国内护理虚拟实验室建设应用研究

宁珂雪 李湘华 陈文

摘 要：虚拟现实技术不仅仅是单一的技术，而是多种行业的技术支撑，它进入到科学研究的众多领域，应用的前景越来越广泛。国内虚拟现实技术在医学领域也有很多的尝试和应用。护理虚拟实验室作为护理学中新的应用，如何构建虚拟实验室，优化设计方案、改善建设结构、增强研究能力等，都是需要深入研究和探讨的方向。本文主要从国内护理虚拟实验室的开发建设入手，探讨应用中的相关问题，为以开放大学护理远程学习者为中心的虚拟实验室建设提供理论参考。

关键词：国内 护理 虚拟实验室 建设

现代计算机技术、电子信息技术的快速发展，带来了虚拟现实技术的兴起。在护理学领域虚拟实验室就是比较先进的实验教学和远程教学的载体。虚拟实验室和传统设备构建的实验室不同，主要是利用计算机仿真技术和互联网技术构建的实验室。其主要功能是依据实验室的教学需要，在计算机系统中利用虚拟现实技术来构建实验环境，让实验者在虚拟环境中应用各种实验的设备，进行各种实验操作[1]。国内护理学方面的虚拟实验室是比较新的建设理念和开发项目。本文主要是对国内护理虚拟实验室的应用、开发、建设进行理论探讨。

一、虚拟现实技术应用于护理学实验的优势

护理学是实践性要求比较强的学科，学生在学习护理技能中，需要通过反复的练习和临床实践，才能适应将来的护理工作。学校在护理学教学中，也一直非常重视护理学的实践性技能培训工作。但是这些年，护理院校面对学生数量增加，实验室有限、适应设备、仪器数量难以满足学生的技能实践需要的困难。特别是护理学中的静脉输液、鼻饲法、导尿术等技术要求比较高，在训练中需要大量的物资和实践环境，这些更增加了学校的运营成本，也导致很多学生无法在学校有效掌握和提高护理的技术和水平。

虚拟现实技术是一种借助计算机技术、传感设备等建设的模拟环境空间状态的计算机系统，于上世纪80年代末由美国人创新提出[2]。虚拟现实技术因为能够在计算机上创建出用户直观感受好、参与度高的交流互动环境，而受到用户和设计者的欢迎。对现实和未来进行全面复制，用虚拟手法让人们有真实感受，是这一系统最主要的特点。这也是护理学实验室的重要设计需求，因此基于虚拟现实技术构建虚拟实验室是一项值得研究的课题。虚拟现实技术利用计算机整合图像、声音、视频等众多媒体手段，创造出具有交互性、真实感的新型信息展示平台，让用户通过听觉、视觉、触觉产生身临其境的真实感受，从而获得更好的沟通交流效果。虚拟现实技术简称为VR技术，在技术上的优势是利用三维成像技术、虚拟环境技术、数字信息技术等模拟生成数字化环境空间，配合声音、图像等手段，以数字化媒介为载体将设计理念更好地传达给用户。通过采用实时交互的三维界面，为用户营造出一种既相似于现实又超越现实时空，既能直观感受又能参与其中的超现实交互空间。虚拟现实技术这种强大的人机交互信息展示、实时空间效果展示的功能，正是护理虚拟现实实验室需要的实用功能。

二、护理虚拟现实实验室相关技术介绍

建设护理虚拟现实实验室的主要目的是帮助学生在实验室，应用虚拟现实的先进技术，对护理学需要的相关技术技能进行实验操作和训练。目前国内护虚拟现实实验室主要应用的虚拟现实技术有以下两种：

1.Kinect体感交互技术

该技术是微软公司于2010年推出的面向游戏机的体感周边外部设备的技术总称。该技术主要是由红外线发射器、RPC摄像头等六种设备组成，能够有效识别操作者的动作骨骼变化、脸部和声音的识别。该技术的最大特点是不需要使用者手持任何设备就能实现人机之间的三维交互。使用者只需要在距离设备0.8到3米的范围内活动，就可以由设备自动捕捉到使用者的肢体运行轨迹，实现对人体骨骼节点的有效跟踪和动作捕捉、影像变式、声音输入等。这些数据会输入到相应的设备中，从而驱动计算机内部的相关系统进行模拟模型的运行。该技术的主要特点是摆脱了传统的鼠标键盘等硬件设备的局限，实现对人体复杂动作的捕捉，有效地降低了虚拟实验系统的构建成本，具有很好的沉浸式、交互式优势。

