虚拟仿真实验医学论文范文

生物模拟性实验教学应用的论文

一、初中生物实验教学现状

初中生物实验教学是培养初中生学科素养和科学技能探究的一项重要教学训练措施。20世纪60年代的国外教学中，就已经把生物实验教学的基本方法和原理体现在教材之中，美、日、英的教学改革中，尽管方式不一但都将其作为重点研究和应用对象加以重视。2000年以后，我国教育部门颁布的《普通初中生物课程标准》中，以“主动参与、勤于动手、善于处理信息能力，善于分析解决能力和合作交流能力”为指导思想的课改理念深入人心。在学科全面发展中，生物实验教学也在与时俱进，在实验教学中将新课标的理念渗透进去。尽管如此教法单一，以教师为中心的实验教学正在社会范围内被广泛应用。实验教学内容陈旧，对学生的学科素养来说是一大瓶颈。以此为基础展开的教学，是教师充分吃透教材的基础上产生的，学生并没有积极性广泛参与到教学实践中去。

二、模拟性实验研究目的和意义

模拟性实验是基于初中生身心发展状况，为学生搭建的实验教学平台，是初中实验的策略创新。其研究的主要目的是面向全体初中生，提高生物学科科学素养，将探究性学习，贯穿到具体的学科研究形式之中。模拟性实验与实际演示实验相比，不需要浪费珍贵的生物材料，更能节省学生花费，且简单易于操作。学生可以直观化地了解不能用感观了解的现象，可以促成学生形成自身的思维方式，从整体到局部、从宏观到微观、从简单的实验之中窥探到具体的实验原理。它是初中生适应现代生活和未来发展需要的要求，也是着眼于改革，挖掘实验教学创新功能，培养学生创新精神和实践能力的要求。

三、模拟性实验在初中生物实验教学中的应用研究

以多媒体计算机仿真技术，将生物实验课程贯穿到具体的实验教学中，这是汇集多媒体、教师、学生三位一体的互动式情境式教学，其软件技术和功能的开发，应用于现代生物课堂之中，给学生带来了无限惊喜，大大提高了他们学习兴趣。模型性教学场景中，学生可以自由观察实验，发挥自身想象，加上教师正确引导，从而创新自身技能，不断发现问题、提出问题、解决问题，最后验证自身实验能力。例如“植物的组织培养”实验，在课堂上不可能花费大量时间和精力去组织采集实验，除了浪费学生时间和精力外，组织起来难度也较大。模拟性实验，是基于现代计算机软件的高科技内涵，来实现同步实验和科学演示讲演的课程。这样不断演示的过程，不但活跃了课堂气氛，还以探究性问题，使学生心理产生期待，从书本理论教学和实践教学的桎梏中走出来。初中生物模拟性实验教学的'课堂进行，以五彩绚丽、不断变换的画面刺激学生感官。从现代新型教学方法上分析，是一种直观性、富有成效性的教学。以动态的教学，克服生物实验的繁杂程度，将教学内容贯穿到三维动画技术治中，让学生从微观的模拟小世界里窥探到大世界；或者从宏观的大环境里，见证草长莺飞、候鸟迁徙的过程。

从效果来看，要比呆滞、枯燥、空洞的实验教学空架子更能显示出模拟教学本身的价值。模拟数字化教学平台的设置，能使多媒体虚拟实验教学情景再现，使学生观察到细胞破壁、人体基因突变、机器人运转、试管婴儿、人体构造、蚂蚁储物、蚕从蛹到蝴蝶的生长规律、蝴蝶扇动翅膀的频次。对于生物这些抽象化的概念，利用数字实验室模拟式教学，突破时间和空间限制，使学生保持持久不灭的激情，为他们进一步理解生物习性、结构特征与生存环境做足了准备。由模拟化的“虚”升华到课程问题设置答辩的“实”，不同环节的变迁，能使学生的思维突破课堂的限制自由地发挥想象，从而在智力和思维上形成全面的发展趋势。模拟性电子教学实践平台教学的不断深化，使得初中生物实验教学获得了事半功倍的成果。生物教学的实践性特征，使得生物教学不等同于其他理科教学直观实用的演示教学。基于新课改的动态方案，多媒体数字化模拟试验教学，更能迎合初中生发展特点，从科学策略上分析，它是生物实验教学中一种高效的辅助教学手段。从整体实践来看，模拟试验并不能滥用，它也不是万能的，在实际教学中，除了要有计划外，还要实现它与其他教学手段的有机联动，才能最终促成这种颇具优势的教学方法。

