VR視覺和力觸覺技術(shù)

    虛擬現(xiàn)實(shí) VR技術(shù)

        ① 利用計(jì)算圖形圖像學(xué)構(gòu)造虛擬世界；

        ② 虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行交互，達(dá)到身臨其境的效果。

    力觸覺 Haptics技術(shù)
         虛擬與真實(shí)世界中，通過虛擬數(shù)字信號(hào)及電機(jī)數(shù)字模擬信號(hào)雙向轉(zhuǎn)換，提供給人與虛擬環(huán)境中的橋梁。俗稱：“摸得到”。?

    1、意義
        1）、力觸覺技術(shù)的出現(xiàn)提供了一種新型的人機(jī)交互體驗(yàn)，它支持用戶通過力反饋設(shè)備感受計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中的物體運(yùn)動(dòng)和力覺信息，是一種新型的教育教學(xué)手段。
        2）、力觸覺技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用呈現(xiàn)教育教學(xué)層次多樣化、教育教學(xué)領(lǐng)域多樣化和教育教學(xué)方式多樣化的特點(diǎn)
        3）、力觸覺技術(shù)和教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，既可以活躍課堂的學(xué)習(xí)氛圍，又可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，力觸覺技術(shù)擴(kuò)展了用戶的人機(jī)交互方式，有助于用戶手眼協(xié)調(diào)能力的提高，在教育領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
    2、定義
        力觸覺技術(shù)是指在人機(jī)交互過程中，計(jì)算機(jī)對(duì)用戶的輸入做出響應(yīng)，并通過力反饋設(shè)備作用于用戶的過程。它是一種機(jī)械裝置表現(xiàn)出來的反作用力，將力反饋設(shè)備與環(huán)境中物體交互的信息轉(zhuǎn)化成用戶能夠感知的力的效果，如觸碰物體的阻力、舉起物體的重力和“觸摸”物體表面的摩擦力。
        力觸覺技術(shù)結(jié)合其他的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使用戶在交互過程中不僅能夠通過視、聽覺通道獲取信息，還能夠通過觸覺通道感受模擬現(xiàn)實(shí)世界力覺交互的“觸感”。因此，力反饋技術(shù)的引入，使交互體驗(yàn)更加自然、真實(shí)。
    3、VR+觸覺創(chuàng)新教學(xué)
        1）、可以在高度準(zhǔn)確和專業(yè)的領(lǐng)域提高技能，而不需要使用傳統(tǒng)顯示實(shí)驗(yàn)室，并面對(duì)實(shí)體解剖的費(fèi)用和后勤挑戰(zhàn)。
        2）、可以實(shí)時(shí)顯示操作過程中的數(shù)據(jù)，如力度、角度等。
        3）、包含教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、考核完整流程。外科醫(yī)生可以創(chuàng)建高頻運(yùn)動(dòng)技能互動(dòng)，在一個(gè) “安全失敗”的環(huán)境中建立肌肉記憶。
        4）、軟件配套二次開發(fā)SDK，可擴(kuò)展性強(qiáng)。內(nèi)容不斷更新，具備VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)全部應(yīng)用。
        5）、力觸覺技術(shù)的出現(xiàn)提供了一種新型的人機(jī)交互體驗(yàn)，它支持用戶通過力反饋設(shè)備感受計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中的物體運(yùn)動(dòng)和力覺信息，是一種新型的教育教學(xué)手段。
    4、看的到，摸到著，怎么實(shí)現(xiàn)的呢？
        通過通信接口，與其他設(shè)備相連接，通過電機(jī)的牽引，帶動(dòng)操控器運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的交互作用。通過對(duì)設(shè)備終端操控器的操作，能實(shí)現(xiàn)三維空間中對(duì)虛擬物體的操作。同時(shí)可以將系統(tǒng)中對(duì)作用力的仿真實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)化成對(duì)實(shí)際力的反饋，并可以通過其他方式對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化，從而改變力輸出的模式。

