虚拟现实论文
虚拟现实对医学远程治疗的应用知识
摘要：当你进入科学体验馆，置身与科技之中的你有没有感觉科技的梦幻。随着科技的不断发展，当疾病袭来，有足够的医疗能力与病魔作抗争，摆脱危险，追求更好的生活是奋斗的目标。而虚拟现实则以它非同一般的作用在医学医疗方面作着贡献。本文章主要虚拟现实在医学中的应用做出详解。
虚拟现实是近现代具有广泛应用前景的技术，是一种由计算机和电子技术创造的新世界，通过多种传感设备，创造一个看似真实的模拟环境。用户可根据自身感觉，对虚拟世界中的物体进行操作，同时提供视、听、触等直观而又自然的实时感知，使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实已广泛应用于生活娱乐，教育技术，建筑领域以及军事技术中等等。
一． 虚拟现实及远程医疗相关知识
1.何为虚拟现实：
即为真实幻觉(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 i
2.虚拟现实原理
VR（即虚拟现实）是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。 ii
3.远程医疗
远程医疗（Telemedicine）从广义上讲：使用远程通信技术、全息影像技术、新电子技术和计算机多媒体技术发挥大型医学中心医疗技术和设备优势对医疗卫生条件较差的及特殊环境提供远距离医学信息和服务。它包括远程诊断、远程会诊及护理、远程教育、远程医疗信息服务等所有医学活动。从狭义上讲：是指远程医疗，包括远程影像学、远程诊断及会诊、远程护理等医疗活动。 iii
二． 虚拟现实的相关技术
2-1.三维建模技术
三维建模技术包括几何建模，物理建模和行为建模。几何建模是虚拟现实建模的基础，与物理建模和真正体现虚拟现实特征的行为建模结合起来，构造出一个逼真的能够真实模拟现实环境的虚拟环境。
几何建模技术的研究对象是对物体的几何信息的表示与处理。涉及表示几何信息的数据结构及相关的构造于操纵数据结构的算法。包括层次建模方法和属主建模方法。
物理建模技术是虚拟现实系统中中比较高层次的建模，需要考虑对象的物理属性，如质量，重量，硬度，形状，表面纹理等等。分形技术和粒子系统是典型的物理建模方法。
行为建模技术在集合建模的基础上能够使实现的虚拟现实环境更加逼真真实。
2-2.视觉实时动态绘制技术
实时动态绘制技术是指利用计算机为用户提供一个能从任意视点及方向实时观察三维场景的手段，所期望的是图像帧速高而等待时间短。当生成虚拟环境的视图时，必须要设计出好的数据空间和视频图像，是计算机系统尽快运行，每秒生成足够数量的新帧，从而保证系统刷新频率不低于20~30帧每秒。
2-3.人机自然交互技术
人机交互技术(Human-Computer Interaction Techniques简称HCI)是指通过计算机输入、输出设备，通过有效的方式实现人与计算机对话的技术。HCI是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面主要现象进行研究的科学；是研究人与计算机之间通过相互理解的交流与通信，在最大程度上为人们完成信息管理，服务和处理等功能，使计算机真正成为人们工作学习的和谐助手的一门技术科学。
它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，及其人通过输入设备给机器发出命令、回答问题等。简单地说，“交互”，就是指人与设备、系统、网站等的直接或间接的通信过程。人机交互涉及到计算机科学技术、心理学、社会学、人机工程学、工业设计以及语言学等多门学科。 iv
2-4.虚拟仿真技术
虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲，虚拟仿真是指20世纪40年代伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术；从广义上来说，虚拟仿真则是在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通
v用性、战略性技术。
2-5.全息影像技术
全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，最后利用数字图像基本原理再现的全息图进行进一步处理，去除数字干扰，得到
清晰的全息图像。 vi
三．虚拟现实在医学中的应用
在医学中的应用