关于虚拟现实的科技论文1500字篇二 医学虚拟现实技术研究 【摘要】医学虚拟现实技术(MedicalVirtual Reality Technology)，作为一门新兴学科目前正在逐步形成之中，它是集医学，生物力学，机械学，材料学，计算机图形学，计算机视觉，数学分析，机械力学机器人等多学科为一体的新型交叉研究领域。而医学虚拟现实技术是一种悄然进入医疗教育领域的全新技术策略，它势将为未来医疗技术的发展提供了更为广泛的前景。 【关键词】数据过滤;数据转换;虚拟视觉环境显示;立体影像 Abstract：Medical Virtual Reality Technology(Medical Virtual RealityTechnology)，as an emerging discipline is now being gradually isa new multi-disciplinary field of cross-over study with aspects in medicine，biomechanics，mechanics，materials science，computer graphics，computer vision，robotics，and mathematical medical virtual reality technology isprogressively becoming an essential part the medical is an importantfield that will lead to the discovery of new medical technology. Keywords：data filtering;data conversion;VIVED;stereo image 1.虚拟视觉环境显示(Virtual Visual Environment Display-VIVED) 由美国宇航局约翰逊宇航中心(JSC)等部门，使用虚拟现实技术为人们提供了一个别出心裁的医学教育策略。它集成了所有囊括人类颅骨和心脏的虚拟现实技术，为人们提供了与其他多媒体(音频、视频等)的交互能力[1]。 2.虚拟手术(Virtual Surgery) 作为医学虚拟现实技术领域正在发展起来的一个研究方向，其目的是利用各种医学影像数据，采用虚拟现实技术，在计算机中建立一个摸拟环境，医生借助虚拟环境中信息进行手术计划制定，手术演练，手术教学，手术技能训练，术中引导手术，术后康复等工作，虚拟手术充分体现虚拟现实作为计算机图形学在医学治疗过程的作用。 3.硬件 一台由Silicon Graphics公司生产的Reality Engine计算机，被用来打开计算轴向体层摄影术(CAT/CT)和磁共振成像切片，放入三维容积图像和可产生身体"飞行"观察效果的电影中。在具有16M内存的Macintosh IICX计算机上观看最终的3D图像。之所以先择Mac是因为它的性价比和音像都优于同类PC，另外它在北美各学校系统被广泛使用，可以说它是桌面多媒体的领跑者，并且有各种各样的软件和硬件支持它。而VR电影可以存储在硬盘上，或转移到CD上，并通过红蓝眼镜观看。它也可以使用虚拟现实头戴式显示器(HMD)或双目全方位显示器(臂架系统)查看。最终图像可以存储在CD-ROM或激光视盘上。 4.软件 文件转换和数据准备 加尔维斯顿提供的厚度为的人类头骨CAT/CT切片和心脏的MRI的切片被用于创建3D图像。在对头骨的CT扫描过程中要经过一个泡沫带，因此会有一些无用数据被生成。颅骨扫描的结果是生成一个数据集，其中有超过120片通过颅骨，60片通过下颌骨(下巴)，而心脏的MRI扫描可导出200片的数据集。将医学分会创建的数据文件，送至IGOAL公司(集成显卡，操作和分析实验室)。在那里进行扫描和筛选，去除无关数据，且尽可能不丢失任何重要信息。IGOAL公司开发出一种名为“Ctimager”的工具，用于阈值计算，从而把切片中不需要的噪声和无关数据去掉。 数据过滤和体数据转换为多边形数据 使用被IGOAL称为“dispfly”的开发工具，在稍后可将转换大量的数据直接由计算机显示出来。此工具用于多个过滤算法准备CT和磁共振成像数据转换为多边形的窗体。解剖模型是基于移动的多维数据集算法生成的。滤波处理通常包括阈值化的数据，以消除大部分噪声的。一个低通滤波器被用于最小化，将产生一个不规则的表面凹凸不平，当输入到算法中的高频噪声。这个过程产生相对平滑的表面，其近似扫描样品，并减少产生的噪声的多边形数量。