沉浸式全息虛擬現(xiàn)實(shí)的腧穴定位交互教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

陳文文 曹瀟藝 黃予謙 王凱婷 李敏

摘要：數(shù)字化信息時代的到來，推動虛擬交互教學(xué)的發(fā)展。為了提高腧穴的教學(xué)效果，設(shè)計了沉浸式腧穴全息定位交互教學(xué)系統(tǒng)。建立虛擬人體模型并標(biāo)記好腧穴，利用投影儀將影像投影到人體體表，在人體體表顯現(xiàn)所需腧穴的定位點(diǎn)，為腧穴研究和針灸教學(xué)開啟新思路，提供新手段。

關(guān)鍵字：腧穴定位;人體三維模型;虛擬現(xiàn)實(shí);穴位

【中圖分類號】R24 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2026-5328（2021）05-044-02

數(shù)字化虛擬人技術(shù)催生了數(shù)字化腧穴學(xué)，為虛擬腧穴教學(xué)提供了新思路[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)擁有低成本、多互動、強(qiáng)趣味、高安全、可重復(fù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以作為一種新型的教學(xué)工具，在課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等多種教學(xué)場景中加以應(yīng)用，可不斷提升課程的教學(xué)效果[2]。融合虛擬解剖平臺的交互式教學(xué)可有效提高腧穴實(shí)踐教學(xué)的效果[3]。

腧穴三維可視化技術(shù)可以更好、更直觀地在虛擬人體模型上看到腧穴的解剖位置[4]。目前腧穴虛擬交互教學(xué)中實(shí)現(xiàn)腧穴的可視化都是建立了虛擬腧穴模型，在計算機(jī)上操作模型實(shí)現(xiàn)虛擬腧穴交互教學(xué)[1，5，6，7]，這種虛擬腧穴交互教學(xué)仍隔著一層屏幕，為了進(jìn)一步提升教學(xué)效果，設(shè)計了沉浸式全息虛擬現(xiàn)實(shí)的腧穴定位交互教學(xué)系統(tǒng)。

一、腧穴定位建模技術(shù)和成果

基于紅外和電阻抗設(shè)備存在一些由環(huán)境、人體生理變化等因素的影響而產(chǎn)生誤差的缺陷，最終我們采用最傳統(tǒng)的方式進(jìn)行人體建模，依據(jù)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行腧穴定位，也可以和其他信息處理系統(tǒng)相結(jié)合，做到數(shù)據(jù)可視化

1.建立人體虛擬模型

沉浸式腧穴全息虛擬定位系統(tǒng)是采用“骨度分寸法”建立人體標(biāo)準(zhǔn)虛擬模型，依據(jù)骨度折量寸結(jié)合體表標(biāo)志標(biāo)記腧穴位置，標(biāo)記后請專家審核腧穴的位置，確保其準(zhǔn)確性。

骨度折量法[8]，古稱“骨度法”，即以骨節(jié)為主要標(biāo)志測量周身各部位的大小、長短，并依其比例折算出尺寸。采用骨度分寸折量法，不論男女老幼、高矮胖瘦，只要部位相同，其寸數(shù)便相同，均可按此標(biāo)準(zhǔn)測量。由于每個人的年齡體型都有一定的差異，每個人的穴位絕對位置會有一定的差異，但對應(yīng)骨骼的相對位置是一定的;我們的虛擬人體模型正是按照骨度分寸折量進(jìn)行建模。我們在人體模型上建立骨骼，調(diào)整骨骼以實(shí)現(xiàn)動作的改變。模型共有22616頂點(diǎn)、25510面數(shù)、59對象和13輔助對象。

2.腧穴在模型上的定位

國標(biāo)規(guī)定的取穴方法有三種：體表解剖標(biāo)志定位法、骨度分寸定位法以及手指比量法，“寸”和體表標(biāo)志的選擇可以確保取穴準(zhǔn)確性，而腧穴準(zhǔn)確定位是針灸臨床療效的保障[9，10]。中醫(yī)中體表標(biāo)志取穴法，即通過體表標(biāo)志進(jìn)行取穴，以體表標(biāo)志為基礎(chǔ)，骨度分寸法為度量，輔以手指比量法可對腧穴進(jìn)行客觀定位[11]。

在模型上依據(jù)骨度分寸法結(jié)合體表標(biāo)記取穴法標(biāo)記腧穴的位置，標(biāo)記后請專家確認(rèn)了穴位的準(zhǔn)確性。人體虛擬腧穴模型建立好后，再反投影到人體體表，矢量調(diào)整模型比例與人體體表相吻合，虛擬穴位相對位置保持不變，就能實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的定位。

3.腧穴體表投影的原理和實(shí)現(xiàn)

