犬虚拟解剖实训方法、系统、介质、计算机设备、终端

摘要

本发明属于仿真模拟技术领域，公开了一种犬虚拟解剖实训方法、系统、介质、计算机设备、终端，包括：虚拟现实硬件设备和实训系统；虚拟现实硬件设备包括：用于运行虚拟解剖实训系统的PC机、VR头戴式显示器(VR眼镜)和用于进行数据存储的服务器；硬件设备提供犬解剖虚拟现实训练环境，用户沉浸在虚拟解剖室中进行犬解剖训练和考核。实训系统包括：用户验证模块、教学模块、训练模块、考核模块、学习管理模块；用于进行犬虚拟解剖教学、训练以及考核。本发明能够对犬的解剖过程进行详细的演示和讲解，使得用户能够以沉浸式学习的方式进行犬解剖操作的训练和考核，减少了学生解剖犬时被犬咬伤的风险。

说明书

技术领域

本发明属于仿真模拟技术领域，尤其涉及一种犬虚拟解剖实训方法、系统、介质、计算机设备、终端。

背景技术

目前，在兽医学教学过程中，动物解剖训练时动物医学专业非常重要的实践过程，为了能够实现学生能够准确、形象的了解犬类动物体内的各个器官的结构和位置关系，学生需要进行犬进行解剖，以便加深学生深入掌握犬机体各器官的结构特征。目前的犬类解剖教学一般是学生在教师指导下在解剖台上对犬进行解剖，由于解剖过程具有不可逆性，学生在训练时不能重复操作，还会出现操作失误而切掉需要观察结构的情况；而且受经费的限制，学生解剖犬的数量有限，这种教学方式难以使得学生对犬类体内组织器官细节的了解，严重影响教学效果。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有犬解剖实训过程不可逆，且成本高，尚未有能够对犬解剖过程进行模拟的平台。

解决以上问题及缺陷的难度为：犬的器官结构复杂，包括骨骼、肌肉和内脏在内的12个系统数百个器官，而且这些器官形状不规则，一般每个器官中学习需要学习的解剖结构有几个到十几个不等，因此，建立能够真实再现犬的各器官结构的训练平台非常困难。解决以上问题及缺陷的意义为：建立真实模拟犬解剖过程的虚拟实验平台，能够让学生反复进行犬虚拟解剖训练，提高解剖训练的效果；而且虚拟解剖平台还能够减少犬的使用数量，节省实验经费，更加符合动物福利“3R原则”的要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种犬虚拟解剖实训方法、系统、介质、计算机设备、终端。

本发明是这样实现的，一种犬虚拟解剖实训方法，所述犬虚拟解剖实训方法包括：犬虚拟解剖实训系统在PC运行，程序界面通过VR头显展示给用户。VR头显通过凸透镜来放大眼睛看到的即时图像范围，视野范围在90-120度；VR头显的陀螺仪能够及时检测人头转动的角度，传递给虚拟解剖实训系统及时更新画面，从而使用户产生360度的三维空间感；VR头显中人的左右眼每一时刻看到的图像是不一样的，是两幅区别左右眼位置的不同头像，产生很强烈的立体纵深感，因此用户能够以沉浸式学习的方式进行犬解剖的训练和考核；虚拟解剖实训系统功能包括：用户身份验证，并根据用户身份分配不同的权限；

教学模块，进行常用解剖器械使用方法演示和犬解剖操作演示，并对解剖流程进行说明讲解；

训练模块，根据设置的任务点于训练过程给出解剖操作的提示和指引，对操作步骤进行记录和自动评判，同时当操作错误时给出错误提示；并于实验结束后进行自动评分以及实验结果分析；

