虚拟仿真技术论文范文第1篇
摘要：健康评估虚拟实验是护理专业实验教学新模式。为了与临床护理工作接轨，使护士生在面对临床工作时能尽快适应，我校以健康评估实验课中的三个模块作为试点，包括“健康史采集”、“护理体检”和“心电图描记”。模拟临床实践，提高护士生动手操作能力，培养高素质护理人才。
关键词：健康评估；虚拟实验；实践
健康评估是医学院校护理专业的主干课程，它是一门研究个体或家庭现存或潜在健康问题的基本理论、基本技能以及对临床思维能力培养的学科。它是学习临床专业课的基础，也是护士生能否适应今后临床工作的关键。课程分为理论和实验两部分教学，实验教学中以病人为对象，通过健康史采集、护理体检等方式得到病人的健康资料，才能为护理诊断和进一步的护理措施提供准确的依据，所以能否获取准确的健康资料是临床护理工作的关键。为了与临床护理工作接轨，使护士生在面对临床工作时能尽快适应，护理评估的实验教学就显得尤为重要。
虚拟现实技术是一种利用计算机软件创建和体验虚拟世界的仿真系统，它是由多元信息构成的三维动态影像和仿真行为的系统。虚拟实验是虚拟现实技术应用的载体，它把信息技术和虚拟现实技术相结合运用到实验操作中。据统计资料显示，从1993年，全球805个虚拟应用系统中有49个用于医学实践。2015年，為了加强课程实用性，我校临床教研室提出虚拟教学新方法，以健康评估实验课中的三个模块作为试点，包括“健康史采集”、“护理体检”和“心电图描记”。把传统实验内容与虚拟仿真技术进行融合，教学中摸索新思路、新经验、新成果。初期与医疗教学设备生产提供方联合，按照我们提出的设计思路对实验设备进行信息化、智能化改造，其后将其投入实验教学中应用。
一、三个模块的传统实验模式与虚拟实验的比较及创新
1.“健康史采集”实验模块。“健康史采集”实验中以护士生已经学习的健康史采集方法和内容的理论知识为基础。传统的实验教学采用分组练习，两人一组，一人扮演“护士”，另一人扮演“病人”，模拟临床健康史采集的护理工作。运用理论学习中交谈的方式、技巧，相互问答，得到“病人”的健康史资料，该方式简单易行，但实验预设性较强，内容单一。学生扮演的病人只能提供自己曾患疾病的资料，如感冒、肠炎等，病例内容有限，导致学生在采集病史中往往三言两语就结束了交谈，对学生交谈技巧和采集方法的提高效果不明显，实验教学结束后，无法达到预设的教学目标。虚拟实验突破了原有的实验方式，教学内容也更多样化、随机化，它将网络技术和3D仿真技术运用到试验中，设计不同年龄、不同性别、不同疾病根据真实的临床资料制作软件，制作同时还要考虑到不同人群的思维方式，比如年轻人思维敏捷，可以快速准确描述自己的健康问题，而老年人思维缓慢，对自己的身体健康不能准确描述，这些在软件设计时都要作为重要考虑的问题。做好的软件要预先导入电脑，并通过3D技术制作出虚拟病人影像呈现在电脑屏幕上，学生通过音频、视频方式与虚拟病人围绕其健康问题“对话”采集健康史，获得健康资料。这一技术的使用让学生更真实的接触到更多临床病例资料，充分锻炼其采集健康资料的临床实践能力。
2.“护理体检”实验模块。“护理体检”是一种利用自身感官如眼、耳、手、鼻或借助简单医疗器械对病人进行体格检查进而得到病人健康资料的临床实践方法。实验要求是掌握护理体检的基本方法及异常表现的临床意义。实验的方法包括视诊、触诊、叩诊和听诊，这些方法在临床工作中应用非常广泛，是护理工作的最基本实践技能。为此，护士生在校学习期间能否熟练掌握这五种方法的技能操作尤为重要。传统的实验按照理论知识的要求，学生间相互进行护理体格检查操作，虽有真实性，但因为是同学间互检，难免有羞怯和抗拒心理，不愿接受检查，所以本实验的实践操作可行性和完成率较低，并且体检中能够检查出的绝大多数为正常机体表现，基本看不到病理性变化，有局限性，使学生对机体病理表现认识不足。