對基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)開發(fā)的分析

繆弘波

摘要： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了能夠優(yōu)化醫(yī)療設(shè)備的演示系統(tǒng)，可以將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用其中。在這樣的背景下，本文將闡述基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的功能，并以總體設(shè)計、子系統(tǒng)設(shè)計以及數(shù)據(jù)優(yōu)化為切入點，對系統(tǒng)的開發(fā)進行深入的分析、探究?；诒疚牡姆治觯淠康木褪莾?yōu)化醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的性能，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實;醫(yī)療設(shè)備;演示系統(tǒng);系統(tǒng)開發(fā)

中圖分類號： TP311.52?? ?文獻標(biāo)識碼： A?? ?文章編號： 1672-9129（2018）09-0011-02

Abstract： ?with the development of science and technology， virtual reality technology can be applied in order to optimize the demonstration system of medical equipment. Under this background， this paper will elaborate the function of the medical device demonstration system based on virtual reality， and take the overall design， subsystem design and data optimization as the breakthrough point， carry on the thorough analysis and exploration to the system development. Based on the analysis of this paper， its purpose is to optimize the performance of medical equipment demonstration system， in order to provide reference for related personnel.

Keywords： virtual reality;medical equipment;demonstration system;system development

前言：虛擬現(xiàn)實技術(shù)實際上就是通過計算機圖形系統(tǒng)，以及相關(guān)的控制設(shè)備、顯示設(shè)備等，生成可以提供沉浸感覺、交互性操作的立體環(huán)境，屬于計算機界面的技術(shù)。在信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)不斷推廣、應(yīng)用的前提下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)、領(lǐng)域之中，包括科學(xué)數(shù)據(jù)可視化、空間技術(shù)、遠程教育、產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)銷售展示等。所以，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備展示中，能夠優(yōu)化展示效果，便于開展相關(guān)的工作。

1 基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的功能

醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的主要功能是幫助醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)廠商進行產(chǎn)品宣傳，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為依托，可支持用戶對醫(yī)療設(shè)備的全方位觀察。在其演示過程中，用戶可以在系統(tǒng)生成的虛擬場景中，對醫(yī)療設(shè)備進行“操作”和觀察，同時獲取視覺、聽覺等多方面信息，較為真實的感受產(chǎn)品應(yīng)用效果。因此，該系統(tǒng)具有較強的交互性，支持使用者與操作對象進行互動，在此過程中判斷產(chǎn)品的輸入與輸出能否滿足實際應(yīng)用需求。醫(yī)療設(shè)備演示本身是一個開放性較高的自由活動過程，在虛擬展示過程中對用戶限制較低，不用擔(dān)心用戶的錯誤操作對產(chǎn)品造成損壞，或引發(fā)安全性問題，具有多方面應(yīng)用價值[1]。

醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)一般采用C/S框架，在PC機上完成建模，對醫(yī)療設(shè)備進行仿真設(shè)計，然后通過接口程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為VRML文件，通過外部程序控制，實現(xiàn)交互功能。最后將相關(guān)數(shù)據(jù)整合起來，上傳到服務(wù)器端，為設(shè)備體驗者提供服務(wù)。服務(wù)器接收到用戶請求后，用戶可以將上述程序資源下載到PC端，利用系統(tǒng)界面進行模擬參觀，同時支持用戶的交互性操作。其虛擬展示場景是一個動態(tài)的開放性環(huán)境，可根據(jù)用戶的具體需求做出相應(yīng)的操作。醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的主要功能具體包括：（1）演示功能，作為系統(tǒng)的核心功能之一，可以在數(shù)據(jù)庫中自動提取設(shè)備三維模型及相關(guān)參數(shù)，根據(jù)用戶的體驗要求，進行自動演示。如果用戶在購買前了解設(shè)備外觀和主要功能參數(shù)，可以在演示系統(tǒng)下觀測醫(yī)療設(shè)備，節(jié)省了解產(chǎn)品的時間;（2）模擬操作功能，除了自動展示功能外，系統(tǒng)還支持用戶的實時操作，并根據(jù)用戶操作作出響應(yīng)，讓用戶進一步了解產(chǎn)品使用功能，熟悉相關(guān)操作;（3）后臺數(shù)據(jù)管理功能，不直接面對用戶使用，主要是實現(xiàn)后臺的模型數(shù)據(jù)操作功能，并對模型數(shù)據(jù)進行存儲和維護管理;（4）用戶信息反饋功能，系統(tǒng)設(shè)計有多種交流途徑，可以方便用戶的信息反饋，及時幫助商家獲取用戶意見和建議，同時也可在信息交流模塊下進行產(chǎn)品預(yù)訂[2]。