考核模块，基于设置的考核参数对解剖过程进行考核，记录学生操作步骤；自动判断，生成考核评分，并进行考核结果分析；

存储模块，存储学习时间、学习次数数据、考核时间、实验步骤操作数据；并通过饼状图、直方图或其他图形进行可视化显示。

进一步，用户身份包括：管理员身份、教师身份以及学生身份。

进一步，根据用户身份分配不同的权限而进入相应的界面包括：

管理员具备用户数据库编辑、用户信息记录维护以及用户密码重置权限；

教师身份具备进行学生学习记录查看权限；

学生身份具备教学功能选择权限。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

犬虚拟解剖实训系统在PC运行，以VR头显为显示媒介，用户以沉浸式学习的方式进行犬解剖的训练和考核；

虚拟解剖实训系统功能包括：

用户身份验证，并根据用户身份分配不同的权限；

教学模块，进行常用解剖器械使用方法演示和犬解剖过程演示，并对解剖流程进行说明讲解；

训练模块，根据设置的任务点于训练过程给出解剖操作的提示和指引，对操作步骤进行记录和自动评判，同时当操作错误时给出错误提示；并于实验结束后进行自动评分以及实验结果分析；

考核模块，基于设置的考核参数对解剖过程进行考核，同时记录学生操作步骤；自动判断操作的正确性，生成考核评分，并进行考核结果分析；

存储模块，存储学习时间、学习次数数据、考核时间、实验步骤操作数据；并通过饼状图、直方图或其他图形进行可视化显示。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

犬虚拟解剖实训系统在PC运行，以VR头显为显示媒介，用户以沉浸式学习的方式进行犬解剖的训练和考核；

虚拟解剖实训系统功能包括

用户身份验证，并根据用户身份分配不同的权限；

教学模块，进行常用解剖器械使用方法演示和犬解剖过程演示，并对解剖流程进行说明讲解；

训练模块，根据设置的任务点于训练过程给出解剖操作的提示和指引，对操作步骤进行记录和自动评判，同时当操作错误时给出错误提示；并于实验结束后进行自动评分以及实验结果分析；

考核模块，基于设置的考核参数对解剖过程进行考核，记录学生操作步骤；自动判断操作的正确性，生成考核评分，并进行考核结果分析；

存储模块，存储学习时间、学习次数数据、考核时间、实验步骤操作数据；并通过饼状图、直方图或其他图形进行可视化显示。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的犬虚拟解剖实训方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述的犬虚拟解剖实训方法的犬虚拟解剖实训系统，所述犬虚拟解剖实训系统包括：虚拟现实硬件设备和实训系统；

所述虚拟现实硬件设备包括：用于运行虚拟解剖实训软件的PC机、VR头显和用于进行数据存储的服务器；

所述实训系统包括：用户验证模块、教学模块、训练模块、考核模块、学习管理模块；用于进行解剖教学、训练以及考核。

进一步，所述实训系统包括：

用户验证模块，用于进行用户身份验证，并基于不同的用户身份赋予用户相应显示界面和数据访问权限；

教学模块，用于对犬解剖过程进行动画演示，并对知识点、操作注意和使用的设备、器械进行讲解说明；

训练模块，用于进行任务内容以及任务操作要求设置，并根据设置的任务点于学生训练过程给出操作的提示和指引，对学生的操作步骤进行记录和自动评判，同时当操作错误时给出错误提示；并用于实验结束后自动评分以及实验结果分析；

考核模块，用于在考核时间内对学生进行考核，并记录学生的操作，自动生成评分以及考核结果分析；

存储模块，用于记录学生的学习数据并进行统计分析；并将学习数据利用图形化的形式显示。

进一步，所述学习数据包括学习时间、学习次数、操作步骤记录、操作错误次数和错误内容。

进一步，所述犬虚拟解剖实训系统还包括：

存储模块，用于利用数据库存储用户身份信息，三维模型、动画、音频、贴图或其他资源，学生学习记录，学生训练记录，学生考核记录。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明包括：虚拟现实硬件设备和实训系统；虚拟现实硬件设备包括：用于运行虚拟解剖实训系统的PC机、VR头戴式显示器(VR眼镜)和用于进行数据存储的服务器；硬件设备提供犬解剖虚拟现实训练环境，用户沉浸在虚拟解剖室中进行犬解剖训练和考核。实训系统包括：用户验证模块、教学模块、训练模块、考核模块、学习管理模块；用于进行犬虚拟解剖教学、训练以及考核。本发明能够对犬的解剖过程进行详细的演示和讲解，使得用户能够以沉浸式学习的方式进行犬解剖操作的训练和考核，减少了学生解剖犬时被犬咬伤的风险。

