眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法技术

本发明专利技术公开了眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法，属于眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学技术领域，方法包括：采集正常人体头骨CT数据，基于采集的正常人体头骨CT数据建立对应能够操作的3D动态模型；进行肌肉拉伸效果的设置；基于矩阵变换算法进行视图摄像机控制；进行骨和肌肉的实时次表面散射效果展示；将虚拟仿真系统部署到局域网和5G云上，利用5G传输低延迟，解决晕动症问题，使视频传输更加清晰无卡顿，在终端显示高清的VR内容，摆脱昂贵的VR模拟训练器、外接设备；仅使用鼠标、键盘就能在PC端、Web端学习眼科解剖知识，为医学虚拟仿真系统推广开启了技术支持。统推广开启了技术支持。统推广开启了技术支持。

【技术实现步骤摘要】
眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法


[0001]本专利技术属于眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学
，具体是眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法。

技术介绍

[0002]目前解剖数据的采集主要通过标本的拍摄和CT、MR影像获取。将收集的影像数据导入3DSlicer医学图像处理软件，实现DICOM信息的导出，标注信息的录入等。使用三维重建软件Mimics提取CT、MR的DICOM影像数据，形成中高精度模型。但是现有技术中具有以下几个问题：
[0003]1、需要高配置终端设备支持；传统医学虚拟仿真系统是pc电脑桌面版本的，达到流畅运行对于显卡是有较高的要求，这样的电脑配置有可能会限制部分想要学习的用户。
[0004]2、模型光照效果；传统的医学可视化软件中对于骨和肌肉的材质表现基本上是颜色和凹凸的高度变化表现，缺乏在特定光线下材质的次表面散射效果表现。
[0005]3、现有技术下解剖模型建立的精度较低。
[0006]因此，为了解决上述问题或部分问题，本专利技术提供了眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法。