为此，我们也通过虚拟实验方法对该模块实验进行重新设计，应用了新影像教学和虚拟实验设备。影像教学是由教师按照实验要求进行操作而精心制作，操作步骤详实有序、制作严谨。虚拟实验设备主要由带传感器的仿真人体模型和带相应应用软件的电脑组成。模型人高度仿真人体的体表和内部脏器组织的解剖结构，依据受检部位分别以“菜单”的形式设置了视、触、叩、听等检查项目，并在每个项目下设置受检部位正常表现和临床病理表现的分项。实验中，学生先观看示教片再操作，操作只需按照菜单逐级选定检查项目，同时在模型人上实际操作即可。这种实验方式，一方面，学生不受条件影响随时可以进行练习；另一方面，学生通过对受检部位正常表现与病理表现反复的对比，加深对脏器和组织的认知和见解，很好地完成实验目的和要求。
3.“心电图描记”实验模块。“心电图描记”是通过导联把心电图机和体表连接，记录心脏的每一个心动周期产生的心电变化的曲线图形。实验目的是掌握心电图的描记方法、正常心电图和异常心电图的识别。传统的实验内容包括两部分，第一部分为心电图机使用的教学，先示范肢体导联和胸导联的连接方式和连接部位，再演示心电图机的使用，两名学生一组，互相操作。第二部分是使用已有的正常心电图和异常心电图示例板讲解。虚拟试验教学中，对部分实验细节做了改动。应用临床心电图机，提高教学效果，又使学生能够对今后的临床工作短时间适应。实验室原有的心电图示例板，曾是二十多年前我们的老师收集的真实心电图资料，亲手制作，资料珍贵，但随着科技发展，这种实验材料已不适合现在实验教学，所以我们将这些资料与近几年的补充资料做成电子资料放在师生网络平台，学生根据理论知识先了解真实的心电图，之后教师在实验课上对每个心电图中的波形、间期、时段等一一指导。在教学中学生如有疑问可及时通过师生互动平台提出疑问，教师适时解答，并同时又可向学生们抛出相关问题，学生互相讨论，得出结果，更好地达到教学实验要求。
二、虚拟实验对实践教学的影响
1.虚拟实验的仿真技术，调动学生的学习积极性。虚拟实验在教学中的应用有临床真实感，学生犹如置身病房，激发了学生的学习兴趣，增加学生与虚拟病人的互动，愿意动手操作，勤于思考，既熟练了临床实践操作技能，也让学生对疾病有了更直观和更准确的认识。
2.创新的考核系统，达到预期教学目标。传统的实验教学模式是学生操作、教师指导，但学生多教师少，教师不可能做到对学生的每一步操作做到指导，学生在操作时经常出现操作方法错误，学生自己又不能及时察觉，之后表现出错误操作反复几次后产生的固定思维，而这种错误的固定思维在今后的操作中很难改正。针对这种弊端，我们在虚拟实验设备的软件设计中，设置了正确与错误两种提示。当学生操作正确时，模型人会有机体正确反应；当学生操作有误时，模型人会出现错误显示。为了让学生更好地达到护理体检实验的目的，我们设计了虚拟实验教学系统的考核软件，依据实验要求设定，考核项目详细、标准严谨，学生操作时应用性高，能够高质量完成实验教学目标。
3.虚拟实验教学做到网络共享。学生通过网络可以做到对实验课的预习，还可将自己所做实验的过程与结果上传到网络与其他同学分享、讨论，调动学生的学习积极性，使被动学习转化为更加主动地学习；教师可以通过网络与同组教师或其他医学院校同科教师对实验教学中总结的经验和成果进行交流和探讨，进一步提高自身教学能力、丰富课堂教学内容。在虚拟实验中，学生还可将遇到的实验问题发送到师生的公共网络平台，共同讨论，增加学生与教师双向互动，也拉近了师生间的感情。
三、结论
通过虚拟实验在教学中的初步试用，我们认为这种新的实验模式在健康评估的实验教学中有很强的实用性和可操作性，不仅使护理专业学生掌握专业基本技能，培养学生严谨的科学态度、分析和解决问题的能力，更为培养高素质护理人才提供实验教学的新思路。
参考文献：
[1]李杏杏.虚拟实验室在病理学实验教学中的优势分析[J].卫生职业教育，2016，34（19）：114.