2 基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的總體設(shè)計

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展下，產(chǎn)品演示類的應(yīng)用軟件越來越多，基本實現(xiàn)了多角度觀察、虛擬漫游等功能。這些演示系統(tǒng)改變了以往體驗者只能從二維圖片和文字信息了解產(chǎn)品的狀況，實現(xiàn)與產(chǎn)品的零距離互動。與此同理，基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)要通過利用三維數(shù)字化造型技術(shù)，構(gòu)建三維動態(tài)模型、支持實時渲染、交互查詢等功能，構(gòu)建一個功能完備的醫(yī)療設(shè)備展示平臺。從設(shè)計目的來看，該演示系統(tǒng)要實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備模型的統(tǒng)一生成、壓縮和管理，方便產(chǎn)品展示。在可操作性方面，要支持不同用戶的操作習(xí)慣，設(shè)定友好的交互界面，把握好設(shè)計風(fēng)格，突出產(chǎn)品特點。

醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)應(yīng)包含訪問層、接入層、應(yīng)用層、整合層幾部分，如圖1所示。在軟件配置方面，可采用Windows系列操作平臺，并使用VRML瀏覽器插件，實現(xiàn)虛擬演示功能。在硬件配置上，為保證? ??演示效果，應(yīng)確保PC機內(nèi)存、顯卡、硬盤等性能參數(shù)符合要求。在開發(fā)工具選擇方面，可選擇3DS MAX三維建模軟件和Java程序開發(fā)語言[3]。

醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的核心流程包括三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出流程、VRML數(shù)據(jù)壓縮流程、交互控制演示流程等。在三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出過程中，主要利用三維設(shè)計軟件提供的建模和渲染等功能，精準(zhǔn)刻畫設(shè)備三維模型。由于使用的3DS MAX軟件功能強大，操作簡單，可有效提升醫(yī)療設(shè)備建模效率。然后將三維設(shè)備模型轉(zhuǎn)換成VRML數(shù)據(jù)，發(fā)布到Web服務(wù)器上，供用戶進行下載和使用。VRML文件大小對用戶加載時間有直接影響，因此需要采用壓縮形式，對其進行保存和傳輸。用戶成功加載VRML模型數(shù)據(jù)后，就可以在虛擬展示平臺下對產(chǎn)品進行觀察，或與產(chǎn)品進行互動[4]。

3 基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的子系統(tǒng)設(shè)計

3.1前臺演示系統(tǒng)?；谏鲜鱿到y(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)及運行流程設(shè)計，醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)應(yīng)包含4個子系統(tǒng)，分別為模型管理子系統(tǒng)、前臺演示子系統(tǒng)、模擬操作自系統(tǒng)和應(yīng)用功能子系統(tǒng)。這4個子系統(tǒng)之間相互獨立，且同屬于核心子系統(tǒng)。首先對醫(yī)療設(shè)備前臺演示子系統(tǒng)進行分析，該系統(tǒng)主要為了實現(xiàn)系統(tǒng)的演示功能，但在使用前，需要對用戶身份信息進行驗證，判斷訪問者是普通用戶還是注冊用戶。虛擬現(xiàn)實演示平臺功能只針對注冊用戶開放，如果是普通用戶，系統(tǒng)會提取用戶感興趣的產(chǎn)品文字信息及二維圖片信息，反饋到前臺框架中，生成HTML文件，供用戶在瀏覽器進行瀏覽。系統(tǒng)可自動記錄用戶訪問頁面，為其推送感興趣的醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品信息。對于注冊用戶，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶瀏覽習(xí)慣，自動調(diào)整界面布局，并為用戶提供三維設(shè)備模型演示功能，支持用戶對產(chǎn)品外觀進行改進等交互操作，并隨著接收用戶反饋信息，提交給后臺管理人員。對于想通過醫(yī)療設(shè)備演示確定購買需求的用戶，系統(tǒng)可以執(zhí)行自動演示程序，為用戶全方位演示設(shè)備功能性能，并提供演示導(dǎo)航系統(tǒng)，方便用戶對具體功能進行了解。此外，系統(tǒng)還可以對醫(yī)療設(shè)備的操作流程進行演示和介紹，為用戶的購買使用提供方便[5]。

