三维针灸虚拟教学系统的实现--上海都康仪器设备有限公司

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三维针灸虚拟教学系统的实现

三维针灸虚拟教学系统的开发模块主要由虚拟场景和交互设置两部分组成。虚拟场景就是利用3Ds Max软件根据真实的教学环境进行虚拟实验室的搭建，然后将制作好的场景导出为.nmo格式的文件，进而导入到Virtools软件中进行交互设置，从而实现不同功能的交互。

虚拟场景的构建由于每一种建模方式都具有各自的优势，故在虚拟场景模型的搭建过程中采用多种建模方式，主要包括放样、布尔运算、倒角、挤压等。将制作完的模型进行贴图，以增强模型的真实感。图3为虚拟实验场景。

交互设置三维针灸虚拟教学系统中交互的设置是一个重难点，系统中包含多种触发事件，下面以该系统中部分交互功能的设置为例进行说明。

1）角色控制及碰撞检测。在虚拟场景中，用户通过控制鼠标键盘控制虚拟的人物角色进行相应的操作，使用Unlimited Controller模块设置人物角色的动作，并且结合Keyboard Mapper模块实现通过操控键盘上的↑、↓、←、→四个箭头，控制前进、后退、旋转的操作。为了保证人物角色是站立在地板上，使用Enhanced Character Keep On Floor模块将人物锁定在地板上，并添加Object Slider模块和Prevent Collision模块为角色添加碰撞效果。

2）设置提示信息。在虚拟场景中存在多种触发事件，当角色靠近某一物体，如靠近场景中的遥控器时，系统提示用户“点击遥控器，实现视频的播放”的信息，来告诉学习者该物体的作用。在实现此交互功能时，需将场景中会与角色发生碰撞的物体放到一个组中，使用Get Nearest In Group模块判定角色与哪个碰撞物体的距离最近，然后利用Test模块判断距离。Set Position模块设置提示信息的位置，实现当人物角色与碰撞物体的距离小于等于10时，利用Show模块显示所提示的信息。

3）弹出选项内容。以学习者选择“十四经穴”下的“十二正经”按钮为例来说明，当学习者选择“十二正经”按钮时，从系统的右侧弹出“十二正经”菜单下所包含的十二条经络的名称。使用2D Picking模块和Test模块判定选定的是否是“十二正经”按钮，如果点选的是此按钮，则弹出此按钮下所包含的内容，并且使用Set Position模块设置所在位置。为了使弹出效果不那么生硬，采用插补器Interpolator模块和贝兹曲线Bezier Progression模块将弹出效果平滑化。

4）穴位信息的显示及缩放。当用户选择某一穴位时，将所点穴位的名称及穴位所在位置显示出来，并且当用户点击该穴位时，穴位放大，再次点击穴位恢复原状。在进行交互之前首先建立一个存储穴位信息的阵列，然后利用Mouser Waiter模块和2D Picking模块判定点选物体，使用Row Search模块在穴位阵列中搜寻穴位信息，利用Get Row模块取出穴位名称的信息，并且利用Text Display模块将信息显示，使用Sequence模块和Scale模块完成放大还原的效果，如图4所示。

针灸这门学科不仅需要学习者具有扎实的理论基础，还要求学习者具有丰富的实践经验。根据传统实验教学中存在的问题，利用虚拟现实技术给学习者创造一种新的针灸训练环境，即虚拟实验环境，给学习者创造一个不受时间、空间限制，并且可重复操作的虚拟实验环境，将新技术与中医知识有机结合，在很大程度上提高了学习者的积极性，增强了训练效果。