[2]尹萍.翻转课堂理念下的针灸推拿学教学探索[J].卫生职业教育，2016，34（22）：73-74.
虚拟仿真技术论文范文第2篇
1.1 医学数据处理
主要包括数据存取数据预处理。对于医学仿真系统来说, 医学数据存取I/O模块是进一步数据处理的基础。I/O模块需要对常见的医学图像种类提供存取和显示功能。在I/O模块存取医学图像之后需要对原始图像中感兴趣的部分进行提取和数据预处理, 然后才能进行下一步的三维重建和可视化处理。这里需要一些预处理技术, 比如图像增强、边界提取、分割和配准等等。Insight Segmentation and Registration Toolkit (ITK) [2], 是一个开源软件系统, 广泛的用于医学图像数据集的分割和配准。
1.2 三维重建
经过数据预处理阶段以后, 需要进行进行三维体数据可视化。最常用的绘制技术包括面绘制和体绘制。面绘制根据采样值的分布变化确定物体的边界, 然后用适当的数学方法描述物体表面, 进而表现器官和软组织表面特征。体绘制在不构造物体表面几何描述的情况下, 直接对体数据进行显示, 可以不同的程度表现物体的细微结构变化[3,4]。面绘制通常比体绘制速度要快, 但需要避免出现一些绘制错误的发生。常用的算法是移动立方体Marching Cubes[5]及其变形。Visualization Toolkit (VTK) [6]是一个常用的三维数据可视化显示的开源工具库。
1.3 变形模型
仿真的真实感很大程度上取决于仿真的准确性和变形模型下的计算效率。变形模型应该能够准确的模拟器官和软组织被刺戳、拉伸、切割时引起的形变, 并在绘制的时候保持必要的实时性。物理模型能够体现物理的材料特性。在手术仿真中, 质点弹簧模型和有限元模型是最经常使用的两种三算法。离散的质点弹簧模型计算复杂度低且易于实现。有限元模型对连续特征进行严格的数学分析来进行机械建模, 从而得到了较好的仿真精度, 但是会产生较大的计算量。
1.4 碰撞检测
在手术仿真过程中, 虚拟手术器械和虚拟器官之间的碰撞检测至关重要。层次包围盒方法经常用于碰撞检测, 包括沿坐标轴的包围盒 (AABB) 、包围球 (SBB) 、方向包围盒 (OBB) 等。为了保证碰撞检测的实时性和精确性, 在此可以考虑采用混合模型算法, 将OBB和AABB结合起来发挥各自不同的优点。AABB首先用来初步检测碰撞是否发生, 如果发生了碰撞再用OBB进行精确检测。否则, 在采用OBB算法之前碰撞检测结束。
1.5 虚拟切割
在仿真手术过程中, 对虚拟手术刀、超声波刀这些虚拟手术器械的使用无疑将会对医科学生或者新医师在今后实际手术操作中起到极大的帮助作用。通常虚拟切割分为累进切割和非累进切割两种。非累进切割在手术刀切割并离开伤口后才将伤口割开, 而在从开始切割到手术刀离开之前的过程中不显示伤口被且隔开的效果。所以在手术刀运动位置和切割效果之间产生了一个较为明显的延迟。累进切割解决了这个延迟的产生, 它在切割过程中实时的显示出伤口切开的效果。但是也随之增加了时间复杂度和对临时分割的存储管理的复杂度。将累进切割和非累进切割结合起来发挥它们各自的优势, 将会成为设计虚拟切割算法的一个不错的选择。
1.6 触觉反馈
同任意物体的触觉交互是手术仿真的一个不可或缺的基本功能。通过触觉反馈界面, 训练者可以在手术仿真过程中感觉到接触或者力反馈的效果。这样, 训练者就会在一个由计算机和专业设备搭建的虚拟手术环境中体会到了同真实手术一样的触觉效果。目前, 触觉反馈设备已经用来进行更真实和实时的模拟操作。VR系统中常用的触觉反馈设备有Sensable公司的PHAN-TOM和3Dimmersion公司的CyberForce等等。通常, 采用PHANTOM设备, 和其提供的GHOST API来产生对三维可变形器官和软组织的切割产生的触觉反馈效果, 这样的设备能提供1kHz的触觉反馈更新输出。
1.7 仿真内核
在手术仿真过程中, 各种任务将协同工作, 仿真内核在其中起到了一个控制中心的作用。仿真内核的主要作用包括任务调度、协调交互操作、模块之间的交流信息分发以及资源配置管理等等。这些需要建立执行顺序、各个模块之间的同步和连接并且需要明确制定出模块间的接口。
2 总结和展望