    5、應(yīng)用方向
        臨床醫(yī)學(xué)虛擬教學(xué)培訓(xùn)
        西醫(yī)方面的虛擬醫(yī)療教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，如虛擬骨科手術(shù)，腹腔鏡教學(xué)培訓(xùn)，虛擬穿刺技術(shù)等

  

        虛擬中醫(yī)針灸仿真教學(xué)
        中國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)，針刺手法教學(xué)，虛擬危險(xiǎn)性穴位操作教學(xué)，虛擬循穴練習(xí)等

        虛擬口腔教學(xué)
        口腔學(xué)模擬操作，牙齒種植培訓(xùn)等

        虛擬材質(zhì)檢測(cè)技術(shù)
        服裝專業(yè)：如衣服材料認(rèn)知

        醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人模擬器
        手術(shù)機(jī)器人模擬教學(xué)，如達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人模擬器

        虛擬機(jī)械拆裝裝配
        精密機(jī)械拆裝人機(jī)工效學(xué)，如誤差碰撞分析，虛擬零部件裝配等

        更多行業(yè)應(yīng)用：

      6、中醫(yī)針灸培訓(xùn)
        中醫(yī)針灸觸覺仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
        基于虛擬仿真觸覺技術(shù)的技能培訓(xùn)是目前的一個(gè)主流教學(xué)發(fā)展方向。傳統(tǒng)的針刺教學(xué)過程中，學(xué)員需要經(jīng)過一定次數(shù)的實(shí)操練習(xí)才能掌握穴位的位置、穴位皮下組成、行針角度、行針力度,速度等信息；現(xiàn)在借助虛擬仿真觸覺技術(shù)手段，在學(xué)習(xí)過程中，即可在虛擬場(chǎng)景中認(rèn)知穴位及行針相關(guān)基礎(chǔ)信息，為學(xué)員實(shí)操打定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。根據(jù)傳統(tǒng)針刺醫(yī)學(xué)理論的特點(diǎn)和教學(xué)需求，建立數(shù)字仿真人體穴位模型，設(shè)計(jì)虛擬針刺觸覺仿真教學(xué)系統(tǒng)，使其運(yùn)用于針刺的教學(xué)實(shí)訓(xùn)，為針刺教學(xué)提供一種更直觀的反映動(dòng)態(tài)過程的電子解剖學(xué)手段。

    7、市場(chǎng)現(xiàn)狀
        目前國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)主要有以下幾點(diǎn)：
        1），視覺技術(shù)為主，采用U3D及UE4開發(fā)平臺(tái)做底層開發(fā)工具。
        2），以做虛擬仿真內(nèi)容制作，硬件無持續(xù)力觸覺感覺，僅僅有振動(dòng)。當(dāng)前一代的VR控制器在使用時(shí)用戶“感覺”虛擬對(duì)象方面受到很大限制。
        3），有部分研究機(jī)構(gòu)公司及實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開始介入力觸覺技術(shù)研發(fā)工作，但都是采用國(guó)外數(shù)據(jù)引擎工具及實(shí)驗(yàn)室自主底層編寫而成，無法形成有效的通用性。
        4），多數(shù)公司產(chǎn)品都是處于研究課題研究中的某一個(gè)部分，比如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究，機(jī)器人控制研究，力反饋設(shè)備操作研究等僅僅是對(duì)某項(xiàng)技術(shù)單一方面的研究。而針對(duì)觸覺交互，觸覺渲染碰撞檢測(cè)，計(jì)算機(jī)視覺整體形成一套產(chǎn)品的不多。
        5），力觸覺技術(shù)沒有形成行業(yè)，大多公司及院校處于觀望狀態(tài)。行業(yè)內(nèi)缺少引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展企業(yè)及組織機(jī)構(gòu)，市場(chǎng)不活躍，項(xiàng)目少且落地困難。