摘要：近年来,虚拟现实(Virtual Reality,以下简称VR)与教育的融合不断加深,VR在细分学科教学中的优势日益凸显。基于VR的腹腔镜手术模拟器(Virtual Reality based Laparoscopic Simulator,以下简称VRLS)成为VR技术在医学教育中极具优势和增长点的典型应用场景。实践中,VRLS已被许多医院手术技能培训中心和医学院引入,为医学生手术学习和技能训练提供了全新的平台,但从学术的角度,VR应用于医学教学场景中的优势和影响仍未形成统一结论。该研究系统地检索并筛选79篇相关文献,采用元分析方法,重点探究VRLS对于医学教育的影响,研究结果表明:(1)VRLS对于医学生腹腔镜技术水平作用的综合效应值为0.72,使用VRLS教学能够有效提升医学生的学习绩效;(2)对于医学生的学习绩效,VRLS与箱式模拟器、视频训练及传统训练方式相比有较大差异,特别是在自我效能感、深度(空间)感知能力、组织处理能力等维度上效果更为显著;(3)VRLS教学过程中,教师指导反馈对于医学生学习绩效提升起到正向作用;(4)基于效率和基于时间的训练方式对医学生学习绩效提升的效果类似。结合研究结果,该文深度阐述了VR智能技术的医学教育应用场景、策略分析及展望。

摘要：维修性设计作为一种新的设计方法已受到广泛认可与重视,且应用在飞机、汽车等产品设计方面,并取得了可观的经济效益和社会效益。维修性仿真试验软件在工程中可为企业提供强有力支持,而碰撞检测方法是实现维修性仿真的重要环节。本文分别从刚性与柔性碰撞仿真技术方面进行探讨,研究了不同类型的柔性仿真及其碰撞算法,突破多刚体动力学变积分仿真、柔性仿真、柔体碰撞检测优化、柔体仿真并行加速等关键技术,解决维修性仿真过程中刚体碰撞干涉检测精度低,柔性管线仿真易失真、柔性碰撞计算效率差等问题,实现高精度的柔性与刚性碰撞仿真引擎,为企业虚拟维修仿真奠定技术基础。

摘要：三维渲染技术在复杂场景的维修性仿真软件中亟需解决的关键技术问题。为此,本文从三维模型高精度渲染技术与三维渲染引擎方面分别进行了探索与研究。在高精度渲染技术方面分别探索了自动贴图优化技术、基于深度网络的超分辨率渲染加速框架与可微渲染技术。然后基于该类技术研发了自主的三维渲染引擎,该引擎包含了自动贴图优化模块、VXGI全局光照模块、可微渲染模块、基于深度网络的超分辨渲染加速模块以及AI混合渲染光线追踪模块,为产品设计的整体效果提升了质量与效率。

摘要：目前我国介入手术医生的总量远远不能满足冠心病患者的治疗需求,运用新的心血管介入手术训练手段来加快医生的培养显得尤为迫切,故开展心血管介入虚拟手术系统的研究有重要意义.针对心血管介入虚拟手术模拟器进行研发,对心血管介入虚拟手术力反馈模拟器进行总体设计,该文设计了心血管介入手术介入导丝、导管的运动功能、力反馈功能模块的机械结构与控制系统,设计了X光透视开关、造影剂注射剂量采集、球囊加压气压采集等辅助介入操作仿真模块.研究表明:集成的心血管介入手术模拟器系统满足医学培训的需要.

摘要：虚拟现实(VR)不仅扩展了学习场域,丰富了学习体验,也为稀缺教育资源提供了有效的呈现方式。然而,由于VR主要依附图像处理技术,其在教育场域下的应用大多停留在知识观察层面。当学习者对观影模式的新鲜感褪去,诸多挑战(交互性不及时、临场感不强等问题)也随即暴露出来。近年来,触觉反馈(Haptics)逐渐成为人机交互的发展前沿,在很大程度上突破了VR单一的视觉刺激之局限。一些研究者开始探索“虚拟现实+触觉反馈”(VR+Haptics)的教学模式,以期调动学习者听觉、触觉、力觉、运动等多感知的刺激反应力,增强学习者的临场体验和心流体验。为了深入探索VR+Haptics在教学中的有效性,挖掘影响这一教学方式的调节变量,基于WoS、Scopus和中国知网三大数据库,对2010年6月到2021年6月期间发表的3698篇学术文献进行筛查。通过对筛选出的42个研究数据进行元分析(Meta Analysis)后发现:(1)从整体效应上看,VR+Haptics相对于传统VR环境,能显著提升学习者的学习效率;(2)通过对三个调节变量影响效应的分析发现:VR+Haptics更适合技能训练、无经验学习者和延长测试教学设计。继而,进一步分析了其在知识理解、生理反馈和远程协作三个教育场景上的应用方式。这一研究在理论上,丰富了心流理论和具身认知理论在VR教学中的内涵;在实践上,为设计高效的“虚拟现实+触觉反馈”教学场景,提供了重要的数据参考。