虚拟现实在医学中的应用，对于现在医学发展具有很重大的意义。通过虚拟现实创建的真实环境，使用者可以清楚知道人体内部构造，培训使用者或者是在外地专家的指导下进行手术都充当着不可小觑的作用。避免了操作中因失误而造成的对于患者难以挽回的伤痛。并且虚拟现实技术对于新药研制方面也有着相当大的帮助。
现如今虚拟现实在医学中的应用有：
1．虚拟人体解剖图(virtual anatomic atlas,VAA)
2．虚拟人体功能(virtual human function)
3．虚拟手术模拟(virtual surgery simulation, VSS)
4．远程手术(telesurgery)
5．虚拟医学教育和培训(virtual medical education and training)
6．虚拟现实在康复医学上的应用(VR in rehabilitation medicine)
7．体积图像中的3D导航(3D navigation in volume image)
8．虚拟内窥镜(virtual endoscope)
9．虚拟医疗中心(virtual medical center, VMC)
10．远程医疗(telemedicine)
四． 虚拟现实应用于医学远程治疗
如上述所讲：虚拟现实在医学中的应用，对于现在医学发展具有很重大的意义。通过虚拟现实创建的真实环境，使用者可以清楚知道人体内部构造，培训使用者或者是在外地专家的指导下进行手术都充当着不可小觑的作用。避免了操作中因失误而造成的对于患者难以挽回的伤痛。并且虚拟现实技术对于新药研制方面也有着相当大的帮助。
在虚拟现实快速发展的现代，如何把知识技术高效的应用于生活是很多搞研究的人所追求的。当虚拟现实应用于医学，医生专家可以通过虚拟现实所创设的真实环境模拟对病人病体的认识和治疗，弥补知识的不足的地方，便于更好的服务于病人。
远程治疗是虚拟现实应用于医学比较流行的治疗手段，医生通过远程治疗可以为远在千里的病人提供手术，挽救病人的生命，对于医疗能力不足的地方给予手术临床的帮助，以便于更加有效的利用专家资源。
远程治疗能够使治疗不再受地理位置的制约，一些医疗能力并不十分完善的地区可以让专家通过远程治疗，如同亲身治疗一般。虽然远程治疗有着这样的优点，但是对于医院却有着设备上的制约。
4-1:制约
进行远程治疗必须两端同时具备虚拟现实的设备，对于普通的小医院一般无法支持远程治疗的条件。其次远程治疗是通过高速网将专家医生的动作传送至网络另一端的手术机器人，由手术机器人对真正的病人实施手术操作。利用虚拟现实，摄像机将手术情况实时的传递给专家的显示器上，专家根据传回来的内容执行下一步手术操作。而这些需要严密的网络设备和网络传输。
用手术机器人作为载体来为病人实施手术，而机器人是通过远端的专家医生来进行行动，远端的专家医生由于不在手术现场，对于手术现场的一些突发情况的前兆无法及时预料，在一定的程度上会使手术风险增加。对于远程治疗，应该要增加一个对于预知情况的及时处理的能力。
4-2:处理方案
在一次手术中，有很多不知道的意外会发生，远程手术过程中对于一般会出现的未知情况进行处理，避免不可挽回的伤痛。远程治疗应该对这一发面的实时性进一步的提升，让视觉、听觉、触觉的真实感进一步加强，使远端的专家医生更加有一种身处手术室的感觉。其次，是对手术机器人的改良，每一个手术都是不一样的，对于一些像心脏手术，大脑手术这些需要高度精密的手术技巧，与之相对，手术机器人的各关节也要相当的灵活。对于意外情况的发生有本能的一些反应，避免意外情况发生而实时情况还未向远端专家发出或远端专家还未做出反应，手术机器人因之前的执行操作而进行误操作，造成伤害。因此远程治疗在实时性和灵活性上应更有待提高。
远程治疗需要严密的网络设备和网络传输以及先进的虚拟现实设备。由于医疗一方面要由社会相扶持，提高和改善医院的医疗设备是医院与社会的责任。因为具备先进的设备，才能使某些不能实现的手术治疗成为可能。
4-3:展望
随着技术的不断发展，知识的不断丰富，虚拟现实在医学中的应用会越来越广泛，虚拟现实的临床应用也会变得越来越成功，不久的将来，一定会有很多人因虚拟现实的临床应用而受益。
五．总括：
随着人类对于生活的不断追求，虚拟现实将会更加广泛的应用于医疗之中，为更多的人解决或缓解疾病上的痛苦做出贡献。虚拟现实的广泛应用也会给医学带来一定的影响力，让医学走上更为科学与充满科技的道路，虚拟现实技术会因其强大的交互性和用户的真实感受而发展的越来越棒，越来越广。
i 【摘自“虚拟现实”百度百科】
ii 【摘自“虚拟现实原理”互动百科】
iii 【摘自“远程医疗”百度百科】
iv 【摘自“浅谈人机自然交互技术”百度文库】
v 【摘自“虚拟仿真技术”百度百科】
vi 【摘自“全息影像技术”百度百科】
