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    虚拟现实技术在口腔医学教学的应用

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    【摘要】虚拟现实技术具有人机交互性、身临其境、多感知性和自主性的特点,包括三维视觉显示、虚拟环境建模、真实感实时绘制和立体虚拟声音实现等相关技术。将其应用于口腔医学教学,具有模拟完成需要高耗材高危险的实践操作、激发学生的学习兴趣、打破教学时空限制、避免真实实验或操作的危险性以及培养学生综合思维和创新能力的作用。作者举例说明该技术在义齿种植和口腔解剖生理学教学中的实际应用,以促进口腔医学教学改革,不断提高教学质量。

    【关键词】虚拟现实技术;口腔医学;医学教学

    1引言

    虚拟现实技术利用计算机创设三维数字模型的以视觉感受为主的综合性可感知的人造模拟高仿真环境,人沉浸于此环境之中并发生交互作用,能够通过相关技术直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化,人机融为一体,产生“身临其境”之感觉。医学应用该技术具有安全、即时交互、过程标准、规范、便于监控、不涉及伦理风险等优势,逐渐发展为替代活体动物、尸体甚或人体技能训练的趋势,可用于医学教育教学过程。应用虚拟现实技术可开展口腔医学仿真模拟教学,涉及牙体、牙周、口腔修复和口腔颌面外科等诸多领域。为更好地应用该技术开展口腔医学教学,笔者总结分析虚拟现实技术的特点、相关技术及其在口腔医学教学中的作用和实际应用。

    2虚拟现实技术的特点和相关技术

    虚拟现实技术综合利用三维计算机图形学技术、多功能传感器交互式接口技术及高清晰度高更新速度显示技术模拟真实环境场景,通过操作和控制达到感知需要的目的。

    2.1特点

    人机交互性。在虚拟环境中,用户按照一定的目的性,运用能识别和输入用户发出的指令并作出反馈的特殊输入设备,自然触摸或操作此环境中的物体对象,真实模拟现实环境中产生的效果,实现信息的充分交换和反馈信息。身临其境。指在模拟环境中以自己物理存在的真实身份或在意识状态下,用户沉浸并感觉到真实的虚拟体验,有身临其境之感,真假难辨无法怀疑,相信虚拟环境的真实性。多感知性。用户在虚拟环境中以逼真身份存在,能体现出现实环境中的视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉、运动、重力等人体感知功能。但目前尚不能体现出现实环境的所有感知功能,应不断利用新技术进行开发利用。自主性。即虚拟环境物体运动是否按照既有的物理定律和未知世界物体运动进行,即两者之间的一致度。

    2.2相关技术

    三维视觉显示技术。视觉通道是虚拟现实系统获得多感知的重要环节,三维显示技术是虚拟现实视觉显示技术的重要支撑。虚拟环境建模技术。虚拟现实系统关键要建立虚拟环境,要先建模,再实现实时绘制三维显示,营造一个真实的虚拟环境场景。真实感实时绘制技术。利用计算机模拟显示出真实环境场景画面及其现实物体的各种属性。立体虚拟声音的实现技术。在虚拟环境中,立体虚拟声音能增强用户的人机交互性和身临其境的感觉,减弱大脑依赖视觉,获取更多的视觉和听觉感受,使其沉浸于仿真时空环境之中。

    3虚拟现实技术在口腔医学教学中的实际应用

    3.1在义齿种植教学中的应用

    义齿种植能修复缺失牙齿的生理解剖外形和美观咀嚼等功能,但成本昂贵,操作技术复杂,不是所有口腔科医生都能掌握该技术,难以开展义齿制作和种植修复教学。利用虚拟技术可以很好解决上述难题,可以电脑成像种植体系中的种植钉、愈合帽和转移杆等,利用鼠标实现人机对话,可实现按顺序依次安装虚拟种植体系的模拟操作过程,达到掌握操作技能的目的。学生通过虚拟现实系统观看视频演示教学,进而使之分别以鼠标和虚拟口腔为手术刀和手术部位,完成修整牙槽骨、提升上颌窦等必要操作。如学生操作失败,教学系统不能进行下一环节,那么就没有完成义齿种植操作。利用虚拟现实技术开展义齿种植教学,可将传统口耳相传教学转变为身临其境的多感官全面教学,有利于提高学生的操作技能,进而掌握相关理论知识。

