[發明專利]一種立體虛擬培訓系統和方法

在審

• 申請號: 201310011150.8
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103077633A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 簡培云;李東方;劉寧;戈張;宋磊
• 申請（專利權）人: 深圳超多維光電子有限公司
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及立體顯示技術，尤其涉及立體虛擬交互的方法以及系統。

背景技術

目前的人機交互式系統的各種解決方案大都是基于2D顯示的基礎之上的，也就是說，用戶操作所帶來的直接顯示效果是以2D來展現的。更進一步，采用陰影，近大遠小等透視效果來近似模擬一種立體的感覺。

隨著3D顯示技術的發展，這種基于2D的顯示界面將帶來一系列的不符合現實的操作習慣。因為3D帶給操作者的直觀顯示效果是，所有的操作界面是凸出，或者，凹進屏幕的。目前比較普遍的觸摸屏的手指或者操作筆都只能在屏幕上進行二維的操作，對于真正的3D操作界面，浮在空中或者凹進屏幕的界面，這種傳統的方式都會讓操作者感覺并沒有真正觸摸到實際的界面。

這些問題在傳統的虛擬仿真系統上可能會更多地體現出來，如用于各種行業的虛擬訓練系統，包括在醫療領域、交通領域、遠程教育等領域。現有的技術在這些領域中往往缺乏一個真正意義上的3D現實感。

本發明所公開的方法和系統可以用來解決上述的一個或多個問題以及其它相關的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種可以結合立體顯示來進行操作的立體虛擬培訓系統和方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種用于3D虛擬訓練系統的方法，該3D虛擬訓練系統包括一個3D顯示屏和一個操作裝置，該方法包括：

初始化一個虛擬醫療訓練課程并由所述3D顯示屏顯示，顯示內容至少包括手術部位的3D虛擬圖像;

獲得基于操作裝置和3D顯示屏的用戶交互輸入，在3D顯示屏上顯示出虛擬手術裝置及由虛擬手術裝置對手術部位進行的虛擬手術操作;

根據用戶交互輸入和手術部位來確定一個操作結果;

根據手術部位和虛擬手術操作的效果來渲染操作結果;

由3D顯示屏顯示經渲染的操作結果的3D虛擬圖像。

其中，所述獲得基于操作裝置和3D顯示屏的用戶交互輸入的步驟包括：

配置操作裝置的操作模式，從而調整3D顯示屏上顯示的虛擬手術裝置的形狀、類型、和大小中的至少一個。

其中，所述獲得基于操作裝置和3D顯示屏的用戶交互輸入的步驟包括：

確定操作裝置和3D顯示屏之間的接觸點的空間位置;

確定操作裝置的空間操作角度;

確定操作裝置的旋轉操作。

其中，所述獲得基于操作裝置和3D顯示屏的用戶交互輸入的步驟還包括：

感測在操作裝置和3D顯示屏幕之間的接觸點的接觸力;

根據接觸力計算出操作裝置相對于3D顯示屏的回縮程度。

其中，所述獲得基于操作裝置和3D顯示屏的用戶交互輸入的步驟還包括：

設置所述接觸力的閾值；

當所述接觸力高于所述閾值時，在3D顯示屏上顯示基于回縮程度的所述虛擬手術裝置。

其中，所述獲得基于操作裝置和3D顯示屏的用戶交互輸入的步驟包括：

根據操作裝置的一個或多個預定區域的力反饋來控制虛擬手術裝置的操作方式或操作力強度。

其中，所述根據手術部位和手術操作的效果來渲染操作結果的步驟包括：

根據手術部位來確定虛擬手術操作的顯示場景的縮放因子;

利用縮放因子來控制顯示場景和/或虛擬手術裝置的放大或縮小操作，使得所述虛擬手術裝置和顯示場景相匹配。

其中，所述根據用戶交互輸入和手術部位來確定一個操作結果的步驟包括：

基于用戶交互輸入確定虛擬手術裝置的空間位置;

確定對應虛擬手術裝置的手術部位的空間位置;

對比虛擬手術裝置的空間位置和對應的手術部位的空間位置；

基于對比結果觸發一個操作事件；

確定由所述操作事件引起的操作結果。

本發明還提供了一個3D虛擬訓練系統，包括：

一個3D顯示屏;

一個3D系統控制器;

一個耦合到3D系統控制器并交換交互數據的操作裝置，

所述3D系統控制器包括：圖像數據模塊、虛擬操作模塊、3D顯示模塊、以及控制模塊，其中：

圖像數據模塊，用于初始化一個虛擬醫療訓練課程并在顯示模塊的控制下由3D顯示屏顯示，顯示內容至少包括手術部位的3D虛擬圖像;