医学虚拟现实技术与应用--详细介绍

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 当前位置:本科及研究生教材 医学虚拟现实技术与应用
   
医学虚拟现实技术与应用
作者:娄岩,
书名:医学虚拟现实技术与应用
定价:¥39 元
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开本: 
标准书号: 978-7-03-045496-6
字数(千): 
印张: 
出版日期: 2015-8-17
发行号: TP-7098.0101
装帧: 
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获奖情况
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图书介绍
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  本书的编写本着普及与实用的原则,在阐述虚拟现实技术必要理论知识的基础上,着重介绍了目前流行的虚拟现实软件及其使用方法。除此之外,本书还介绍了三维建模软件和其他应用程序之间的互相调用方法,并给出了具体实例。
  本书共分3个部分。第1部分为虚拟现实技术基础知识,共5章;第2部分为虚拟现实技术编程和建模方法,共3章;第3部分介绍了虚拟现实技术在医学中的应用和虚拟实验室建设,共2章。
  本书可作为高等医学院校计算机公共基础课或其他普通高等院校“虚拟现实技术应用”课程教材,也可供从事各类虚拟现实应用的技术人员自学使用。
 
前言
.........................................................................................
  虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术产生于20世纪60年代,虽然经历了半个世纪的风风雨雨,但虚拟现实技术一直在快速地发展并取得了丰硕的成果。在虚拟手术室、军事仿真、虚拟设计与先进制造、能源开采、城市规划与三维地理信息系统、生物医学仿真培训、游戏开发等领域中显示出巨大的经济和社会效益。虚拟现实、网络与多媒体并称为21世纪最具有应用前景的三大技术,在不久的将来虚拟现实技术将与网络一样彻底改变人们的生活方式。因此,培养掌握这门技术并将其融合到其他学科的应用型人才是广大教育工作者面临的新问题。它也是各类高校计算机教育,包括医学院校计算机教育与课程改革所不可忽视的现实问题,但就目前我国计算机教育来看,开设此课程的大专院校还很少,尤其是医学院校。值得欣喜的是目前许多院校开展了虚拟仿真实验教学中心的建设工作,已经建立了一些省级和国家级虚拟仿真实验教学中心,并把虚拟仿真视为实验教学和医学应用的一种途径和发展方向,这些都为我国虚拟现实技术的发展奠定了坚实的基础。
  在医学院校的本科生中开设虚拟现实技术与应用方面的课程,将虚拟现实技术、教育和医学深度融合,对促进学生更好地掌握和提高医学知识和实验技能至关重要。编者通过长期关注该技术的发展,结合开设这门课程所积累的教学经验,以及医学院校的特点和未来的发展需要,对原教材进行大幅度的更新、充实和完善。
  本书的特点是将枯燥的概念通俗化,注重方法运用与技能掌握,并以医学应用案例为主,尽量减少晦涩难懂的公式推导和理论性研究。本书中引用的所有程序和例子都经过严格运行测试。我们非常注重读者在了解理论的基础上对方法的掌握,使读者能在较短的时间里由浅入深地掌握虚拟现实技术,使那些没有太多计算机知识背景的读者,仍可具备运用VR开发工具制作三维交互、效果逼真的虚拟现实场景的能力。
  本书的具体编写分工如下:第1章由娄岩编写,第2章由郑琳琳编写,第3章由丁林编写,第4章由王建军编写,第5章由张志常、徐东雨编写,第6章由郑璐编写,第7章由李静编写,第8章由庞东兴、曹鹏编写,第9章由曹阳、马瑾编写,第10章由刘尚辉编写。
  在编写本书的过程中,编者参阅了大量的中外书籍、文献和网络资源,在此向原创作者表示衷心的敬意和感谢,还得到了中国医药教育协会、沈阳费波数据技术有限公司以及463医院李丹等单位和个人的大力支持,在此表示衷心的感谢。
  本书配有既助教又助学的完整课件,可提供给使用本书的院校使用,请发电子邮件至louyan@mail.cmu.edu.cn进行咨询和获取。
  由于编者水平有限,本书难免存在疏漏和不妥之处,欢迎广大读者批评指正。