    3.2在口腔解剖生理学教学中的应用

    口腔解剖生理学教学时,可利用虚拟现实技术扫描个性化石膏模型于电脑中并成像,通过分析修正电脑成像,不断提高两者之间的相同程度。然后依据石膏模型进行牙体预备,重建各牙齿解剖外形,扫描分析做好的蜡形,再次扫描电脑成像。在教学过程中,应用虚拟现实技术可依据标准客观真实评价每一项操作和牙齿的外观美观性和功能,同时准确描述对评分较低的偏差百分比,帮助学生找到自己操作的不足,使学生充分理解牙体解剖外形。

    4虚拟现实技术在口腔医学教学中的作用

    4.1模拟完成需要高耗材高危险的实践操作

    虚拟现实技术能充分调动人机对话功能,学生看着电脑利用鼠标就可以顺利完成相关操作,这不仅增加了可操作的教学项目,更显著降低了各种口腔操作的危险性。虚拟现实系统中的相关技术能个性化地联系和衔接口腔医学涉及到的各个学科,能保证临床病例的多样性和全面性,教师利用虚拟现实技术可以讲解和反复演练个性化的教学内容,可以实现自动评分,学生可掌握相关理论知识,还能不断提高学生的操作技能。

    4.2激发学生的学习兴趣

    应用虚拟现实技术开展口腔医学教学,学生能直接进入虚拟现实环境中,通过人机互动交流和个体化操作,可不断丰富感性认识,进一步理解掌握相关理论知识;图文声像并茂能活跃教学气氛和教学过程,显著提高学生的感知水平和学习兴趣;图形演示能将抽象枯燥的教学内容转变表达为直观形象的教学内容,有利于接受并理解和掌握理论知识和技能;仿真模拟功能可动态模拟难做或无法做的实验教学,更能培养学生的学习兴趣。

    4.3打破教学时空限制

    利用虚拟现实技术开展口腔医学教学,能突破时间限制,在较短时间内能让学生观察到需要几个月甚至几十年才能观察的变化过程;能打破空间限制,实现动态详细观察以获得相关知识和技能,显著提高学生的理解掌握知识的能力。

    4.4避免真实实验或操作的危险性

    以往采用电视录像和多媒体等形式演示危险或危害人体健康的实验,学生无法直接参与实验操作,获得感性认识不利于理解掌握知识及其知识迁移。在虚拟环境中开展实验教学或操作,可放心地去操作,对人体健康并无危害。

    4.5培养学生综合思维和创新能力

    虚拟现实技术使学生身临其境,两者互相作用互相影响,学生与信息和环境的相互作用,实现自主获得相关知识和技能。在此过程中,学生主动观察,不断探索、发现、分析问题,不断判断总结知识的真伪性,通过教学系统反馈功能,促进学生自主地个性化地完成学习过程,提高学生的综合思维和创新能力。虚拟现实技术已用于医学教学,可增强学生学习兴趣,培养学生创造力和想象力,提高教学质量,为医学教育改革指明了方向。合格的虚拟现实系统应具有高精度、高真实性和良好人机交互性等特性,目前大多数虚拟现实设备尚不能达到上述要求,应加快虚拟现实系统硬件升级,提高多模式数据建模和处理能力,完善医学成像和图像处理技术,使之朝着更加智能、开放、形象和逼真的方向发展,实现自然人机交互性,促进医学科技和医学教育事业的进步和发展。

    【参考文献】

    [1]刘德建,刘晓琳,张琰,等.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究,2016,22(4):25-31.

    [2]罗溪,李松声,王月帆,等.虚拟现实技术在高等医学教育中的应用[J].中国医学教育技术,2016,30(4):420-423.

    [3]白雪,李志军,张少杰,等.虚拟现实技术在医学教育中的应用与探讨[J].卫生职业教育,2017,35(12):32-34.

    [4]林俊生.虚拟现实技术在口腔种植学领域的应用[J].当代医学,2011,17(28):7-8.

    [5]张志华.虚拟现实技术在医学影像中的应用[J].中外健康文摘,2012,9(37):152-153.

    作者:王景新 单位:白城医学高等专科学校

    虚拟现实技术在口腔医学教学的应用责任编辑:张雨    阅读:人次