虛擬現實技術及其在口腔醫學教學應用的探討

王景新

（白城醫學高等專科學校 吉林 白城 137000）

1 引言

虛擬現實技術利用計算機創設三維數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境，人沉浸于此環境之中并發生交互作用，能夠通過相關技術直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環境及事物的內在變化，人機融為一體，產生“身臨其境”之感覺。醫學應用該技術具有安全、即時交互、過程標準、規范、便于監控、不涉及倫理風險等優勢，逐漸發展為替代活體動物、尸體甚或人體技能訓練的趨勢，可用于醫學教育教學過程。應用虛擬現實技術可開展口腔醫學仿真模擬教學，涉及牙體、牙周、口腔修復和口腔頜面外科等諸多領域。為更好地應用該技術開展口腔醫學教學，筆者總結分析虛擬現實技術的特點、相關技術及其在口腔醫學教學中的作用和實際應用。

2 虛擬現實技術的特點和相關技術

虛擬現實技術綜合利用三維計算機圖形學技術、多功能傳感器交互式接口技術及高清晰度高更新速度顯示技術模擬真實環境場景，通過操作和控制達到感知需要的目的。

2.1 特點

人機交互性。在虛擬環境中，用戶按照一定的目的性，運用能識別和輸入用戶發出的指令并作出反饋的特殊輸入設備，自然觸摸或操作此環境中的物體對象，真實模擬現實環境中產生的效果，實現信息的充分交換和反饋信息。

身臨其境。指在模擬環境中以自己物理存在的真實身份或在意識狀態下，用戶沉浸并感覺到真實的虛擬體驗，有身臨其境之感，真假難辨無法懷疑，相信虛擬環境的真實性。

多感知性。用戶在虛擬環境中以逼真身份存在，能體現出現實環境中的視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺、運動、重力等人體感知功能。但目前尚不能體現出現實環境的所有感知功能，應不斷利用新技術進行開發利用。

自主性。即虛擬環境物體運動是否按照既有的物理定律和未知世界物體運動進行，即兩者之間的一致度。

2.2 相關技術

三維視覺顯示技術。視覺通道是虛擬現實系統獲得多感知的重要環節，三維顯示技術是虛擬現實視覺顯示技術的重要支撐。

虛擬環境建模技術。虛擬現實系統關鍵要建立虛擬環境，要先建模，再實現實時繪制三維顯示，營造一個真實的虛擬環境場景。

真實感實時繪制技術。利用計算機模擬顯示出真實環境場景畫面及其現實物體的各種屬性。

立體虛擬聲音的實現技術。在虛擬環境中，立體虛擬聲音能增強用戶的人機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，使其沉浸于仿真時空環境之中。

3 虛擬現實技術在口腔醫學教學中的實際應用

3.1 在義齒種植教學中的應用

義齒種植能修復缺失牙齒的生理解剖外形和美觀咀嚼等功能，但成本昂貴，操作技術復雜，不是所有口腔科醫生都能掌握該技術，難以開展義齒制作和種植修復教學。利用虛擬技術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、愈合帽和轉移桿等，利用鼠標實現人機對話，可實現按順序依次安裝虛擬種植體系的模擬操作過程，達到掌握操作技能的目的。學生通過虛擬現實系統觀看視頻演示教學，進而使之分別以鼠標和虛擬口腔為手術刀和手術部位，完成修整牙槽骨、提升上頜竇等必要操作。如學生操作失敗，教學系統不能進行下一環節，那么就沒有完成義齒種植操作。

利用虛擬現實技術開展義齒種植教學，可將傳統口耳相傳教學轉變為身臨其境的多感官全面教學，有利于提高學生的操作技能，進而掌握相關理論知識。

3.2 在口腔解剖生理學教學中的應用

口腔解剖生理學教學時，可利用虛擬現實技術掃描個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。然后依據石膏模型進行牙體預備，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。

在教學過程中，應用虛擬現實技術可依據標準客觀真實評價每一項操作和牙齒的外觀美觀性和功能，同時準確描述對評分較低的偏差百分比，幫助學生找到自己操作的不足，使學生充分理解牙體解剖外形。

4 虛擬現實技術在口腔醫學教學中的作用

4.1 模擬完成需要高耗材高危險的實踐操作

虛擬現實技術能充分調動人機對話功能，學生看著電腦利用鼠標就可以順利完成相關操作，這不僅增加了可操作的教學項目，更顯著降低了各種口腔操作的危險性。虛擬現實系統中的相關技術能個性化地聯系和銜接口腔醫學涉及到的各個學科，能保證臨床病例的多樣性和全面性，教師利用虛擬現實技術可以講解和反復演練個性化的教學內容，可以實現自動評分，學生可掌握相關理論知識，還能不斷提高學生的操作技能。

4.2 激發學生的學習興趣

應用虛擬現實技術開展口腔醫學教學，學生能直接進入虛擬現實環境中，通過人機互動交流和個體化操作，可不斷豐富感性認識，進一步理解掌握相關理論知識；圖文聲像并茂能活躍教學氣氛和教學過程，顯著提高學生的感知水平和學習興趣；圖形演示能將抽象枯燥的教學內容轉變表達為直觀形象的教學內容，有利于接受并理解和掌握理論知識和技能；仿真模擬功能可動態模擬難做或無法做的實驗教學，更能培養學生的學習興趣。

4.3 打破教學時空限制

利用虛擬現實技術開展口腔醫學教學，能突破時間限制，在較短時間內能讓學生觀察到需要幾個月甚至幾十年才能觀察的變化過程；能打破空間限制，實現動態詳細觀察以獲得相關知識和技能，顯著提高學生的理解掌握知識的能力。

4.4 避免真實實驗或操作的危險性

以往采用電視錄像和多媒體等形式演示危險或危害人體健康的實驗，學生無法直接參與實驗操作，獲得感性認識不利于理解掌握知識及其知識遷移。在虛擬環境中開展實驗教學或操作，可放心地去操作，對人體健康并無危害。

4.5 培養學生綜合思維和創新能力

虛擬現實技術使學生身臨其境，兩者互相作用互相影響，學生與信息和環境的相互作用，實現自主獲得相關知識和技能。在此過程中，學生主動觀察，不斷探索、發現、分析問題，不斷判斷總結知識的真偽性，通過教學系統反饋功能，促進學生自主地個性化地完成學習過程，提高學生的綜合思維和創新能力。

虛擬現實技術已用于醫學教學，可增強學生學習興趣，培養學生創造力和想象力，提高教學質量，為醫學教育改革指明了方向。合格的虛擬現實系統應具有高精度、高真實性和良好人機交互性等特性，目前大多數虛擬現實設備尚不能達到上述要求，應加快虛擬現實系統硬件升級，提高多模式數據建模和處理能力，完善醫學成像和圖像處理技術，使之朝著更加智能、開放、形象和逼真的方向發展，實現自然人機交互性，促進醫學科技和醫學教育事業的進步和發展。

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