一个独特的过滤器对心脏数据仅平滑扫描之间的数据创建，是不需要其他的过滤[2]。由于心脏和颅骨有大量的数据集切片，几种模式被建立，其中每一个代表一个少量切片。一个网格算法，“meshit”，后来发展到提高显示性能。这种算法转换成高效条状的三角形的原始集合。平均超过100三角形组成每个三角形条带。。 产生立体图像 建成模型后，立体声序列被渲染。IGOAL公司开发了一种名为OOM(面向对象操纵器)工具，用来把经过渲染的每一帧存储到磁盘上，这些图像用红色和蓝色的色彩分离为代表的立体图像。一旦这些序列被记录到磁盘上，数据的格式就被转换成格式，全彩色图像序列的按非立体观看转移到Mac上。 立体影像及多媒体 对Mac图像进行编辑，以产生所希望的效果，如数字化的尸体覆盖或插入文本描述什么正在被观看。使用Apple的QuickTime扩展，图像被转换为QuickTime电影动画在Mac上。 5.结论 CT扫描头骨的医疗图像，由Macintosh计算机通过处理头盔显示器或臂式系统的信息，最终生成高质量VR图像。目前科学家正试图用磁共振的成像数据生成了一个心脏VR模型。 初步结果显示，可以使用这种类型的成像数据开发出高分辨率模型。而为了保持高质量VR成像目标，大量的数据是用帧序列来描述的，由此会产生一些问题。为了缓解这个问题，科学家们正在探讨替代的硬件和软件解决方案。 另一个问题是该技术针对HMD的显示系统。为保持一个高品质的虚拟现实体验，液晶显示器对分辨率没有要求。在CRT显示器在多种教育平台上都可以满足分辨率的要求，但是成本过高。外科手术模拟可能成为例程，尤其是在制定综复杂和罕见的手术方案时。 6.在VIVED的应用和研究现状 当前的研究，强调创建一个高分辨率的人体虚拟现实模拟器用于教育目的的重要性。而应用这项技术必须充分理解其复杂的三维关系，如在下面的领域：解剖学教育，各类机械设备，生化，病理学研究，外科医生，模拟整形外科和利用内窥镜培训外科医生等。 7.其他应用程序 随着医学虚拟现实技术的发展，新的教育解决方案和策略如雨后春笋般不断出台。如北卡罗莱纳大学教堂山分校利用超声波，MRI和X射线创建的动态影像放射治疗的“预测”模型。达特茅斯医学院创造出人脸和下肢的数学模型，用于研究外科手术的效果评估。绿叶医疗系统在帕洛阿尔托开发出“EVAL”和“手套健谈”系统，作为实现“评估和演示”系统。使用传感器做衬里的数据手套和数据西装获取更大的使用范围，对运动损伤和残疾病人进行行之有效的损伤程度度量。“手套健谈”是帮助病人康复的数据手套的手语装置，让人无需发声(中风或脑性麻痹患者)，仅使用计算机能够理解的手势。而使用头盔显示器使得需要康复的病人可以重新学习，如开关门，行走，点或转身的行为[3]。 8.结语 将CT扫描的头骨医学图像在Macintosh电脑上使用一个头盔显示器或臂架系统便可生成高质量的VR图像。目前科学家们正在开发根据磁共振成像数据生成心脏的VR模型。初步的研究结果表明，高分辨率模型可以使用这种方法的成像数据技术来实现。要想维持高质量虚拟现实的目标成像，必须适当调整“飞穿”的帧序列的数据量。而其它文明拟定的硬件和软件解决方案也正是为了探索缓解这一问题。再有就是该技术是针对HMD的显示系统技术。因为在各种医学教育平台中，LCD显示屏不涉及维持高质量的虚拟现实问题，而要实现高分辨率CRT显示器的成本又太高。 参考文献 [1]"NASA TECHNOLOGY TRANSFER Commercial Applications of Aerospace Technology"，National Aeronautics and Space Administration，Technology Applications. [2]Porter，Stephen，"Virtual Reality"，Computer Graphics World，(March，1992)，42-54. [3]Sprague，Laurie A.，Bell，Brad，Sullivan，Tim，and Voss，Mark，"Virtural Reality In Medical Education and Assessment"，Technology 2003，December 1993. 通讯作者：娄岩。 看了“关于虚拟现实的科技论文1500字”的人还看： 1. 大学科技论文2000字 2. vr技术论文2000字 3. vr虚拟现实技术论文 4. 计算机仿真技术论文范文 5. 虚拟与现实作文800字

