增强现实技术为医学教育开拓无限未来

李潜

摘要：虚拟现实是计算机科学的重要分支，近年来其应用深度和广度不断扩展。增强现实技术作为虚拟现实技术中最新的分支，以其灵活性、实用性、与现实环境的密切联系等优势在各个方面带给人们奇妙体验，发展速度很快。该文简要介绍其基本概念与应用领域，并探讨在我校各有关专业、实验与实训课程中结合增强现实技术的可能性和必要性，对应用增强现实技术对未来医学教育发展所产生的影响进行分析和展望。

关键词：虚拟现实；增强现实；人机接口

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：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年我们发现了一些变化，体验了这些变化给我们带来的不同以往的感受：2010年1月，电影《阿凡达》上映，其使用IMAX+3D拍摄技术，以其虚幻与现实结合的手法展现出梦幻般的奇妙场景，给观众带来前所未有的视觉感受；2010年3月，正在我国上海举办的世博会上，增强现实技术在国家电网企业馆主题网站上亮相，这是增强现实在世博会上的首次应用，参观者以“魔盒”上的标记对准摄像头，即可在显示屏幕上看到3D立体视频，从不同角度呈现国家电网、世博中国馆等标志性建筑的概貌；2010年世界杯期间，中央电视台体育频道对世界杯进行转播和评论时，在演播台中央显示大量信息，如比赛场馆，运动员资料等等，给电视观众全新的视听体验；同年，在新发布的苹果IPHONE上推出一款结合手机当前的现实场景的星战游戏；还是这一年，来自荷兰的软件开发商SPRXmobile推出了全球首款“增强现实”浏览器Layar，用户将其对准某个方向，软件就会根据GPS、定向信息等技术，给出用户面前环境的详细信息1……这些事例都让我们不住地慨叹现代科技无所不能，它们都得益于近年来发展迅猛的增强现实技术。

1增强现实技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是利用计算机模拟产生虚拟世界，为使用者提供视觉、听觉、触觉等感官模拟，让使用者有身临其境的感觉。虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种方式，相对于以往命令行的操作方式、目前的视窗操作方式，虚拟现实在技术上提供更先进的人机交互接口，使人置身于信息空间之中，进行各种信息操作。虚拟现实技术昭示了未来计算机应用切入各个领域的具体方向和角度，受到了普遍重视。2005年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》，在信息技术分类中，特别强调虚拟现实技术作为前沿技术，要“重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术，研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”

增强现实（Augmented Reality，简称AR），是虚拟现实技术的一种类型，是虚拟现实中最新的分支，也是发展速度最快的分支。这个概念源于P. Milgram和F. Kishino的文章2，增强现实介于现实环境和虚拟环境之间。简单来说，增强现实是是一种同时包括虚拟世界和真实世界要素的环境，它通过计算机图形图像技术和定位技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间。

增强现实在最近一两年内得到迅速发展，融入到多个领域当中并展现其特殊的影响力。除了本文开始部分的实例外，还被广泛用于医疗领域的手术部位精确定位，旅游领域的实时获取当地有关信息资料，文物保护领域的古迹复原和数字化文化遗产保护，工业维修领域的远程技术指导和维修辅助，还包括室内规划和设计、翻译、服装和美容美发业、电脑游戏等诸多方面。增强现实的主要实现是：首先在计算机中产生虚拟物体，主要是3D物体，然后通过摄像头等设备进行现场图像采集，然后将生成的图像和采集到的现实环境进行叠加3，使之合理地融合，再通过屏幕等输出设备显示出叠加后的图像。

2增强现实技术在我校教学中的应用前景

大量实验证明，虚拟和现实相结合的场景给用户带来的学习体验，比现实场景和全虚拟场景都更容易接受，更能带来视觉冲击力，而增强现实技术正在创建这样的混合现实场景和用户体验。医学教育注重实践，对教学的方式方法，学生学习效果，实验条件等多个层面都有很高的要求。全现实场景的实验成本高昂，在某些情况下能否顺利有效地进行实践还取决于很多复杂而特殊的问题，容易有失一般性；而全虚拟环境容易与现实情况脱节，容易有失准确性、实用性。因此，增强现实的融入将大大改善医学教育的现状，为教师开发和拓展出以往全现实教学和全虚拟教学所不能及的创造性教学空间，给学生丰富深入的实境感和启发性，从而在大大提高学习效率的同时，又能节约教学和实验的成本。

具体到中医药院校的实际，中医学和针灸学教育、护理学教育、中医美容方向等，都需要大量的操作实践，都具备与增强现实技术有机融合的条件，进而紧跟教育技术发展最前沿，大量的临床操作实训、物理化学实验、远程医学教学、远程医疗实践、开发远程医疗援助应用等等，都是增强现实技术可以充分发挥作用，体现价值的研究方向。而实际上，包括数学问题的可视化模拟、物理学中的实验演示、化学中的分子模型等都已经在国外的很多课堂上采用增强现实技术呈现，因此很多公共课也都具备融合增强现实技术，革新教学手段的条件，并可以在实施成功后迅速向大多数课程推广。目前一些实训课程使用了很多模拟人体的设备进行实践教学，也取得良好的效果，但是增强现实技术具有这些设备模拟方法所不能比拟的优势：增强现实技术比用设备模拟的成本更低廉，更易于维护，对于系统的校正、改进、补充功能等都可以通过程序修改来实现，而不像模拟设备那样需要大量的硬件更新、改造；模拟设备数量有限，有些设备笨重，因此只能在实训教室内、在实训课时间内使用，势必因排课的时间等问题导致教学资源紧张，而应用了增强现实技术，学生不受实训教室的地点限制和课时安排的时间限制，大大扩展学习自由度与自主性，充分体现“以学习者为中心”的教育理念；模拟设备因其物理存在和实现，只能进行有限类型和内容的实验，很难重用，造成资金的高投入而使用率、收益率低，而增强现实技术构建的虚拟物体存在于计算机，呈现于计算机的输出设备，因此具备极大的自由度，便于教学、科研项目的结构化整合；随着增强现实技术日益渗透到社会生活的各个领域，在教学中应用增强现实技术，将使学生更适应未来的教学、培训和自学方式，对促进其养成终身学习的习惯产生积极和深远的影响。

3结束语

在西方国家一些对虚拟现实方面有所研究的学校，从幼教到高校教育，从数理化、英语等基础课程到专业培训课程，都可以看到增强现实技术带来的革命性变化，在多领域的成功应用无可争议的证明了增强现实技术所具有的蓬勃生命力，及其所昭示出的壮阔未来。增强现实技术在各学科各领域的深入应用，尤其是在医学教育领域的深度应用，只是时间问题。因此，“如果今天不走，明天就要跑了。”

参考文献：

[1]徐超.增强现实:3G潜在杀手应用[J].通信世界周刊, 2010.

[2] P. Milgram，F. 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].中国机械工程学报,2009(3).