虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)應(yīng)用的探討

王景新

（白城醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校 吉林 白城 137000）

1 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)設(shè)三維數(shù)字模型的以視覺感受為主的綜合性可感知的人造模擬高仿真環(huán)境，人沉浸于此環(huán)境之中并發(fā)生交互作用，能夠通過相關(guān)技術(shù)直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，人機(jī)融為一體，產(chǎn)生“身臨其境”之感覺。醫(yī)學(xué)應(yīng)用該技術(shù)具有安全、即時(shí)交互、過程標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、便于監(jiān)控、不涉及倫理風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)，逐漸發(fā)展為替代活體動(dòng)物、尸體甚或人體技能訓(xùn)練的趨勢(shì)，可用于醫(yī)學(xué)教育教學(xué)過程。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可開展口腔醫(yī)學(xué)仿真模擬教學(xué)，涉及牙體、牙周、口腔修復(fù)和口腔頜面外科等諸多領(lǐng)域。為更好地應(yīng)用該技術(shù)開展口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)，筆者總結(jié)分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)、相關(guān)技術(shù)及其在口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中的作用和實(shí)際應(yīng)用。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合利用三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、多功能傳感器交互式接口技術(shù)及高清晰度高更新速度顯示技術(shù)模擬真實(shí)環(huán)境場(chǎng)景，通過操作和控制達(dá)到感知需要的目的。

2.1 特點(diǎn)

人機(jī)交互性。在虛擬環(huán)境中，用戶按照一定的目的性，運(yùn)用能識(shí)別和輸入用戶發(fā)出的指令并作出反饋的特殊輸入設(shè)備，自然觸摸或操作此環(huán)境中的物體對(duì)象，真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中產(chǎn)生的效果，實(shí)現(xiàn)信息的充分交換和反饋信息。

身臨其境。指在模擬環(huán)境中以自己物理存在的真實(shí)身份或在意識(shí)狀態(tài)下，用戶沉浸并感覺到真實(shí)的虛擬體驗(yàn)，有身臨其境之感，真假難辨無(wú)法懷疑，相信虛擬環(huán)境的真實(shí)性。

多感知性。用戶在虛擬環(huán)境中以逼真身份存在，能體現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺、運(yùn)動(dòng)、重力等人體感知功能。但目前尚不能體現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)環(huán)境的所有感知功能，應(yīng)不斷利用新技術(shù)進(jìn)行開發(fā)利用。

自主性。即虛擬環(huán)境物體運(yùn)動(dòng)是否按照既有的物理定律和未知世界物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，即兩者之間的一致度。

2.2 相關(guān)技術(shù)

三維視覺顯示技術(shù)。視覺通道是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)獲得多感知的重要環(huán)節(jié)，三維顯示技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)視覺顯示技術(shù)的重要支撐。

虛擬環(huán)境建模技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵要建立虛擬環(huán)境，要先建模，再實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)繪制三維顯示，營(yíng)造一個(gè)真實(shí)的虛擬環(huán)境場(chǎng)景。

真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)模擬顯示出真實(shí)環(huán)境場(chǎng)景畫面及其現(xiàn)實(shí)物體的各種屬性。

立體虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在虛擬環(huán)境中，立體虛擬聲音能增強(qiáng)用戶的人機(jī)交互性和身臨其境的感覺，減弱大腦依賴視覺，獲取更多的視覺和聽覺感受，使其沉浸于仿真時(shí)空環(huán)境之中。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 在義齒種植教學(xué)中的應(yīng)用

義齒種植能修復(fù)缺失牙齒的生理解剖外形和美觀咀嚼等功能，但成本昂貴，操作技術(shù)復(fù)雜，不是所有口腔科醫(yī)生都能掌握該技術(shù)，難以開展義齒制作和種植修復(fù)教學(xué)。利用虛擬技術(shù)可以很好解決上述難題，可以電腦成像種植體系中的種植釘、愈合帽和轉(zhuǎn)移桿等，利用鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，可實(shí)現(xiàn)按順序依次安裝虛擬種植體系的模擬操作過程，達(dá)到掌握操作技能的目的。學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)觀看視頻演示教學(xué)，進(jìn)而使之分別以鼠標(biāo)和虛擬口腔為手術(shù)刀和手術(shù)部位，完成修整牙槽骨、提升上頜竇等必要操作。如學(xué)生操作失敗，教學(xué)系統(tǒng)不能進(jìn)行下一環(huán)節(jié)，那么就沒有完成義齒種植操作。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展義齒種植教學(xué)，可將傳統(tǒng)口耳相傳教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樯砼R其境的多感官全面教學(xué)，有利于提高學(xué)生的操作技能，進(jìn)而掌握相關(guān)理論知識(shí)。