准确性和实时性是虚拟手术系统至关重要的性能指标, 良好的系统架构和功能模块的设计将为此提供必要的保障。最后设计的测试计划, 将从系统的可用性和效果进行评价。进一步的系统开发是我们接下来的工作, 我们相信虚拟手术必将会为外科手术训练和制定术前计划提供积极的帮助作用。
摘要：虚拟手术仿真系统由于其显而易见的重要性得到了医学界的广泛重视, 本文对虚拟手术系统的关键技术进行了深入研究, 对其系统架构、主要功能模块进行了论述。相信该研究工作将能够为搭建虚拟手术系统平台提供重要的技术支持。
关键词：研究,虚拟手术,仿真
参考文献
[1] Lange T, Indelicato DJ, and Rosen JM.Virtual reality in surgical training[M].Surg Oncol Clin N Amer, Jan2000, 9 (1) :61～79.
[2] ITK insight segmentation and regis-tration toolkit.[Online].Available:h t t p://w w w.i t k.o r g/
[3] Levoy M.Display of surfaces from volume data[J].IEEE Computer Graphics and Applications, 8[3], May1988:29～37.
[4] Westover LA.Footprint evaluation for volume rendering[J].ACM SIGGRAPH Computer Graphics, 24[4], 1990:367～376.
[5] LORENSEN W.E., and CLINE H.E.Marching cubes:A high resolution3d surface construction algorithm:Proc of SIGGRAPH'87[C], ACM Press, 21 (4) , July1987:163～169.
虚拟仿真技术论文范文第3篇
一、Multisim软件介绍
Multisim仿真软件最早是加拿大图像交互技术公司于1996年推出的用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件, 专门用于电路级仿真[6,7]。该软件界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等优点, 得到了迅速的推广应用。在核电子学实验中, 可以利用该软件自带的信号发生器来模拟产生核信号, 并通过多通道示波器, 开展多路信号的并行观察与分析。
二、Multisim电路仿真
仿真电路总体结构如图1所示。单道脉冲幅度分析电路是由阈压调节电路, 甄别器电路和反符合电路三个部分组成。
三、结论与展望
Multisim仿真软件能够将电路的工作情况直观的表示出来, 并且与用实物电路实验相比, 可以更方便地对电路进行修改, 也可以对电路进行多次的调试和模拟。在核电子学虚拟仿真实验中引入Multisim仿真软件, 对单道脉冲幅度分析电路、线性脉冲放大电路、峰值保持电路等核电子学实验, 均能实现仿真教学。与传统的理实一体教学模式相比, 虚拟仿真可以减少使用放射源的危险, 保证实验安全, 解决了高校在核电子实验实践设备成本高, 资源匮乏等问题, 为核电子学实验课程的开设提供了一种思路[4,5]。
摘要：核电子学是在电子学与核科学基础上发展起来的一门交叉学科。核电子学主要包括核脉冲变换与处理、波形采集与信号控制、电路分析与系统调试等。利用Multisim仿真软件绘制硬件电路, 模拟核脉冲信号在经典单道脉冲幅度分析电路中的变换过程, 通过各个节点的示波器观察输入与输出波形, 能够清晰地了解核脉冲单道脉冲幅度分析电路的特性。同时通过Multisim软件实时仿真, 可以准确、快速地反映实验电路的工作状态, 有利于节省实验硬件资源, 减少实物实验中放射源的使用风险, 为其他类似高校开展核电子学虚拟仿真实验教学提供了一种参考。
关键词：核电子学,Multisim,虚拟仿真,单道脉冲分析
参考文献
[1] 屈国普, 左国平, 郑波.卓越核工程与核技术专业人才培养探索与实践[J].南昌师范学院学报, 2018 (3) :24-27.