虚拟现实技术的介绍 虚拟现实系统是一种计算机虚拟系统，可以在不受外部干扰的情况下被任意创建和扩充，并能提供操作者以逼真的体验和认知的感受。它具有感知、沉浸、交互、构想等技术特点，使得操作者可以辅以必要的设备工具与这个虚拟环境中的对象或物品进行交互作用，进而全面获取虚拟环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。 1.虚拟现实技术在医学发展中研究状况 虚拟现实技术在医学研究中早期的发展情况 早在上世纪80年代，美国医学研究工作者最早开始了对人体虚拟图像的研究工作。他们分别对一具男性和女性的尸体做了解剖并对解剖部分做了数字化扫描，根据得到的数据进行压缩和整理，建立了世界上第一个“数字人”。操作者可以在电脑显示器上对“数字人”进行任意的解剖，并能将人体的图像进行局部缩放。20世纪90年代，欧洲的汉堡大学的医学技术研究所创建了3D虚拟人体图谱进行3D可视化教学研究。学生则可以自由地在三维人体空间进行各种操作。1999年，在Internet上出现了“虚拟青蛙解剖”。及至进入21世纪以来，随着计算机技术的迅速发展，虚拟现实技术现在已经在医学之中得到了比较成熟的应用。 虚拟现实技术在医学研究中的应用情况 虚拟现实技术在医疗领域有很多实际应用，目前较为广泛的使用虚拟系统主要有：外科虚拟手术仿真训练、虚拟内科诊断、中医推拿按摩、运动理疗与恢复、数字医院医学仿真与教学等等。 2.生物医学仿真应用 虚拟现实技术在医学教学中的运用 虚拟现实技术可以进行个性化医学诊断、治疗，逼真预期不同的治疗方案在人体上的不同反应。与传统的主观判断相比，在虚拟人体上进行各种无法在真人身上进行诊疗试验，可以根据获得的治疗数据和人体反应进行科学分析和判断，可以做出更加理性和真实可行的诊断和治疗方案。虚拟手术仿真系统可以根据各种医学影像信息和数据创建虚拟手术环境，并在虚拟环境中建立3D模型设计切口位置、角度，预演手术的过程，从中可以提前预测手术过程中可能出现的问题并采取补救措施，从而提高手术的成功率。有了这个虚拟系统，医生可以更加合理的选择制定手术方案和方法，减少手术给患者带来的各种损伤和伤害，并可以提高准确判断病灶的位置的准度，对各种复杂的内科、外科手术都有很好辅助判断效果。 投资昂贵的实验对象和器材是医学科研机构巨大的负担，通过对虚拟手术系统的建立和应用，不仅能使医学科研机构的经济负担大幅减少，而且能有效的缩短科研人员的手术训练时间。虚拟手术训练系统可以提供一个沉浸式的虚拟环境，其逼真的还原效果可以使得训练过程如同真实手术一致，可以让科研人员获得真实的临场实际手术的手感。 除此之外，在医科大学的教学活动中虚拟现实系统由于其具有不受标本、场地、时间等等诸多因素的制约，可以使教学活动根据需要随时随地进行，在减少教学费用投入的同时获得良好教学效果。目前一些专门针对医学培训、实习和研究而开发出来的虚拟现实系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是传统的教学活动不可比拟的。 虚拟现实技术在药物研究中的应用 虚拟现实技术可以在药物研究中的微观世界宏观化。通过对微观世界中的化学分子等比例放大至我们肉眼可观察的大小，能够使科研技术人员逼真而清楚地看到各种不同的药物配方在不同的条件下发生化学反应的全过程，方便有效地加速药物研发周期，并能准确的对药物配方进行药理分析，提高药物功用的可靠性。例如，美国医学科研工作者提出应用VR技术进行所谓的“分子入位”研究。该项目组的研究人员正在用这种方法研制抗癌药的合成。 虚拟现实技术在康复医学中的应用 虚拟现实系统在康复治疗的应用也比较广泛，主要体现在以下几个方面：在注意力缺陷、空间感知障碍、记忆障碍等等领域都取得了很好的康复疗效。虚拟现实技术通过模拟多种不同的治疗场景和设置各种不同刺激治疗方案，患者可以在安全、有效的治疗环境中进行康复治疗。 3.虚拟现实技术面临的挑战 在医学领域中虚拟现实及其相关技术研究水平目前在我国甚至世界各国来说，总体处于还比较低的应用阶段。在目前主要面临的困难是：治疗和评估标准没有相关的评估标准、应用系统的交互性和易用性还不够完美。虚拟现实系统设备及其外设性价比例失衡，设备相对比较昂贵,致使大规模应用的时机还不够成熟。 4.虚拟现实技术在医学应用中的展望 虚拟现实技术研究内容涉及到人工智能、计算机图形学、智能控制、心理学等众多学科领域，是许多相关学科知识交叉、集成的产物。然而我们必须理性地看到，虽然虚拟现实技术拥有广阔的应用前景和强大的技术潜能，但虚拟现实技术还处在初级阶段，仍然存在相当多尚未解决的理论问题和技术障碍，这些都构成了目前的研究发展方向。随着科学技术的迅猛发展，在不久的将来我们一定可以克服这些困难，让虚拟现实技术在医学领域中做出更大的贡献。 可是市场上的虚拟仿真软件层出不穷，选择什么样的虚拟仿真软件好呢？通过众多医学院校的访问，“红平果”软件才是最适合的选择，技术设备先进，远远超越同行，是现代医学院校实验最佳的选择；“红平果”软件是河南恒茂创远科技股份有限公司旗下品牌，主要产品包括机能学虚拟仿真教学实验平台、超高清显微形态虚拟仿真教学系统、中西医结合临床思维实训系统、三维人体解剖系统、影像诊断实训系统、护理三维实训系统等，基本上涵盖了所有的医学专业，该系列产品已经在200多所学校中得到了广泛的应用，响应了教育部打造新时代“金课”的号召，提升了教学质量和效率，推动了学科建设发展。