本发明可以反复模拟犬的解剖过程，解决了实际操作时动物解剖过程不可逆的问题。本发明的使用还可以减少实际解剖中犬的使用数量，节省了实验成本，更加符合动物福利中的“替代”、“减少”、“优化”原则(“3R”原则)。本发明能够对犬的解剖过程进行详细的演示和讲解，使得用户能够对犬解剖过程体验，减少了学生解剖犬时被犬咬伤的风险。本发明可以反复虚拟解剖过程，解决了实际操作时，动物解剖过程不可逆的问题。本发明的使用可以减少实际解剖中犬的使用数量，节省了实验成本，更加符合动物福利的“3R”原则。

本发明的犬器官模型数据由真实动物经过三维扫描重建得到，经过虚拟现实技术的展现，为用户提供了犬解剖真实的体验。本发明犬解剖操作过程的讲解与虚拟解剖操作相结合，有助于学生掌握犬解剖的步骤和注意事项。本发明可以对用户操作过程进行记录，分析学生的操作，以便老师更加准确的定位学生的易错点和知识薄弱点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1是本发明实施例提供的犬虚拟解剖实训系统的结构示意图；

图中：1、虚拟现实硬件设备；2、实训系统；21、用户验证模块；22、教学模块；23、训练模块；24、考核模块；25、学习管理模块；3、存储模块。

图2是本发明实施例提供的犬虚拟解剖实训方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种犬虚拟解剖实训方法、系统、介质、计算机设备、终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的犬虚拟解剖实训系统包括：

虚拟现实硬件设备1、实训系统2以及存储模块3。

所述虚拟现实硬件设备1包括：用于运行虚拟解剖实训软件的PC机、VR头显和用于进行数据存储的服务器。

所述实训系统2包括：用户验证模块21、教学模块22、训练模块23、考核模块24、学习管理模块25；用于进行解剖教学、训练以及考核。

存储模块3，用于利用数据库存储用户身份信息，三维模型、动画、音频、贴图或其他资源，学生学习记录，学生训练记录，学生考核记录。

本发明实施例提供的实训系统2包括：

用户验证模块21，用于进行用户身份验证，并基于不同的用户身份赋予用户相应显示界面和数据访问权限。

教学模块22，用于对犬解剖过程进行动画演示，并对知识点、操作注意和使用的设备、器械进行讲解说明。

训练模块23，用于进行任务内容以及任务操作要求设置，并根据设置的任务点于学生训练过程给出操作的提示和指引，对学生的操作步骤进行记录和自动评判，同时当操作错误时给出错误提示；并用于实验结束后自动评分以及实验结果分析。

考核模块24，用于在考核时间内对学生进行考核，并记录学生的操作，自动生成评分以及考核结果分析。

学习管理模块25，用于记录学生的学习数据并进行统计分析；并将学习数据利用图形化的形式显示。

本发明实施例提供的学习数据包括学习时间、学习次数、操作步骤记录、操作错误次数和错误内容。

如图2所示，本发明实施例提供的犬虚拟解剖实训方法包括以下步骤：

S101，进行用户身份验证，并根据用户身份分配不同的权限；

S102，进行任务内容、任务操作要求以及考核参数设置；进行解剖器械使用犬解剖演示，并对解剖流程进行说明讲解；

S103，根据设置的任务点于训练过程给出解剖操作的提示和指引，对操作步骤进行记录和自动评判，同时当操作错误时给出错误提示；并于实验结束后进行自动评分以及实验结果分析；

S104，基于设置的考核参数对解剖过程进行考核，同时记录整体解剖操作，并标注错误步骤；同时自动生成考核评分，并进行考核结果分析；存储学习时间、学习次数数据、考核时间、实验步骤操作数据；并通过饼状图、直方图或其他图形进行可视化显示。