3.2 在口腔解剖生理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

口腔解剖生理學(xué)教學(xué)時(shí)，可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)掃描個(gè)性化石膏模型于電腦中并成像，通過分析修正電腦成像，不斷提高兩者之間的相同程度。然后依據(jù)石膏模型進(jìn)行牙體預(yù)備，重建各牙齒解剖外形，掃描分析做好的蠟形，再次掃描電腦成像。

在教學(xué)過程中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)客觀真實(shí)評(píng)價(jià)每一項(xiàng)操作和牙齒的外觀美觀性和功能，同時(shí)準(zhǔn)確描述對(duì)評(píng)分較低的偏差百分比，幫助學(xué)生找到自己操作的不足，使學(xué)生充分理解牙體解剖外形。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中的作用

4.1 模擬完成需要高耗材高危險(xiǎn)的實(shí)踐操作

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能充分調(diào)動(dòng)人機(jī)對(duì)話功能，學(xué)生看著電腦利用鼠標(biāo)就可以順利完成相關(guān)操作，這不僅增加了可操作的教學(xué)項(xiàng)目，更顯著降低了各種口腔操作的危險(xiǎn)性。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù)能個(gè)性化地聯(lián)系和銜接口腔醫(yī)學(xué)涉及到的各個(gè)學(xué)科，能保證臨床病例的多樣性和全面性，教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以講解和反復(fù)演練個(gè)性化的教學(xué)內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)評(píng)分，學(xué)生可掌握相關(guān)理論知識(shí)，還能不斷提高學(xué)生的操作技能。

4.2 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)，學(xué)生能直接進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，通過人機(jī)互動(dòng)交流和個(gè)體化操作，可不斷豐富感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步理解掌握相關(guān)理論知識(shí)；圖文聲像并茂能活躍教學(xué)氣氛和教學(xué)過程，顯著提高學(xué)生的感知水平和學(xué)習(xí)興趣；圖形演示能將抽象枯燥的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)變表達(dá)為直觀形象的教學(xué)內(nèi)容，有利于接受并理解和掌握理論知識(shí)和技能；仿真模擬功能可動(dòng)態(tài)模擬難做或無(wú)法做的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.3 打破教學(xué)時(shí)空限制

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)，能突破時(shí)間限制，在較短時(shí)間內(nèi)能讓學(xué)生觀察到需要幾個(gè)月甚至幾十年才能觀察的變化過程；能打破空間限制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)詳細(xì)觀察以獲得相關(guān)知識(shí)和技能，顯著提高學(xué)生的理解掌握知識(shí)的能力。

4.4 避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作的危險(xiǎn)性

以往采用電視錄像和多媒體等形式演示危險(xiǎn)或危害人體健康的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法直接參與實(shí)驗(yàn)操作，獲得感性認(rèn)識(shí)不利于理解掌握知識(shí)及其知識(shí)遷移。在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)或操作，可放心地去操作，對(duì)人體健康并無(wú)危害。

4.5 培養(yǎng)學(xué)生綜合思維和創(chuàng)新能力

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使學(xué)生身臨其境，兩者互相作用互相影響，學(xué)生與信息和環(huán)境的相互作用，實(shí)現(xiàn)自主獲得相關(guān)知識(shí)和技能。在此過程中，學(xué)生主動(dòng)觀察，不斷探索、發(fā)現(xiàn)、分析問題，不斷判斷總結(jié)知識(shí)的真?zhèn)涡?，通過教學(xué)系統(tǒng)反饋功能，促進(jìn)學(xué)生自主地個(gè)性化地完成學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)新能力。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已用于醫(yī)學(xué)教學(xué)，可增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和想象力，提高教學(xué)質(zhì)量，為醫(yī)學(xué)教育改革指明了方向。合格的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)具有高精度、高真實(shí)性和良好人機(jī)交互性等特性，目前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備尚不能達(dá)到上述要求，應(yīng)加快虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件升級(jí)，提高多模式數(shù)據(jù)建模和處理能力，完善醫(yī)學(xué)成像和圖像處理技術(shù)，使之朝著更加智能、開放、形象和逼真的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自然人機(jī)交互性，促進(jìn)醫(yī)學(xué)科技和醫(yī)學(xué)教育事業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

[1]劉德建，劉曉琳，張琰，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育應(yīng)用的潛力、進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究，2016，22(4)：25-31.

[2]羅溪，李松聲，王月帆，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2016，30(4)：420-423.

[3]白雪，李志軍，張少杰，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用與探討[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2017，35(12)：32-34.

[4]林俊生.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在口腔種植學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].當(dāng)代醫(yī)學(xué)，2011，17(28)：7-8.

[5]張志華.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用[J].中外健康文摘，2012，9(37)：152-153.