2.Unity3D游戏引擎

该游戏引擎是一个能让使用者轻松建立三维视频有效、实时三维动画、建筑可视化等内容的综合互动游戏开发工具，主要的功能有模型导入、粒子特效、动画特地奥、地形编辑器、物体属性设置、事件触发设置等，能对三维图形、音频流、视频流进行实时混合，实现对画面的高级渲染，并支持用户的定制功能。目前该游戏引擎是虚拟现实技术中比较具有性价比的一种，具有良好的可扩展空间，能有效满足使用者对产品的虚拟展示、交互访问和逼真表现。

三、护理虚拟现实实验室建設构建应用

1.护理虚拟现实实验室结构

在对护理学操作技能，集合计算机网络实现的形式和虚拟现实技术的特点进行研究后，建设的护理虚拟现实实验室主要由虚拟中心、交流互动中心、资料管理中心和系统管理中心4个子模块组成。这些模块通过相互的功能连接，实现实验操作者和虚拟现实平台的有效连接，从而构成网络空间中的虚拟现实护理实验室。其中虚拟中心是整个护理虚拟现实实验室的核心部位，是在互联网红利用WEB技术构建的可视化、互动式环境。在这里每个可视化物体都是护理学的实验对象。可以进行各种需要的实验。

2. 构建三维虚拟实训环境

护理虚拟现实实验室主要是为护理学的学生构建一个实训的环境。所以实验室里首先依据现病史、教学资料等构建一个虚拟病房。通过采集的动态和静态的图像作为基础数据，构建起三维模型后转化为能被Unity3D游戏引擎识别的格式文件。应用Unity3D中的脚本编辑器，编写脚本代码，让三维模型转化为可以进行编辑的虚拟对象。并在Unity3D中完成对病房场景中的光照、设备材质、病床等现实病房环境的再现，为操作者呈现最真实的现场效果。之后要对护理学实验需要的操作用品进行虚拟。如注射操作中的治疗盘、药物、注射器、面前、消毒剂、利器盒等等。这些护理操作物品的模型都需要利用Unity3D进行模型构建。

3.构建交互式护理实训环境

利用微软的Kinect系统进行开发，并在Unity3D中进行系统的封装，实现动态数据库的连接，对项目进行编译后从而构建护理实验需要的手势交互数据。在构建中利用Kinect采集操作用户的输入信息，完成动作识别和交互信息的处理，从而构建起与现实向一致的3D虚拟护理实训的体感交互环境。这其中要利用Kinect实现对操作者的动态手势的识别，主要包括放开、握拳、缩放、平移和握拳等手势，从而能准确掌握操作者的动作，并对其动作进行判断。

4.构建护理虚拟现实场景

在该场景中主要是让操作者能选择实验用的物品，如治疗盘、胶布、酒精、止血钳、弯盘等，当操作者选择出现错误或者遗漏的适合，系统会进行提示[3]。在实验病房的现实场景中，系统界面会在虚拟病房中，要求学生完成对患者的相关护理操作。学生的动作都会实时反馈给系统，系统会判断学生的操作是否正确、符合流程要求，选取的注射等部位是否正确。如果出现错误，系统会及时指示错误之处。

基于体感交互技术的虚拟现实实验室在护理学的应用，具有非常广阔的应用前景。护理虚拟现实实验室能高仿真地还原现实病房临床操作等护理学实验的环境，为学生创造一个安全可靠、真实的护理学实验学校环境[4]，有利于激发学生的学习兴趣，促进教学质量的提高，也为开放大学的护理远程学习者提供了远程实验的可能。

参考文献

[1]崔英善，黄晓鹂，朱俊东，沈宏，曹福凯.虚拟实验室在医学院校教学中的应用研究[J].科技创新导报，2012（31）：177-179.

[2]汪航，孙琪.教学型虚拟实验室的应用研究[J].现代远距离教育，2010（04）：39-41.

[3]邓仁丽，段佳忠，梁园园，付巧，郑喜兰，付其刚.基础护理学虚拟实验室的开发与应用[J].中华护理教育，2011，6（03）：106-108.

[4]邓仁丽，梁园园，付巧，郑喜兰，付其刚.护理学虚拟实验室的建设与开发[J].护理研究，2008（31）：2902-2903.

作者简介

宁珂雪（1984—），汉族，四川泸州人，四川广播电视大学讲师，硕士，研究方向：护理教育。