[2] 蔡杰进, 刘荣.核工程与核技术本科培养方案修订的实践与思考[J].教育现代化, 2017 (45) :1-4.
[3] 杨强, 刘军, 翟娟等.Multisim在核电子学虚拟仿真实验中的应用[J].实验室研究与探索, 2018 (5) :66-69.
[4] 王卫国, 胡今鸿, 刘宏.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索, 2015 (5) :214-219.
虚拟仿真技术论文范文第4篇
我院3D虚拟旅游实训室建成于2012.9月，总投资200多万，其中硬件配置180万左右，软件配置20万左右。实训室建筑面积230平方米左右，主要配置有一个21米长，156度环绕的投影屏，12台奥图码的高亮度专业投影机，1台惠普高性能专业图形工作站，1台创凯多通道图像数字融合机，1套雅马哈声道环绕立体音响，60台华硕工作主机等，以及一套自动教学录播系统和一套模拟导游实训系统。
利用虚拟现实技术和模拟导游实训系统，可以实现对导游教学环境的仿真模拟，教师和学生都可以身临其境，在景区任意漫游，完成授课、考核等教学环节，将教学与实训相结合，提高学生的实际操作能力，提高教学效率。
自动教学录播系统可以对教师上课操作实现即时在线直播录制重播，使所有学生都可看清教师授课场景，如有学生请假未到，下次上课可以观看重播。同时学生的演练都可以录制回放，便于自我纠正和提高。此外实训室支持多人同时语音交谈，可以作为多媒体语音教室，用于大型会议、讲座、培训等。
虚拟仿真技术论文范文第5篇
一、虚拟仿真在工业仿真背景分析
随着计算机硬件性能的发展, 特别是显卡性能的快速提升, 制作大型三维虚拟仿真系统已经不再受到硬件性能的制约, 而如何使虚拟场景更加美观、更加贴近真实环境, 同时将更多的动态元素、交互方式引入到虚拟仿真系统中, 成为现在的热门技术。但是, 三维虚拟仿真系统的功能和意义不应限于这些细分的特定需求。在一般科学研究工作当中, 通常会应用到高分辨率的一些图像, 一些普通相机的像素已经不能够满足人们的需求, 但是专业相机价格高昂。比如因为距离因素的约束。一些较大尺寸的物体不能够用一张照片进行拍摄, 这一点在航空领域当中表现显著。上世纪九十年代, 产生了这一虚拟现实技术手段VR, VR指的就是Virtual Reality的缩写形式。最近几年以来, 虚拟漫游技术手段逐渐变成计算机行业最为关注的科学研究课题, 一些技术手段的发展十分快速。
美国就是VR技术手段的来源地区其VR探究技术手段的能力已经处于领先地位, 大致上表示了国际VR发展的相关水准。现在美国在这一行业的探究大致包括感知层面、用户界面层面、后台软件层面和硬件层面。美国正在进行关于“虚拟行星探索”的相关试验计划。如今NASA己经创建了航空体系、卫星维护VR训练体系, 空间站VR训练体系, 已经创建能够提供全国范围应用的VR教育体系。
在一些欧洲国家, 英国在VR开发某一层面, 尤其是在分布并行处理层面、辅助设备层面, 在欧洲地区是处于领先水平的。英国Bristol企业提出, VR运用的交点必须集中在总体综合手段之上, 他们在软件领域和硬件领域是领先的。欧洲别的经济发达的相关国家包括:荷兰国家、德国国家、瑞典国家等在积极化的进行VR的研究工作和实际应用工作。瑞典地区的DIVE分布形式虚拟化交互环境, 是以Unix作为基础的, 不一样节点的进程能够在环境当中工作的分布形式体系。