                                                         娄  岩      
                                                        2015年5月 

 
图书目录
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第1部分  虚拟现实技术基础知识 
第1章  虚拟现实技术概论 3
1.1  虚拟现实技术的基本概念 3
1.1.1  虚拟现实技术的定义 4
1.1.2  虚拟现实技术的特性 4
1.1.3  虚拟现实系统的组成 5
1.1.4  虚拟现实的关键技术 6
1.2  虚拟现实系统的分类 8
1.2.1  沉浸式虚拟现实系统 8
1.2.2  增强虚拟现实系统 9
1.2.3  桌面式虚拟现实系统 9
1.2.4  分布式虚拟现实系统 11
1.3  虚拟现实技术的主要研究对象 11
1.4  虚拟现实技术的主要应用领域 12
1.4.1  医学领域 13
1.4.2  娱乐和艺术领域 14
1.4.3  军事与航天工业领域 15
1.4.4  管理工程领域 15
1.4.5  室内设计领域 16
1.4.6  房产开发领域 16
1.4.7  工业仿真领域 17
1.4.8  文物古迹领域 18
1.4.9  娱乐游戏领域 18
1.4.10  道路桥梁领域 19
1.4.11  地理领域 19
1.4.12  教育领域 20
1.5  虚拟现实的发展和现状 21
1.5.1  虚拟现实技术的发展历程 21
1.5.2  虚拟现实系统的研究现状 22
1.5.3  虚拟现实技术的发展趋势 23
本章小结 24
习题 24
第2章  虚拟现实系统的三维交互设备 25
2.1  输入设备 25
2.1.1  数据手套 25
2.1.2  鼠标 28
2.1.3  位置跟踪器 29
2.1.4  数据衣 40
2.1.5  其他输入设备 41
2.2  输出设备 42
2.2.1  头盔显示器 42
2.2.2  沉浸式立体投影系统 44
2.2.3  立体眼镜(鹰眼) 47
2.2.4  立体声耳机 48
本章小结 49
习题 49
第3章  虚拟现实系统的相关技术 51
3.1  立体显示技术 51
3.1.1  立体显示技术原理 51
3.1.2  常见的立体显示技术 52
3.2  三维建模技术 54
3.2.1  几何建模技术 54
3.2.2  物理建模技术 55
3.2.3  行为建模技术 56
3.3  真实感实时绘制技术 57
3.3.1  真实感绘制技术 57
3.3.2  图形实时绘制技术 57
3.3.3  图像实时绘制技术 58
3.4  三维虚拟声音的实现技术 59
3.5  人机交互技术 60
3.6  碰撞检测技术 61
本章小结 62
习题 62
第4章  虚拟现实的计算体系结构 64
4.1  绘制流水线 64
4.1.1  图形绘制流水线 64
4.1.2  触觉绘制流水线 67
4.2  基于PC的图形体系结构 68
4.3  基于工作站的图形体系结构 69
4.3.1  Sun Blade 1000体系结构 69
4.3.2  SGI Infinite Reality体系结构 70
4.4  分布式VR体系结构 72
4.4.1  多流水线同步 72
4.4.2  联合定位绘制流水线 74
4.4.3  分布式虚拟环境 75
本章小结 76
习题 76
第5章  三维全景技术 78
5.1  三维全景技术概述 78
5.1.1  三维全景技术的特点 78
5.1.2  全景技术的应用 79
5.1.3  全景技术的分类 82
5.1.4  全景图片拍摄及拼合
方法 84
5.2  三维全景漫游制作 88
5.2.1  项目管理 89
5.2.2  场景管理 90
5.2.3  皮肤管理 92
本章小结 93
习题 93
 
