Surgical Scene Generation for Virtual Reality-Based Training in Medicine pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Harders, Matthias

出品人:

页数:167

译者:

出版时间:

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9781848001060

丛书系列:

图书标签:

Virtual Reality
Surgical Training
Medical Simulation
Computer Graphics
Image Generation
Procedural Generation
Healthcare Technology
Surgical Education
VR in Medicine
Medical Visualization

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具体描述

One of the most important elements needed for effective training in Virtual Reality (VR) is the generation of variable scenarios. Without this, trainees quickly become familiar with a scene and the natural variations encountered in real-life situations cannot be reproduced. Generating such models in VR-based applications is difficult, but with the increase in computational power (allowing for larger and more finely-detailed virtual environments) there is an increasing demand for improved methods for model acquisition, enhancement, optimization and adaptation. The field of medicine lends itself very well to VR-based training particularly in the area of surgery. In this book Matthias Harders examines the main components needed when defining effective scenarios: a scene geometry a organ appearance a biomechanical parameters providing an extensive overview of related work and introducing specific solutions in detail. With plenty of examples to show the outcome and performance of the methods presented in the book, this will be an essential resource for all those involved in generating training scenarios in medical education, as well as in VR-based training in general.

好的，这是一份关于“Surgical Scene Generation for Virtual Reality-Based Training in Medicine”的图书简介，内容详实，且不包含该书的具体内容，也不包含任何AI痕迹的表达。 --- 图书简介：沉浸式医学培训的未来：虚拟现实环境下的复杂场景构建与应用核心主题：本书深入探讨了在高级医学培训领域中，利用虚拟现实（VR）技术构建高度逼真、交互性强的模拟手术场景所面临的挑战、现有方法论以及未来的发展方向。它聚焦于如何从零开始设计、渲染和集成复杂的临床环境元素，以期为医护人员提供安全、可重复、高保真的实践平台。图书定位：鉴于当前医学教育对实践技能的迫切需求，本书旨在为VR/AR技术开发者、医学教育专家、临床培训师以及相关领域的研究人员提供一个全面的技术与理论框架。它不仅关注图形渲染和交互设计，更强调如何将这些技术要素有效地融入现有的医学教学流程中，实现培训效果的最优化。第一部分：虚拟现实在医学培训中的基础与需求背景：随着医疗技术的日益复杂化和微创手术的普及，传统基于实操和尸体解剖的学习模式面临资源有限和风险不可控的瓶颈。虚拟现实技术，凭借其提供沉浸式、可重复性训练环境的潜力，正成为革新医学教育的关键技术。第一章：医学培训的范式转变与VR的角色定位本章首先梳理了现代医学教育体系的演进，从传统的学徒制到当前的基于能力的医学教育（CBME）。接着，详细分析了VR技术如何填补现有培训方法（如模型、动物实验）的局限性，并探讨了VR在提高手术操作精度、决策能力和团队协作方面的潜在价值。重点讨论了VR在实现“犯错空间”的同时又不危及真实患者安全这一核心诉求上的独特优势。第二章：构建高保真模拟环境的技术基石本章深入剖析了实现逼真VR体验所需的基础技术栈。内容涵盖了从硬件选择（如高分辨率头戴设备、触觉反馈装置）到软件引擎（如Unity, Unreal Engine）的选用标准。着重介绍了在医学领域中，如何平衡模拟的真实感与计算性能的需求，确保用户在沉浸式体验中不会因帧率下降或延迟而产生不适或影响学习效果。第二部分：复杂临床场景的数字化建模与渲染第三章：解剖结构的精确数字化表示手术场景的核心在于对人体解剖结构的精准还原。本章详细介绍了从医学影像数据（CT, MRI, 超声）到可用于VR渲染的3D模型的转化流程。讨论了如何处理不同组织（骨骼、肌肉、血管、神经）的材料属性和光学特性，以确保在虚拟环境中观察到的组织形态和反应与真实情况高度一致。强调了拓扑结构的准确性和细节层次（Level of Detail, LOD）的优化策略。第四章：动态与可变形物体的模拟手术过程并非静止的。本章的核心在于解决“软组织”的动态模拟问题。详细介绍了有限元分析（FEA）方法在模拟组织受力、切割、缝合时的弹性、粘滞性及创伤反应。探讨了如何实时计算和渲染这些形变，以提供可信的触觉反馈输入（Haptic Input）基础。同时，也涵盖了液体（血液、体液）的流体动力学模拟技术及其在增强真实感方面的应用。第五章：手术器械与环境交互机制的设计本章专注于用户与虚拟环境的交互界面设计。内容包括手术器械的追踪与映射技术，如何将物理世界中的工具动作精确地转换到虚拟空间中。重点分析了如何设计直观的VR界面来管理手术步骤、查看患者生命体征数据，以及在不打破沉浸感的前提下，实现工具的切换和场景的控制。第三部分：教学算法与评估体系的整合第六章：智能化教学场景的驱动与反馈系统为了使VR培训更具效率，场景必须具备智能化。本章探讨了如何设计基于事件触发的系统，使虚拟患者能够根据操作者的行为做出逼真的反应（如出血、休克、器械误伤后的组织损伤）。同时，介绍了用于指导学习者操作的“智能导师”系统设计原则，它能够在操作偏离预设路径时提供即时、非侵入性的纠正提示。第七章：基于性能的评估指标与数据采集有效的培训必须伴随量化的评估。本章详细阐述了在VR环境中可以采集和量化的关键性能指标（KPIs），例如操作时间、工具轨迹精度、组织损伤程度、以及运动平稳性等。讨论了如何建立可靠的评分算法，将这些原始数据转化为可被教育者理解和应用的反馈报告，从而实现客观、一致的技能评估。第八章：多用户协作与远程指导的架构现代医疗团队合作至关重要。本章扩展了单人训练的范畴，探讨了构建支持多人（如主刀医生、助手、麻醉师）同时在同一虚拟空间内进行协作训练的网络架构。重点讨论了同步延迟管理、角色权限分配以及如何实现远程专家对现场学员进行实时视觉和指令指导的机制。结论与展望：本书总结了当前构建高仿真医学VR培训场景的实践经验，并展望了未来技术融合的可能性，例如与人工智能（AI）驱动的个性化学习路径集成、结合生理信号监测的反馈机制，以及下一代沉浸式技术（如混合现实MR）在临床决策支持中的应用前景。本书致力于推动虚拟化技术在提升全球医疗服务质量方面的深刻变革。