3.2管理系統(tǒng)。管理子系統(tǒng)的主要功能是通過3DS MAX軟件導(dǎo)出VRML文件，對其進行存儲、傳輸和發(fā)布，為醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)可維護性提供保障。該系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用可消除平臺限制，提高設(shè)計效率，有利于縮短設(shè)計周期，降低系統(tǒng)運行維護成本。該系統(tǒng)的主要功能包括模型檢索、上傳、發(fā)布和刪除功能。其中，設(shè)備模型檢索功能要實現(xiàn)目標(biāo)設(shè)備模型的快速檢索和定位。隨著系統(tǒng)的使用，數(shù)據(jù)庫中存儲的設(shè)備模型數(shù)據(jù)會越來越多，需要設(shè)計快速檢索功能，并充分滿足用戶的查詢需求，根據(jù)用戶輸入的設(shè)備名稱、類型等信息，進行模型檢索。將完成設(shè)計的醫(yī)療設(shè)備模型導(dǎo)出后，經(jīng)管理子系統(tǒng)上傳到服務(wù)器中，然后建立索引，方便設(shè)備模型的實時更新及下載演示。發(fā)布功能與模型上傳功能的主要區(qū)別在于上傳功能只需要將模型數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，不需要對其進行前臺展示，而發(fā)布功能則需要包含展示功能。同時為了數(shù)據(jù)管理的方便，還要具備批量導(dǎo)入功能，并對模型數(shù)據(jù)進行后臺審核。為減輕數(shù)據(jù)庫存儲和維護負擔(dān)，在管理子系統(tǒng)中還要設(shè)計模型刪除功能，對于已停產(chǎn)設(shè)備模型數(shù)據(jù)或過期的模型數(shù)據(jù)，要及時刪除，避免占用數(shù)據(jù)庫存儲空間，影響檢索效率。

3.3操作系統(tǒng)。操作子系統(tǒng)需要同時利用VRML語言及JAVA語言，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)和用戶終端交互接口。在操作子系統(tǒng)的幫助下，用戶可以對醫(yī)療設(shè)備三維模型進行動態(tài)操作，具體包括放大、縮小、視角推進、外觀改變、模擬運行操作、設(shè)備軟件演示操作等功能。該系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)是演示系統(tǒng)能夠正常運行的關(guān)鍵所在，要滿足實際操作過程中較為復(fù)雜的交互需求。同時，為方便用戶使用和產(chǎn)品體驗，在操作子系統(tǒng)中，還要設(shè)計有導(dǎo)航及提示功能，綜合利用按鈕提示和語音提示等，方便用戶操作。良好的演示系統(tǒng)體驗效果，有利于促使用戶購買，實現(xiàn)系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用價值。

3.4應(yīng)用功能系統(tǒng)。應(yīng)用功能子系統(tǒng)主要包含用戶管理功能、日志管理功能和用戶反饋信息管理功能等。其中用戶注冊功能供普通用戶使用，普通用戶可以通過在注冊界面完善登錄信息，成為注冊用戶，使用賬號密碼登錄后，享受設(shè)備演示功能服務(wù)。用戶管理功能主要供后臺管理人員使用，包括用戶信息查詢和維護功能等。日志管理系統(tǒng)則是系統(tǒng)安全防護中的主要功能模塊，負責(zé)對用戶登錄信息和操作情況進行記錄，防止惡意攻擊行為，確保后臺模型數(shù)據(jù)的安全性。此外，在應(yīng)用功能系統(tǒng)中，還要實現(xiàn)用戶反饋信息管理，為用戶提供信息交流接口，用戶可以通過留言或在線交流等形式，及時提出自己對體驗產(chǎn)品的意見。同時也可以分享設(shè)備演示系統(tǒng)的使用體驗，為系統(tǒng)的后續(xù)調(diào)整和升級提供依據(jù)。

4 基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)數(shù)據(jù)的優(yōu)化

4.1優(yōu)化模型。為了能夠優(yōu)化醫(yī)療設(shè)備的演示系統(tǒng)，就需要對數(shù)據(jù)模型進行合理的優(yōu)化，以此來強化演示系統(tǒng)的性能，為相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。對此，對醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)進行優(yōu)化的方式如下：