3.1等大投影

投影機(jī)先將光線照射到圖像顯示元件上來產(chǎn)生影像，然后通過鏡頭進(jìn)行投影。

由于通過改變物距與焦距的距離可以改變像的大小，且物的大小和像的大小有一定的比例關(guān)系。物距是固定的，根據(jù)投影比例固定像距，調(diào)節(jié)物即建立的人體模型比例的大小就可以調(diào)節(jié)像的大小，或者調(diào)節(jié)投影儀的參數(shù)，最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)等大投影的目的。

3.2在人體體表顯示腧穴的位置

使用時，使用者需要采取固定體位，該體位應(yīng)與治療體位一致。該系統(tǒng)采用全息投影的方式，因此除了需要考慮治療方面的體位，還應(yīng)考慮投影方面的體位，選擇合適的體位使投影能夠最大限度地符合體表。臨床常用的體位基本上有兩種，即臥位和坐位[12]。坐位又可分為仰靠坐位、側(cè)伏坐位、俯伏坐位[12]。

本文選取仰臥位進(jìn)行舉例。讓受試者仰臥保持不動，再根據(jù)實(shí)際投影的方向微調(diào)姿勢，使人體的前臂與虛擬人體模型中的前臂基本吻合，再看虛擬模型投影到人體表面的穴位點(diǎn)，比較準(zhǔn)確地確定出這些穴位的位置。綜上，使用者的體位首先根據(jù)治療體位來定，再考慮投影因素微角調(diào)度方向進(jìn)行尋穴。固定的體位讓模型圖像能長時間、準(zhǔn)確地投影到對應(yīng)人體部位上，并與其重合，能更加準(zhǔn)確地達(dá)到尋穴的目的。

二、沉浸式全息虛擬現(xiàn)實(shí)腧穴交互系統(tǒng)的設(shè)計

1.投影式腧穴虛擬定位系統(tǒng)

一個投影能實(shí)現(xiàn)局部的多方向定位，如果采用多個方向投影，理論上可以實(shí)現(xiàn)人體橫向360°和縱向360°的多方位投影。使用多個投影儀，分別投影人體手臂正、側(cè)兩面，使兩面分別完整重合，形成一個類似全息投影的人體手臂影像，投影到人體后，相對應(yīng)的穴位點(diǎn)在人體表面呈現(xiàn)，達(dá)到部分全息的效果。

2.沉浸式虛擬腧穴交互教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)想

由下圖所示，投影儀經(jīng)四個面反射投射穴位，在中間形成虛擬影像，人躺在在中間，可在人體身上形成虛影，從而實(shí)現(xiàn)腧穴虛擬定位。沉浸式腧穴定位系統(tǒng)運(yùn)用全息虛擬現(xiàn)實(shí)形成虛影，猶如身臨其境，更好的助于腧穴位置的教學(xué)，為以后腧穴教學(xué)提供一種新思路和新手段。

三、討論與展望

（一）醫(yī)學(xué)院校示教

此沉浸式的腧穴穴位定位交互教學(xué)系統(tǒng)，可以讓學(xué)生在平時的自我訓(xùn)練中初識穴位的大致位置，有一定的視覺印象。人體腧穴虛擬模型的投影虛影可以減輕紙質(zhì)和實(shí)體模型的消耗。采用全息投影技術(shù)，讓人體代替墻上的空白投影幕布，在人體上顯示實(shí)影，縮短了人與腧穴的距離，既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，也可以減輕老師施教負(fù)擔(dān)。

（二）理療機(jī)構(gòu)理療服務(wù)

隨著我國科學(xué)技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們康復(fù)保健意識的不斷提高，社會對康復(fù)理療人員的需求不斷增長。對于一些沒有經(jīng)過系統(tǒng)學(xué)習(xí)的理療服務(wù)人員，可以通過虛擬腧穴定位交互系統(tǒng)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，也能夠在服務(wù)時運(yùn)用此技術(shù)，進(jìn)行簡易快速的穴位定位，達(dá)到節(jié)省時間、提高服務(wù)效率的目標(biāo)。

（三）居家健康

養(yǎng)生是人類永恒的主題，只要生命存在，就需要養(yǎng)護(hù)。而對腧穴的理療是實(shí)現(xiàn)養(yǎng)生保健的有效方法之一。在日常百姓生活中，穴位按摩、穴位治療越來越日常。在日常百姓生活中，穴位按摩、穴位治療越來越日常。普通人對于居家理療的需求也越來越迫切，而操作簡易且快速的穴位定位更能被接受。病理下，人體穴位會有敏化態(tài)，受小刺激會有大反應(yīng)，找準(zhǔn)穴位的位置才能實(shí)現(xiàn)更好的治療效果[13]。穴位的正確尋找也顯得更加重要，此投影式的腧穴穴位定位系統(tǒng)可以幫助百姓日常家中的穴位尋找，方便快捷。

四、參考文獻(xiàn)

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浙江中醫(yī)藥大學(xué)，杭州? 310053