虚拟现实论文
虚拟现实对医学远程治疗的应用知识
摘要：当你进入科学体验馆，置身与科技之中的你有没有感觉科技的梦幻。随着科技的不断发展，当疾病袭来，有足够的医疗能力与病魔作抗争，摆脱危险，追求更好的生活是奋斗的目标。而虚拟现实则以它非同一般的作用在医学医疗方面作着贡献。本文章主要虚拟现实在医学中的应用做出详解。
虚拟现实是近现代具有广泛应用前景的技术，是一种由计算机和电子技术创造的新世界，通过多种传感设备，创造一个看似真实的模拟环境。用户可根据自身感觉，对虚拟世界中的物体进行操作，同时提供视、听、触等直观而又自然的实时感知，使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实已广泛应用于生活娱乐，教育技术，建筑领域以及军事技术中等等。
一． 虚拟现实及远程医疗相关知识
1.何为虚拟现实：
即为真实幻觉(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 i
2.虚拟现实原理
VR（即虚拟现实）是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。 ii
3.远程医疗
远程医疗（Telemedicine）从广义上讲：使用远程通信技术、全息影像技术、新电子技术和计算机多媒体技术发挥大型医学中心医疗技术和设备优势对医疗卫生条件较差的及特殊环境提供远距离医学信息和服务。它包括远程诊断、远程会诊及护理、远程教育、远程医疗信息服务等所有医学活动。从狭义上讲：是指远程医疗，包括远程影像学、远程诊断及会诊、远程护理等医疗活动。 iii
二． 虚拟现实的相关技术
2-1.三维建模技术
三维建模技术包括几何建模，物理建模和行为建模。几何建模是虚拟现实建模的基础，与物理建模和真正体现虚拟现实特征的行为建模结合起来，构造出一个逼真的能够真实模拟现实环境的虚拟环境。
几何建模技术的研究对象是对物体的几何信息的表示与处理。涉及表示几何信息的数据结构及相关的构造于操纵数据结构的算法。包括层次建模方法和属主建模方法。
物理建模技术是虚拟现实系统中中比较高层次的建模，需要考虑对象的物理属性，如质量，重量，硬度，形状，表面纹理等等。分形技术和粒子系统是典型的物理建模方法。
行为建模技术在集合建模的基础上能够使实现的虚拟现实环境更加逼真真实。
2-2.视觉实时动态绘制技术
实时动态绘制技术是指利用计算机为用户提供一个能从任意视点及方向实时观察三维场景的手段，所期望的是图像帧速高而等待时间短。当生成虚拟环境的视图时，必须要设计出好的数据空间和视频图像，是计算机系统尽快运行，每秒生成足够数量的新帧，从而保证系统刷新频率不低于20~30帧每秒。
2-3.人机自然交互技术
人机交互技术(Human-Computer Interaction Techniques简称HCI)是指通过计算机输入、输出设备，通过有效的方式实现人与计算机对话的技术。HCI是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面主要现象进行研究的科学；是研究人与计算机之间通过相互理解的交流与通信，在最大程度上为人们完成信息管理，服务和处理等功能，使计算机真正成为人们工作学习的和谐助手的一门技术科学。
它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，及其人通过输入设备给机器发出命令、回答问题等。简单地说，“交互”，就是指人与设备、系统、网站等的直接或间接的通信过程。人机交互涉及到计算机科学技术、心理学、社会学、人机工程学、工业设计以及语言学等多门学科。 iv
2-4.虚拟仿真技术
虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲，虚拟仿真是指20世纪40年代伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术；从广义上来说，虚拟仿真则是在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通
v用性、战略性技术。
2-5.全息影像技术
全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，最后利用数字图像基本原理再现的全息图进行进一步处理，去除数字干扰，得到
清晰的全息图像。 vi
三．虚拟现实在医学中的应用
在医学中的应用