第2部分  虚拟现实技术编程和建模方法 
第6章  三维建模工具3ds Max 97
6.1  3ds Max概述 97
6.1.1  启动与退出 97
6.1.2  文件的打开与保存 98
6.1.3  界面分布 98
6.1.4  视图区常用操作 101
6.1.5  主工具栏常用工具 102
6.2  3ds Max基础建模 105
6.2.1  内置几何体建模 105
6.2.2  二维图形对象生成三维模型 107
6.2.3  常用复合建模 108
6.3  3ds Max材质与贴图 110
6.3.1  精简材质编辑器 110
6.3.2  贴图类型 112
6.3.3  贴图坐标 112
6.4  3ds Max摄影机与灯光 113
6.4.1  摄影机 113
6.4.2  灯光 114
6.5  3ds Max生成动画的基本
流程 115
6.6  综合实例 116
6.6.1  制作“安卓机器人”公仔
模型 116
6.6.2  制作眼球模型 119
本章小结 122
习题 122
 
第7章  常见的医学图像
三维重建软件 124
7.1  医学图像三维重建简介 124
7.1.1  国内外研究现状 124
7.1.2  三维重建的过程 125
7.2  医学图像三维重建软件
简介 126
7.2.1  Mimics软件 126
7.2.2  Simpleware软件 131
7.2.3  3D-DOCTOR软件 134
7.2.4  Amira软件 136
7.2.5  MITK及3DMed 136
本章小结 138
习题 138
第8章  VRML应用 139
8.1  VRML概述 139
8.1.1  VRML基本概念 139
8.1.2  VRML场景的编辑与浏览 141
8.1.3  VRML文件的基本特点 145
8.2  基本几何模型的构建 148
8.2.1  Shape节点的使用 148
8.2.2  创建基本几何造型 150
8.2.3  创建文本造型 155
8.2.4  创建复杂造型 156
8.3  群节点的构建 163
8.3.1  编组节点Group的使用 164
8.3.2  空间坐标变换节点Transform的使用 165
8.4  交互功能的实现 168
8.4.1  检测器的概念 168
8.4.2  检测器的基本作用与使用 168
8.4.3  VRML与程序脚本语言的结合 178
8.5  3ds Max与VRML的转换 180
8.5.1  将3ds Max文件导成
VRML文件 180
8.5.2  在3ds Max文件中插入
VRML节点 181
本章小结 185
习题 185
 
第3部分  虚拟现实技术在医学中的应用和虚拟实验室建设 
第9章  虚拟现实在医学方面的应用 191
9.1  虚拟人体技术与应用 191
9.1.1  虚拟人体技术 192
9.1.2  虚拟人体的应用领域 193
9.2  虚拟现实技术的医疗应用 195
9.2.1  虚拟内窥镜 195
9.2.2  虚拟外科手术 197
9.2.3  虚拟康复训练 198
9.2.4  医疗3D打印 200
9.3  虚拟现实技术在医学教育中
的应用 201
9.3.1  虚拟现实技术在基础
医学教育中的应用 201
9.3.2  虚拟现实技术在临床
医学教育中的应用 201
9.3.3  虚拟现实技术在护理
医学教育中的应用 202
9.3.4  虚拟现实技术在远程
医学教育中的应用 202
本章小结 203
习题 203
第10章  虚拟实验室概述 204
10.1  虚拟实验室简介 204
10.1.1  什么是虚拟实验室 204
10.1.2  虚拟实验室的基本组成 204
10.1.3  虚拟实验室的基本功能 206
10.1.4  虚拟实验室的主要特点 207
10.1.5  虚拟实验室的种类 208
10.2  虚拟实验室国内外发展状况 210
10.2.1  国外虚拟实验室发展状况 210
10.2.2  国内虚拟实验室发展状况 211
10.2.3  应用于医学领域的虚拟实验室 213
10.3  虚拟实验室建设设计 216
10.3.1  大屏幕三维立体显示环境 216
10.3.2  沉浸式虚拟现实显示环境 217
10.3.3  医学虚拟实验室建设方案案例 218
本章小结 220
习题 220
习题答案 221
参考文献 231
 
 
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