（1）適當(dāng)減少分段數(shù)。實際上，要想減少演示系統(tǒng)的斷面，其最為簡單的方式就是減少幾何體的分段數(shù)。在3DMAX軟件之中，其使用基本幾何體的默認(rèn)設(shè)置方式，導(dǎo)致最終會形成較多的面，從而影響演示系統(tǒng)的運行速度。所以，在完成VRML場景幾何體的構(gòu)建之后，可以將其轉(zhuǎn)換至面板Modify之中，以便于對模型的分段數(shù)進行合理設(shè)置。

（2）以參數(shù)化的方式進行建模。在優(yōu)化演示系統(tǒng)模型的背景下，盡可能使用相對簡單的模型，并采用參數(shù)化的方式，實現(xiàn)對模型的構(gòu)建。例如：設(shè)計人員可以使用Polygon完成建模，而不是采用細化曲面技術(shù)建模、非均勻樣條曲線建模，同時一旦發(fā)生錯誤，還便于在VRML中進行修改。

（3）刪除并隱藏面。如果工作人員只是通過VRML進行操作，就可以在場景中將看不見的面進行刪除、隱藏?；谶@樣的方式，就能夠保證VRML Exporter不會輸出隱藏的面，并且不會成為文件的下載內(nèi)容。

（4）關(guān)聯(lián)復(fù)制。在3DMAX軟件中，關(guān)聯(lián)復(fù)制是創(chuàng)建相同對象的主要方式，如果其中的一個關(guān)聯(lián)復(fù)制出現(xiàn)了變化，就會導(dǎo)致其他的復(fù)制品，同時發(fā)生明顯的變化。另外，對于關(guān)聯(lián)復(fù)制的對象來說，其只能在VRML中進行一次性的定義，即在其中對一個節(jié)點進行定義，并使用“USE”的命令進行調(diào)用。

（5）烘焙技術(shù)。在建模的過程中，為了能夠強化醫(yī)療設(shè)備的真實度，常常會使用很多燈光，從而影響系統(tǒng)的運行效率。此時，將烘焙技術(shù)應(yīng)用其中，就可以減少演示系統(tǒng)運行時CPU的負荷，進而優(yōu)化系統(tǒng)的性能。

4.2壓縮模型。采用3DMAX軟件對醫(yī)療設(shè)備進行建模，能夠與VRML進行良好的結(jié)合，減少信息的丟失量。實際上，在醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)運行中，常常會傳輸大量的網(wǎng)絡(luò)文件，所以就迫切的需要對模型進行壓縮優(yōu)化。具體來說，壓縮模型的方式主要包括以下幾方面：

（1）減少虛擬場景文件的傳輸。設(shè)計人員可以通過VRMLPAD，對所需傳輸?shù)奈募M行壓縮，其所提供的壓縮方式為：將VRMLPAD程序啟動，打開其中的WRL文件，然后點擊“文件（F）”，選擇“另存為（A）”。在彈出的界面中，選擇“壓縮保存（C）”，最后點擊“保存（S）”，就能夠完成對虛擬場景文件的壓縮。

（2）優(yōu)化數(shù)據(jù)。如果醫(yī)療設(shè)備的虛擬場景較為復(fù)雜，那么就會包含很多數(shù)據(jù)，增加運算、儲存的難度，所以為了優(yōu)化演示系統(tǒng)的視覺效果，就必須對其中的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化。對此，在將虛擬場景轉(zhuǎn)移至另一個軟件環(huán)境中，就會由于模型的精度提高而產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)，因此需要將多余的數(shù)據(jù)刪除，或者對數(shù)據(jù)進行正取，實現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化的目的。

（3）使用壓縮軟件。目前，在市場中所存在壓縮軟件較多，包括IMO、GZIP等，但是需要結(jié)合數(shù)據(jù)優(yōu)化的實際需求進行選擇。在醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)中，其虛擬場景的文件通常以純文字的方式進行保存，所以其中包含很多空行、空格，增加了文件內(nèi)容的長度。對此，相關(guān)的工作人員就需要使用恰當(dāng)?shù)膲嚎s軟件，將不必要的內(nèi)容進行刪除，從而實現(xiàn)對模型的壓縮、優(yōu)化，并強化醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的性能。

綜上所述，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其能夠優(yōu)化醫(yī)療設(shè)備的演示系統(tǒng)，所以需要更加合理的設(shè)置。在這樣的條件下，細化醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的設(shè)計工作，增強其整體的性能，最終實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)的目的，為工作人員提供有價值的工作指引。所以，結(jié)合本文的分析發(fā)現(xiàn)，基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療設(shè)備演示系統(tǒng)設(shè)計，其具有較強的可行性。

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