步骤S101中，本发明实施例提供的用户身份包括：管理员身份、教师身份以及学生身份。

步骤S101中，本发明实施例提供的根据用户身份分配不同的权限而进入相应的界面包括：

管理员具备用户数据库编辑、用户信息记录维护以及用户密码重置权限；

教师身份具备进行学生学习记录查看权限；

学生身份具备教学功能选择选择权限。

下面结合具体实施例对本发明的技术效果作详细的描述。

实施例1：

一、方案

本系统包括虚拟现实硬件设备和犬虚拟现实解剖实训软件两部分。硬件设备包括运行虚拟解剖实训软件的PC机、VR头显和进行数据存储的服务器。实训软件包括用户验证模块、教学模块、训练模块、考核模块、学习管理模块。

用户验证模块用于用户的身份验证，并赋予用户相应显示界面和数据访问权限，主要分为管理员、教师和学生三类用户，管理员能够进行用户维护、密码重置等；教师身份能够进行学生学习情况统计和导出、学生身份能够进行犬解剖训练和操作考核。

教学模块包括犬解剖流程演示，对犬解剖过程进行动画演示，并对知识点、操作注意和使用的设备、器械进行讲解说明。

训练模块：实验过程有系统提示任务内容和提示任务操作要求，在学生操作过程中系统会根据设置的任务点给出操作的提示和指引，并对学生的操作步骤记录和自动评判，当操作错误时系统会给出错误提示，直到操作正确才可以进入下一步；实验结束后自动评分，提供实验结果分析和导出功能。

考核模块：教师可设置考核的时间，学生按训练的步骤进行操作，操作错误不能进入下一步没有任务提示,对学生的操作进行记录,系统自动评分，提供考核结果分析和导出功能。

存储模块：记录学生的学习数据并进行统计分析。包括学习时间、学习次数、操作步骤记录、操作错误次数和错误内容等，并将学习数据已图形化的形式显示。

二、框架和原理

实训软件采用Unity 3D软件开发，用户管理网站前端采用Bootstrap制作、后台采用Java开发。

用户验证模块：用户在登录界面输入账号密码后，该模块连接后台数据库进行身份验证，并根据用户身份分配不同的权限而进入相应的界面。管理员通过编辑用户数据库记录维护用户信息和重置用户密码；教师身份通过登录管理网站查看学生学习记录；学生身份则进入教学功能选择界面。

教学模块、训练模块和考核模块中用到的三维模型、动画、音频、贴图等资源都通过AssetBundle进行打包，然后存储到服务器SteamingAssets目录下。为了便于教学资源的维护和管理，该实训系统在资源打包时分配给每个资源一个特定的MD5值，将资源名称和对应的MD5值写入文本文件，然后将资源和文本放入服务器中。运行实训系统时首先判断本地是否有已下载好的资源和文本，如有则把本地的文本与服务器的文本进行比对，如果资源的MD5值不对应，就自动下载资源到本地进行替换，同时更新资源信息文本文件；如果本地没有此资源则从服务器下载资源和资源信息文件到本地进行保存。该系统在升级时，只需要更新服务器中的AssetBundle包即可，PC机只需运行实训系统即可自动完成教学资源的更新。

教学模块：解剖器械使用演示动画和犬解剖演示三维动画文件保存在服务器SteamingAssets目录下，通过Unity VideoPlayer组件进行视频播放。该模块根据学生的选择从数据库下载相应的视频，对犬解剖操作流程进行说明讲解。

训练模块：使用UnityWebRequest的UnityWebRequest.Get方法从服务器下载AssetBundle包到本地，根据prefrab的名称调用三维模型加载到场景中，shader着色器将材质和贴图赋予模型，最后通过VR头显和电脑屏幕显示。该模块记录学生操作数据，如果学生操作正确进入下一步，如果操作错误给出提示，引导学生进行正确操作。

考核模块：首次运行时从服务器下载AssetBundle包到本地，根据prefrab的名称调用三维模型加载到场景中，组成考核界面。该模块运行时读取服务器中教师设置的考核参数，对学生进行考核。学生操作正确进入下一步，操作错误不能进入下一步，没有提示，记录学生操作时间和操作错误的步骤，并传输到数据库保存。

存储模块：存储模块中的学习时间、学习次数数据，考核模块中的考核时间、实验步骤操作数据。记录的数据通过JavaScript脚本生成饼状图、直方图等图形化显示，每名学生的具体学习信息列表显示。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。