虚拟现实在医学中的应用，对于现在医学发展具有很重大的意义。通过虚拟现实创建的真实环境，使用者可以清楚知道人体内部构造，培训使用者或者是在外地专家的指导下进行手术都充当着不可小觑的作用。避免了操作中因失误而造成的对于患者难以挽回的伤痛。并且虚拟现实技术对于新药研制方面也有着相当大的帮助。
现如今虚拟现实在医学中的应用有：
1．虚拟人体解剖图(virtual anatomic atlas,VAA)
2．虚拟人体功能(virtual human function)
3．虚拟手术模拟(virtual surgery simulation, VSS)
4．远程手术(telesurgery)
5．虚拟医学教育和培训(virtual medical education and training)
6．虚拟现实在康复医学上的应用(VR in rehabilitation medicine)
7．体积图像中的3D导航(3D navigation in volume image)
8．虚拟内窥镜(virtual endoscope)
9．虚拟医疗中心(virtual medical center, VMC)
10．远程医疗(telemedicine)
四． 虚拟现实应用于医学远程治疗
如上述所讲：虚拟现实在医学中的应用，对于现在医学发展具有很重大的意义。通过虚拟现实创建的真实环境，使用者可以清楚知道人体内部构造，培训使用者或者是在外地专家的指导下进行手术都充当着不可小觑的作用。避免了操作中因失误而造成的对于患者难以挽回的伤痛。并且虚拟现实技术对于新药研制方面也有着相当大的帮助。
在虚拟现实快速发展的现代，如何把知识技术高效的应用于生活是很多搞研究的人所追求的。当虚拟现实应用于医学，医生专家可以通过虚拟现实所创设的真实环境模拟对病人病体的认识和治疗，弥补知识的不足的地方，便于更好的服务于病人。
远程治疗是虚拟现实应用于医学比较流行的治疗手段，医生通过远程治疗可以为远在千里的病人提供手术，挽救病人的生命，对于医疗能力不足的地方给予手术临床的帮助，以便于更加有效的利用专家资源。
远程治疗能够使治疗不再受地理位置的制约，一些医疗能力并不十分完善的地区可以让专家通过远程治疗，如同亲身治疗一般。虽然远程治疗有着这样的优点，但是对于医院却有着设备上的制约。
4-1:制约
进行远程治疗必须两端同时具备虚拟现实的设备，对于普通的小医院一般无法支持远程治疗的条件。其次远程治疗是通过高速网将专家医生的动作传送至网络另一端的手术机器人，由手术机器人对真正的病人实施手术操作。利用虚拟现实，摄像机将手术情况实时的传递给专家的显示器上，专家根据传回来的内容执行下一步手术操作。而这些需要严密的网络设备和网络传输。
用手术机器人作为载体来为病人实施手术，而机器人是通过远端的专家医生来进行行动，远端的专家医生由于不在手术现场，对于手术现场的一些突发情况的前兆无法及时预料，在一定的程度上会使手术风险增加。对于远程治疗，应该要增加一个对于预知情况的及时处理的能力。
4-2:处理方案
在一次手术中，有很多不知道的意外会发生，远程手术过程中对于一般会出现的未知情况进行处理，避免不可挽回的伤痛。远程治疗应该对这一发面的实时性进一步的提升，让视觉、听觉、触觉的真实感进一步加强，使远端的专家医生更加有一种身处手术室的感觉。其次，是对手术机器人的改良，每一个手术都是不一样的，对于一些像心脏手术，大脑手术这些需要高度精密的手术技巧，与之相对，手术机器人的各关节也要相当的灵活。对于意外情况的发生有本能的一些反应，避免意外情况发生而实时情况还未向远端专家发出或远端专家还未做出反应，手术机器人因之前的执行操作而进行误操作，造成伤害。因此远程治疗在实时性和灵活性上应更有待提高。
远程治疗需要严密的网络设备和网络传输以及先进的虚拟现实设备。由于医疗一方面要由社会相扶持，提高和改善医院的医疗设备是医院与社会的责任。因为具备先进的设备，才能使某些不能实现的手术治疗成为可能。
4-3:展望
随着技术的不断发展，知识的不断丰富，虚拟现实在医学中的应用会越来越广泛，虚拟现实的临床应用也会变得越来越成功，不久的将来，一定会有很多人因虚拟现实的临床应用而受益。
五．总括：
随着人类对于生活的不断追求，虚拟现实将会更加广泛的应用于医疗之中，为更多的人解决或缓解疾病上的痛苦做出贡献。虚拟现实的广泛应用也会给医学带来一定的影响力，让医学走上更为科学与充满科技的道路，虚拟现实技术会因其强大的交互性和用户的真实感受而发展的越来越棒，越来越广。
i 【摘自“虚拟现实”百度百科】
ii 【摘自“虚拟现实原理”互动百科】
iii 【摘自“远程医疗”百度百科】
iv 【摘自“浅谈人机自然交互技术”百度文库】
v 【摘自“虚拟仿真技术”百度百科】
vi 【摘自“全息影像技术”百度百科】