二、虚拟现实在工业仿真中的应用
如今世界工作状况已经发生了翻天覆地的改变, 规模庞大的人海战术已经不能够和现在工业的发展需求相适应了, 先进化技术手段的运用展现出一定的作用, 尤其是虚拟现实技术手段的运用正对于工业领域进行着从来没有过的改革。虚拟现实技术逐渐被全球这些大规模公司运用到工业领域的每一个环节当中, 对于公司提升实际开发效益, 增强数据信息收集水平、剖析水平、处理水平, 能够降低决策的失误概率, 减少公司风险发挥了至关重要的促进作用。
1) 虚拟现实工业仿真解决工业中的安全问题。工业仿真所涵盖的范围很广, 从简单的单台工作站上的机械装配到多人在线协同演练系统。在面对安全生产方面更是国家大计, 虚拟工业仿真模拟事故现场, 形成事故警示作用, 更好地培养了企业的员工安全生产的工作意识, 同时也能为企业建立事故警示教育基地, 这与国家大政方针是一致的, 顺应时代和“十三五”规划的要求。
2) 虚拟现实工业仿真远距离控制经济成本问题。成本的最后决定工作, 在一定程度上受到一些外部环境原因的相关影响, 成本控制问题并不只是公司必须充分考虑的。在相关资源约束的基础条件之下, 虚拟现实工业仿真远距离控制的组织活动, 存在着成本控制的微观概念。这一成本控制除去大量实际工作外, 还具有广泛的宏观意义。
3) 虚拟现实工业仿真设备结构和生产流程问题。走马观花的了解设备是在传统实习培训环境下无奈的学习, 不能清楚设备运行的原理, 更不能查看机械结构和剖面图。而虚拟仿真技术开发的工业仿真平台可以轻松的让学员了解结构和流程原理, 扎实的理解和学习。实行现场标准化作业就是提高生产效益管理质量的重点要求, 还是深化规范化建设工作的主要举措。还是提升安全管控能力的重点。作业人员进行作业随意化, 只凭借经验的管理控制水平处于落后状态, 重点是能够还没有标准化的相关作业流程。利用工作流程的优化工作, 能够在一定程度上减少公司内部运作经营的投入成本, 与此同时减少公司当中管理工作的交流成本。
4) 虚拟现实工业仿真促进多人联机实训的问题。有些复杂的工艺流程单个人员无法完成, 采用虚拟仿真多人联机实训的方式, 可以更好的检测多人的配合程度, 为复杂的工艺流程作业的学习提供了便利。
总之, 虚拟现实工业仿真的相关设计说明, 利用虚拟现实作品在工厂环境的设置工作之上和工厂的实际状况进行有机融合, 可以更好地提高工业生产、培训成效, 具有很好的可操作性, 和实践性。采用虚拟现实技术和传统形式工业生产过程中的主要问题能够探寻到传统技术和现代技术的完美结合, 可以在最大限度之上解决传统工业生产产业技术滞后、培训中的传统问题。丰富了传统工业的技术手段, 同时根据具体工业主体的实际情况借助3DMAX与Unity3D技术手段的结合可以进一步提升企业员工培训的效率, 从而提升企业发展的竞争力。
摘要：虚拟漫游系统是提供给大众用户包括视觉、听觉、触觉等多方类型接触, 给人身临其境的体验感觉。现阶段, 虚拟现实技术在航空行业、机械设计行业、科学计算行业、影视娱乐行业、工业制造行业、教育培训行业等行业获得了一定的运用, 而虚拟现实可实现应用的大部分功能是其他技术手段所不能取代的。
关键词：虚拟漫游,虚拟仿真技术,三维建模
参考文献