基于虚拟现实的中医经络循行描画练习系统的制作方法

本发明涉及医学领域，特别地涉及基于虚拟现实的中医经络循行描画练习。

背景技术：

虚拟现实是近年来出现的一种可以体验虚拟世界的计算机技术，可以广泛的应用于计算机辅助设计与制造、可视化计算、计算机艺术、遥控机器人、先期技术和概念演示、培训以及教育等领域。

中医学认为，经络是人体的重要组成部分，经络“内属于脏，外络与枝节”，遍布全身，作为人体的气血运行的通路，使脏腑和各组织器官联合成为一个有机的整体。“经络”和“网络”有相似之处，前者为“气血流动”的通路，后者为“信息传播”的通道，它们在传统的认识当中，都只是“臆想”而非“直观”。因此在传统教学中我们很难让学生清晰、直观和生动的来理解这一部分知识。为了更好的让学生理解经络知识，我们采用虚拟现实技术与中医理论知识相结合，将教师、学生以及教材结合在一起开展交流、学习和互动，由于学生直接参与了互动性的探究过程，极大的调动了学生思维的积极性和自觉性，学生兴趣浓、热情高、教学效果明显。

技术实现要素：

为了克服目前中医教学中遇到的知识点抽象、练习缺乏以及实际互动操作性差的问题，本发明设计了一款配有正确经络循行数据记录中心，循行练习评估系统，三维场景示教于一体的基于虚拟现实的经络循行描画练习系统。

本发明采用的技术方案为：利用标准的人体解剖组织模型，建议空间的相对三维世界关系，利用三维场景将2d屏幕坐标与三维场景进行转化，进而将人体的经络循行路径进行标记。

所述的中医经络循行描画练习系统包括：用于三维展示人体组织、经络、腧穴点的数据库系统，用以对人体经络腧穴进行三维建模的经络腧穴建模系统，用以对描画练习成果进行评估的评估系统。

其中所述的数据库系统包括：

典型经络腧穴数据库模块，用于存储经络腧穴的医学数据，该数据库包括了多种典型的三维组织结构，所述的组织结构包括人体的经络、腧穴、皮肤、肌肉、骨骼、神经、动脉、静脉、淋巴系统、内分泌系统、呼吸系统、泌尿系统。

数据读取模块，用于将指定的经络腧穴医学数据加载到三维场景进行个体针对性的描画练习。

所述的经络腧穴建模系统包括：

腧穴识别模块，用于将人体体表的腧穴区域从人体整体中识别出来，通过从数据读取模块读取人体腧穴周边的组织结构，所述组织结构包括人体的经络、腧穴、皮肤、肌肉、骨骼、神经、动脉、静脉、淋巴系统、内分泌系统、呼吸系统、泌尿系统，通过三维场景下的图像展示来识别体表腧穴区域。

经络建模模块，用于建立腧穴识别模块识别出的腧穴结构模型，所述的腧穴结构模型包括，体表腧穴三维模型、皮下组织腧穴深度晕状模型、腧穴相关的文字提示、腧穴周边的解剖组织模型。

系统解剖结构模块，用于建立腧穴及经络路线皮下的解剖结构，用于建立描画轨迹的肌肉、动脉、静脉解剖模型。

所述的描画评估系统包括：

最优路径模块，用于显示数据库模块中存储的针对全身经络循行描画练习的正确路径。

训练效果评估模块，用于评估受训学生所进行的循行描画练习路径，通过比较受训学生规划的循行路径与最优模块中存储的专家推荐路径的区别，来评估学生所规划的经络循行路径的优劣性。

具有的优点和积极效果是：

本发明的有益效果主要表现在：

1、系统包含左右各12条经脉以及任督二脉的典型循行轨迹路线，具体包括：左手太阴肺经、左手少阴心经、左手厥阴心包经、左手阳明大肠经、左手太阳小肠经、左手少阳三焦经、左足太阴脾经、左足少阴肾经、左足厥阴肝经、左足阳明胃经、左足太阳膀胱经、左足少阳胆经，右手太阴肺经、右手少阴心经、右手厥阴心包经、右手阳明大肠经、右手太阳小肠经、右手少阳三焦经、右足太阴脾经、右足少阴肾经、右足厥阴肝经、右足阳明胃经、右足太阳膀胱经、右足少阳胆经、任脉、督脉，全身经络腧穴信息覆盖，为受训学生提供了全面的受训材料。

2、基于系统中的数据中库中三维人体的建模系统，精确建立人体体表经络腧穴的三维可视化模型，用于循行路径的描画练习。基于该模型的路径描画训练，较传统的经络学习、经络练习更加直观，使学生从抽象的概念转换为直观的认识，并提供可靠的交互用于学生操作练习，提高学生的学习主动性以及积极性。

3、系统配有专家系统，系统数据库中记录了目前全身的26条经络信息的正确循行路径，同时该系统还配有经络上腧穴点的文字介绍，所述文字介绍包括解剖、主治、定位、操作的文字信息。还配有皮下深度得气区域三维模型。