技术实现思路

[0007]针对目前VR在眼科解剖教学、培训中存在人数、场地受限，依赖高端设备等问题，提出了眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法，填补了VR技术在眼科解剖教学培训应用中的空白。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0009]眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法，方法包括：
[0010]采集正常人体头骨CT数据，基于采集的正常人体头骨CT数据建立对应能够操作的3D动态模型；进行肌肉拉伸效果的设置；
[0011]基于矩阵变换算法进行视图摄像机控制；
[0012]进行骨和肌肉的实时次表面散射效果展示；
[0013]整合建立虚拟仿真教学系统；
[0014]用户进行注册登录，根据预设功能进行眼眶及眼的解剖虚拟仿真实验。
[0015]具体的，根据上述描述，结合现有的系统、平台等建立方法进行虚拟仿真教学系统的建立，并根据上述功能设置相应的功能操作步骤，如放大、旋转、恢复视角等功能，对应设置相应的操作方法。
[0016]进一步地，3D动态模型的建立方法包括：
[0017]通过摄影制图法使用2D图像在一个虚拟空间中创建3D的物体，通过无序的照片或激光扫描创建3D模型；在Maya中进行模型细化，再导入Zbrush软件中，进行模型等级细分及细节制作，使用uvlayout软件在UE4中进行低模展现，再将高模与低模通过xnormal软件进
行模型匹配和法线的烘培工作，通过MAYA烘培出颜色位置贴图，再通过Photoshop和SubstancePainter软件导入模型、法线和颜色位置贴图进行整体贴图的制作，最后放入VR引擎中。
[0018]进一步地，在Houdini中以基础结点的方式进行肌肉的工作流程重构。
[0019]进一步地，肌肉的起始点固定不动。
[0020]进一步地，通过多摄像机的差值viewtransform中，所有位于world space中的models都随着camera一起变换。
[0021]进一步地，基于矩阵变换算法进行视图摄像机控制的方法包括：
[0022]通过当前用户摄像机发射射线，模拟目光方向；射线与解剖模型骨骼或肉组织产生碰撞点；通过碰撞点到摄像机方向、世界坐标向上方向、摄像机剪切面方向利用MakeMatrixByvector模块建立参考矩阵；
[0023]通过鼠标在屏幕空间的位移计算出每一帧XY轴屏幕空间的移动和旋转增量；
[0024]通过RotateMatrix和transformPositionMatrix节点，计算变换后的矩阵增量；
[0025]通过增量变换矩阵和参考矩阵计算摄像机的位置；使用matrix*matrix节点实现视角的变化。
[0026]进一步地，在骨和肌肉的实时次表面散射效果展示中，进行浅层半径、浅层颜色、深度半径、深度颜色的设置，设置3S材质的采样数量。
[0027]进一步地，虚拟仿真系统部署到局域网和5G云上。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术采用B/S架构，使用3DMAX、Maya、Unity3D等开发工具，结合5G技术、SRT视频传输协议等构建。系统详细、立体展示眼眶及眼的知识点。同时将该虚拟仿真系统部署到局域网和5G云上，利用5G传输低延迟，解决晕动症问题，使视频传输更加清晰无卡顿，在终端显示高清的VR内容，摆脱昂贵的VR模拟训练器、外接设备。仅使用鼠标、键盘就能在PC端、Web端学习眼科解剖知识，为医学虚拟仿真系统推广开启了技术支持。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术原理框图。
具体实施方式
[0032]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]如图1所示，眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法；
[0034]采用B/S架构，使用3DMAX、Maya、Unity3D等开发工具，结合5G技术、SRT视频传输协
议等构建。系统详细、立体展示眼眶及眼的知识点。同时将该虚拟仿真系统部署到局域网和5G云上，利用5G传输低延迟，解决晕动症问题，使视频传输更加清晰无卡顿，在终端显示高清的VR内容，摆脱昂贵的VR模拟训练器、外接设备。仅使用鼠标、键盘就能在PC端、Web端学习眼科解剖知识，为医学虚拟仿真系统推广开启了技术支持。
[0035]基于影像数据与图像识别算法的高精度模型生产渲染管线：
[0036]将正常人体头骨CT数据采集并转换成可操作的3D动态模型，通过摄影制图法(photogrammetry)摄影制图法软件使用2D图像在一个虚拟空间中创建3D的物体，而photogrammetry拥有目前最为先进的、可以用来进行3D扫描的摄影制图法。通过无序的照片或激光扫描来创建高质量的3D模型。然后在Maya中细化模型，再导入Zbrush软件中，进行模型等级细分及细节制作，再使用uvlayout软件在UE4中进行低模展现，再将高模与低模通过xnormal软件进行模型匹配和法线的烘培工作，通过MAYA烘培出颜色位置贴图，再通过Photoshop和SubstancePainter软件导入模型、法线和颜色位置贴图进行整体贴图的制作，最后放入VR引擎中。
[0037]肌肉拉伸效果的实现：
[0038]肌肉的拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法，其特征在于，方法包括：采集正常人体头骨CT数据，基于采集的正常人体头骨CT数据建立对应能够操作的3D动态模型；进行肌肉拉伸效果的设置；基于矩阵变换算法进行视图摄像机控制；进行骨和肌肉的实时次表面散射效果展示；整合建立虚拟仿真教学系统；用户进行注册登录，根据预设功能进行眼眶及眼的解剖虚拟仿真实验。2.根据权利要求1所述的眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法，其特征在于，3D动态模型的建立方法包括：通过摄影制图法使用2D图像在一个虚拟空间中创建3D的物体，通过无序的照片或激光扫描创建3D模型；在Maya中进行模型细化，再导入Zbrush软件中，进行模型等级细分及细节制作，使用uvlayout软件在UE4中进行低模展现，再将高模与低模通过xnormal软件进行模型匹配和法线的烘培工作，通过MAYA烘培出颜色位置贴图，再通过Photoshop和SubstancePainter软件导入模型、法线和颜色位置贴图进行整体贴图的制作，最后放入VR引擎中。3.根据权利要求1所述的眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法，其特征在于，在Houdini中以基础结点的方式进行肌肉的工作流程重构。4.根据权利要求1所述的眼眶及眼的解剖虚拟仿真教学实验方法，其特征在于，肌肉的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗亚梅，娄岩，袁红，李瑾，杨梦婷，刘梦萝，
申请(专利权)人：西南医科大学，
类型：发明
国别省市：