、知識庫(資源庫)

中藥學(xué)虛擬仿真系統知識庫教師端可以上傳各類(lèi)教學(xué)資源、課件、微課視頻、PPT等。學(xué)生端可以學(xué)習和下載老師或系統中提供的各種學(xué)習資料。

三維仿真軟件


中藥方劑近600個(gè)方劑的詳解,2200個(gè)中成藥詳解。中藥培育技術(shù)詳解160例。

三維仿真實(shí)訓

中醫藥虛擬仿真

中醫藥虛擬仿真


6、VR模塊(3D交互式大屏、Zspce、HTC VIVE)

中藥學(xué)虛擬仿真系統VR模塊是系統硬件支持擴展模塊,該模塊支持3D交互式大屏、Zspce、HTC VIVE等硬件環(huán)境,接入對應的硬件后啟動(dòng)VR模式即可用硬件進(jìn)行交互控制。學(xué)校根據自己的實(shí)際應用情況來(lái)配置硬件環(huán)境,默認是電教室普通計算機上鼠標鍵盤(pán)控制的仿真操作,如果具備條件的情況下后續購買(mǎi)配置一定的虛擬仿真設備就可以無(wú)縫對接這些設備。

7、系統管理

中藥學(xué)虛擬仿真系統管理包含:組織架構管理:對學(xué)校內院系、專(zhuān)業(yè)和班級信息進(jìn)行增刪改查。教師管理:對教師進(jìn)行增、刪、改、查。學(xué)生管理:支持對學(xué)生進(jìn)行增、刪、改、查,批量導入??荚嚬芾恚嚎己藱嘀?,分數統計等。系統日志:系統日志方便管理員和老師查看學(xué)生的學(xué)習記錄情況。

(四)虛擬仿真系統可支持硬件環(huán)境

中藥學(xué)虛擬仿真系統,是一個(gè)高度集成化的系統??梢詫?shí)現實(shí)驗教學(xué)、課程實(shí)訓、方案推演、科研、學(xué)生實(shí)踐等諸多功能,本系統具備高度開(kāi)放性,硬件方案采用開(kāi)放式架構,根據實(shí)際應用需求可以選配方案中的任意一種或多種設備進(jìn)行集成應用。

3D顯示系統提供良好的人機交互體驗,豐富的軟件硬件接口,讓參與者能夠直接和虛擬世界的三維模型進(jìn)行交互,并提供豐富的交互功能體驗。(3D交互式大屏、Zspce、HTC VIVE)都可以完成不同形式的3D交互式仿真體驗。

1、單幕3D顯示視聽(tīng)室環(huán)境支持

包含小間距LED顯示系統,交互系統,圖形圖像渲染系統,U3D立體插件,虛擬教學(xué)軟件平臺及配套系統幾大部分。各個(gè)系統子系統通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò )連接,協(xié)調作業(yè)滿(mǎn)足虛擬實(shí)驗中心的教學(xué)科研任務(wù)要求。

中藥學(xué)虛擬仿真系統網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖如下所示:


中醫藥虛擬仿真

                           中醫藥虛擬仿真


2、HTC Vive頭盔硬件支持

HTC Vive借助精準的移動(dòng)追蹤和自然的操控手柄手勢,體驗空間定位游戲。借助前置攝像頭,在需要時(shí)打量一下真實(shí)世界。無(wú)需摘下頭戴裝置即可打開(kāi)應用程序和游戲。這是完全的沉浸式虛擬現實(shí)體驗。

令人沉醉的耳機音效

一旦佩戴上Vive頭戴式設備,您將進(jìn)入一個(gè)充滿(mǎn)驚喜的世界。您可以自由行走、盡情探索-陪護人指引系統能確保您在游戲區域內安全無(wú)虞。令人驚艷的視圖效果讓您同時(shí)感受真實(shí)而又夢(mèng)幻的體驗。

全方位的掌控

高清觸覺(jué)反饋和直觀(guān)的手勢讓您能夠輕松自然地玩游戲并與虛擬世界進(jìn)行互動(dòng)。Vive的兩臺無(wú)線(xiàn)控制器配備的24個(gè)感應器使移動(dòng)暢通無(wú)阻,讓您在虛擬現實(shí)中獲得前所未有的多樣化體驗。

基站提供助力

由于突破性的基站技術(shù)能幫助頭戴式設備和控制器在空間中追蹤其準確位置,您可以借助Vive實(shí)現360? 動(dòng)態(tài)追蹤。自由探索并與虛擬世界互動(dòng)??臻g定位虛擬現實(shí)讓您處于萬(wàn)物的中心。

                                                中醫藥虛擬仿真


3、Zspce硬件環(huán)境支持

zSpace通過(guò)在一體式計算機和筆記本電腦中集成最新的AR / VR技術(shù),提供了令人驚嘆的交互式體驗。zSpace利用三種感官特性創(chuàng )造出自然直觀(guān)的體驗。每個(gè)zSpace系統都在顯示屏中內置了跟蹤功能。這些傳感器可跟蹤您的zSpace觸筆和眼鏡。當您傾斜頭部以環(huán)顧對象時(shí),zSpace會(huì )動(dòng)態(tài)更新以完整,高清顯示正確的視圖。從金屬框架的追蹤眼鏡到輕量級的非追蹤眼鏡,zSpace眼鏡是必不可少的。追蹤眼鏡提供完整的體驗,而非追蹤眼鏡允許同伴加入和參與。zSpace觸筆像鋼筆一樣握持。通過(guò)6個(gè)自由度,使用者可以在拾取和檢查物體時(shí)自然地旋轉手腕。觸筆上的按鈕根據打開(kāi)的應用程序執行不同的操作。


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