4、系统配有训练评估系统，可以对比受训学生描画的经络路径与专家系统的正确路径，使受训学生在对比中学习经络循行，学习经络上的腧穴信息，直观的使学生理解经络，学习经络循行路线上经过的腧穴点，提高学生自学能力。

5、其他效益：减少对尸体的消耗，降低学生学习成本，提高学习效率。

附图说明

图1为系统的组成框图；

图2为系统的功能模块组成图；

图3为光照投射算法示意图；

图4为光照投射算法平面图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明：

一种经络循行描画练习训练系统，由经络腧穴数据库系统，经络腧穴建模系统以及经络描画评估系统组成。其中，经络腧穴数据库系统用于提供学生的经络及腧穴训练数据，增强学生对中医经络的直观认识，提高学生的实际操作能力，经络腧穴建模系统用于建立经络腧穴数据库中的典型经络循行数据的三维可视化模型，经络描画评估系统用于教师/医师对训练结果进行自动评估判断。

所述的经络腧穴数据库模块，用于存储人体全身腧穴的医学数据，该数据库模块中包含人体全身的经络信息以及典型的腧穴医学数据。所述的经络信息包括，经络名称信息、循行路线、循行方向、三维体表标识线。所述的腧穴医学数据包括，腧穴的文字介绍信息（解剖、定位主治、操作），腧穴体表标记点，腧穴状态提醒，腧穴深度得气区域。所述的腧穴深度得气区域是指针灸中针刺人体，皮下的反应区域。

所述的数据读取模块，用于将指定的经络腧穴数据加载到经络腧穴数据库模块中，来进行个体的针对性训练；该模块包含了目前主流的文本数据编解码算法以及3d模型数据编解码算法，文本数据格式包括xml（.xml）、excel(.xls、.xlsx)，3d模型格式包括mesh、obj、stl。我们通过判断读入数据的头文件，调用编解码算法将数据读入数据库模块，用于在经络腧穴建模系统中使用，该数据读取模块可以兼容常用的文本编码格式以及3d模型的编解码算法，并且可扩展。

所述的腧穴识别模块，用于将人体体表腧穴点从人体三维模型中识别出来，通过从数据读取模块读入的经络腧穴数据或者从数据库模块中加载的经络数据，通过应用三维模型的光线投射算法识别腧穴的体表模型。具体的实现原理为所述的经络循行描画练习系统，其特征在于所述的腧穴识别模块，其实现原理为：分析从人体三维场景中获取的体表腧穴数据，首先标定腧穴组织的掩码区别于其他组织结构，腧穴掩码值定义为1<<2，其他组织模型的掩码定义为1<<1,然后我们应用局部碰撞算法，将识别碰撞精确到物体网格三角面，以此将体表腧穴模型从人体三维场景中分离出来，具体步骤如下：

将三维模型图像的掩码进行区别设置，腧穴模型设置碰撞掩码值为1<<2,其他三维组织模型设置掩码值为1<<1，构造分散的三维场景。

从眼睛投射光线到物体上的每个点，查找阻挡光线的最近物体，也就是将图像当作一个屏风，每个点都是屏风上的一个正方形。通常眼睛看到的那个点的物体就是最近的。

从而将腧穴区域从人体三维场景中识别。

所述的经络腧穴建模模块，用于建立经络腧穴的组织结构模型，所述的经络腧穴组织结构模型包括腧穴文字信息（解剖、定位、主治、操作），腧穴深度得气区域，腧穴体表标识区域，皮下组织结构模型，具体实现原理，引用线性拟合算法将经络腧穴识别模块识别出的各条经络上的腧穴信息，建立出基于中医的三维经络腧穴模型，并用滤波算法优化模型表面数据，来消除局部噪声点。

所述系统解剖结构模块，包含人体系统解剖学的解剖组织结构。

所述最优路径模块，用于显示正确经络腧穴数据库模块中存储的针对各经络的循行数据推荐路径。

所述训练结果评估模块，用于评估学习/受训学生所描画的经络循行路径，通过比较受训学生描画的经络循行路径和正确的经络循行路径的区别，来评估学生所描画经络路径的优劣，其采用的具体技术方案为：首先记录正确的经络循行描画练习路径，并建立该路径的三维模型场景，计算出路径关键各点的三维坐标值；然后从当前经络最优描画路径中载入与学生当前训练经络相对应的专家正确循行路径，比较系统所记录的学生描画的循行路径与正确经络循行路径的差别，具体实现为：设定路径偏差的阈值th，当学生描画的路径与正确循行路径的相对空间距离小于th时，继续跟踪比较下一个关键信息点，直到经络循行描画路径结束，并累计记录各腧穴节点到最佳腧穴点的最小值，以最小值以及循行描画路径中经络的腧穴点作为评价标准，系统结束经络循行描画路径比对时，提示结果信息。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所做的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。