摘要：如何通过重定向方法实现360°观察,同时保证用户的较高的舒适度和较低的眩晕感,是虚拟现实研究的一个重要话题。对放大与引导头部旋转算法的交互效率和眩晕感进行定量研究,使用户坐姿下,通过头戴显示器(Piconeo基础版)旋转一个舒适的角度以观看360°虚拟范围,并在虚拟旅行中引导头部旋转使头部回到自然前向。设计了2种放大头部旋转算法,并与2种现有方式进行对比实验,提出了一种对于引导头部旋转中感兴趣区的自动检测算法,动态计算虚拟对象的角度阈值区实现感兴趣区的选取,在此基础上设计了一种基于正弦的引导旋转算法。通过用户实验,得到各个算法的实验比对结果,实现在较为复杂的虚拟环境中引导头部旋转重定向。

摘要：该文设计了一种新型骨生物力学特性测试系统,以实现模拟真实受力情况并对骨骼及骨固定架进行力学特性评估。该系统包括运动平台及伺服电机系统、传感器及硬件电路系统和上位机软件系统。为验证设计的性能,在对力传感器进行标定的基础上,以羊的胫骨为对象,对其受力情况及疲劳特性进行了力学测试。结果表明,在载荷频率为1 Hz,大小为50kg,循环18 000次的条件下,固定架性能仍然良好,证明了设计的可行性。

摘要：目的脑卒中的高致残率导致患者在术后仍需进行长时间的康复治疗,进而增强其瘫痪侧的运动能力,提高生活质量,因为手部在ADL中起着尤为重要的作用,故对患者手部功能的恢复是康复治疗的关键。研究一种基于软体康复机器人与VR技术相结合的手部康复系统,探究该系统对康复过程中大脑皮层激活的影响。

摘要：目的 应用自行研发的口腔临床微机器人自动化牙体预备系统（简称自动备牙系统）,探索全冠预备的适宜参数,以期提高自动化牙体预备的质量,为该系统应用于临床奠定基础.方法取20颗树脂牙,制成树脂牙试件,用自动备牙系统,控制皮秒激光束按规划路径完成树脂牙试件的二维切削,用激光显微镜测量每层切削的深度值,将均值确定为单层切削深度.用口内扫描仪获取另11颗树脂牙三维数据,行全冠预备体计算机辅助设计（computer aided design,CAD）,将CAD数据导入自动备牙系统控制软件,以单层切削深度值为参数,用自动备牙系统,按层切方式控制激光聚焦光斑,在仿头模内对置于牙颌模型内的树脂牙行全冠牙体预备.同法获取激光切削天然牙的单层切削深度,在仿头模内对15颗第一磨牙天然牙（北京大学口腔医学院·口腔医院口腔颌面外科门诊提供）进行全冠牙体预备.用口内扫描仪获取树脂牙和天然牙预备体的三维数据,对比分析预备体三维数据与CAD数据的整体平均误差.结果皮秒激光切削树脂牙和天然牙试件的单次切削深度分别为（60.0±2.6）和（45.0±3.6）μm.用自动备牙系统在仿头模内完成了树脂牙和天然牙的全冠牙体预备,分别耗时（13.0±0.7）和（17.0±1.8）min.树脂牙预备体龈向预备深度为（2.089±0.026）mm,误差为（0.089±0.026）mm;轴面聚合度为6.56°±0.30°,误差为0.56°±0.30°;预备体三维数据与CAD数据的整体平均误差为0.02~0.11 mm.天然牙预备体龈向预备深度为（2.097±0.022）mm,误差为（0.097±0.022）mm;轴面聚合度为6.98°±0.35°,误差为0.98°±0.35°;预备体三维数据与CAD数据的整体平均误差为0.05~0.17 mm.结论自动备牙系统可控制皮秒激光,按单次切削深度完成树脂牙和天然牙的自动化全冠牙体预备,预备精度可满足临床需要.

摘要：目的：设计基于三维激光扫描技术的颌面三维测量系统，并与直接测量法进行比较。方法通过三维激光扫描仪扫描28例志愿者正面、左侧面和右侧面的3幅图像，对图像进行坏点去除、补洞等前期处理，拼接经过前期处理的3幅图像并生成整体三维模型，利用自行开发的软件3D-FACE VIEWER进行颌面部直线、曲线、角度及比例的测量，并将测量结果与直接测量法得到的结果进行对比。结果三维扫描测量法的结果与直接测量法的结果相差不大。在56项点距测量中，49项测量误差不超过2~3 mm；在17项弧长测量中，7项测量误差不超过2~3 mm。结论基于三维激光扫描技术的颌面三维测量系统是一种良好可行的方法，三维测量系统3D-FACE VIEWER可以较准确地完成颌面的测量，具有一定的临床应用价值。