واقعیت مجازی و کاربردهای ان

واقعیت مجازی و کاربردهای ان

اسلاید 1: واقعیت مجازی و کاربردهای انتنظیم کننده : اعظم گل زردیاستاد راهنما : جناب آقای مهندس ناصرزادهE_mail : Azam_Golzardi@yahoo.com

اسلاید 2: خلاصه فهرست مطالبواقعیت مجازی چیست ؟تاریخچه تکنیک های virtual realityسخت افزار و معماری یک سیستم VRکاربردهای مختلف VRکاربرد در پزشکی دور نما منابع و لینک های مفید جهت مطالعه بیشتر

اسلاید 3: تعریف مجازی- Virtual مجازي  virtual: صفتي كه به فعاليت ها، اهداف، موجودات و مكان هايي اشاره دارد كه واقعيت فيزيكي ندارند. بلكه تنها در شكل رقومي ( سايبر- فضا ) موجوديت دارند مثل صندوق الكترونيكي

اسلاید 4: واقعيت مجازي virtual reality محيط الكترونيكي كه با استفاده از جلوه هاي بصري سه بعدي واقعيت را مشابه سازي مي كند اما فاقد ماديت فيزيكي هستند. واقعيت مجازي با اختصار  VR توليد نرم افزاري – رايانه اي از يك پنداره يا محيط كه براي حواس ( بيشتر بصري ) معادل واقعيت، وانمود گردد و به فضاي سه بعدي كه توسط كامپيوتر ايجاد مي شود، اطلاق مي گردد. در حقيقت واقعيت مجازي استفاده از فناوري پيشرفته از جمله كامپيوتر و لوازم جانبي آن و ابزارهاي چند رسانه اي مختلف براي ايجاد يك محيط مجازي شبيه سازي شده است. در اين محيط كاربر اشياء، حوادث و رخداد هاي مجازي قابل مقايسه با دنياي واقعي را با استفاده از مبدلهاي طراحي شده و حسگر هاي خاص به طور تعاملي در دست مي گيرد و تصاوير نمايشي و حركتي را مشاهده مي كند طوري كه فرد گمان كند در محيط واقعي قرار گرفته است.

اسلاید 5: تاریخچه VR 1910- پنوماتيك و حركت هواپيما و آموزش خلبانان ( شبیه سازهای مکانیکی 1929- مفهوم شبیه سازهای الکترونیکی1955- سیستم های video based ، سینمای سه بعدیاواخر دهه 60 – طرح دنیای مجازی تحت کنترل کامپیوترتولید دستگاه واقعیت مجازی توسط میرون کروگر دهه 70 – تولید گرافیک های سه بعدی شبکه سیمی و استفاده از آن در اولین شبیه سازی های کامپیوتری – ایوان ساترلند 1970 – اضافه کردن هوش مصنوعی به این سیستم - میرون کروگر 1983- HMD (Head Mounted Display )1989- اصطلاح واقعیت مجازی توسط یارون لانیر 1989- ساخت HMD های تجاری – شرکت VPL

اسلاید 6: ابزار سیستم VRداده ها : براي دنياي مجاز ي كليه اطلاعاتي كه آن جهان را تعريف مي كند. چيزهايي مثل شكل، رنگ اشيا و نحوه حركت ، صدا و ازاين قبيل كامپيوتر گرافيكي پر قدرت و با سرعت بسيار بالا. نرم افزار كاربردي نرم افزاري براي دنياي مجازي سه بعدي كه واقعيت محازي را به راه مي اندازد و تصاوير و صداهاو فضاها را توليد مي كند و آنها را نمايش مي دهد VRML زبان مدل سازي واقعيت مجازي VRML كه به صورت V-R-M-L يا Vermil تلفظ مي شود، كلمه اي اختصاري براي Virtual Reality Modeling Language  يا زبان مدل سازي واقعيت مجازي است. اين زبان كه توسعه واقعيت مجازي و فناوري هاي مدل سازي سه بعدي است در مي 1994 توسط مارك بسكي [9] تن پاريسي[10] و گاوين بل[11] نوشته شد. آنها در انجمن حرفه ايي گرافيك كامپيوتري نسبت به ايجاد يك برنامه جلوه خاص ويژه براي دنياي انيميشن سه بعدي تعاملي در روي وب اقدام نمودند كه موتور محرك اين كار زبان VRMLبود.

اسلاید 7: ابزارهاي ورودي و خروجي اين ابزارها واسط ميان كاربر و كامپيوترهستند از جمله : الف  –نمايش گر مخصوص سر HMD با گوشي استريو جهان مجازي را مي بينيدو مي شنويد .متداولترين نمايشگرهاي تصويري براي نمايش تصاوير مجازي است كه از دو نمايشگر مجرا براي هر دو چشم تشكيل شده است كه بر سر كاربر نصب مي شود اين نمايشگرها داراي كيفيت زاويه ديد متفاوت هستند .

اسلاید 8:   ب - دستكش اطلاعات (Data Glove): با گرفتن ان به دنياي مجازي مي رويد و در آنجا حركت مي كنيد . با وجوديكه صفحه كليد وسيله خوبي براي برقراري ارتباط با كامپيوتر است اما خيلي زود مشخص شد كه براي ارتباط با محيط مجازي نقش محدود كننده اي دارد .پس دستكش اطلاعات توسط توماس زيمرمان (فردي كه تلاش كرد گيتار مجازي را خلق كند)توليد شد كه بوسيله آن تماس با دنياي مجازي طبيعي تر مي شد.

اسلاید 9: انواع دیگر displays

اسلاید 10: انواع دیگر ابزار ورودیjoystickProbe

اسلاید 11: مبدل های حسیVibro- and Electro-tactile stimulation (simple surface texture)Micro-pin stimulation (complex surface textures, and edges)Pneumatic and force feedback (shape)

اسلاید 12: تقسیم بندی کاربرد VRکلیه کاربرد های واقعیت مجازی را می توان در 3 مقوله زیر قرار داد : ● شبيه سازي شبيه سازي به معناي وانمودن، حل كردن، تقليد چيزي است. دنياهاي مجازي برگردان هاي دنياي واقعي اند، مانند شبيه سازي وشبيه سازي پرواز يا رانندگي در محيطهاي مختلف مثل محيط فيزيكي فضايي و…   ● تجسم تجسم به معناي مجسم كردن قابل مشاهده ساختن به خصوص در ذهن دنياهاي مجازي كه با نشان دادن اطلاعات به صورت تصاوير سه بعدي آسان تر فهميده شوند. مثل تجسم هاي مجازي از فعاليت هاي پزشكي،نظامي و آموزشي   ● واقع گريزي واقع گريزي به معناي تمايل به خلاصي از واقعيت دنياهاي مجازي كه با تخيل خلق ميشوند ، شبيه بازي هاي ماجرايي

اسلاید 13: کاربردهای رایج VR ● فروشگاه هاي مجازي براي استفاده بهتر از تجارت الكترونيكي ● دانشگاه هاي مجازي كه كلاسها و آزمايشگا ه هاي آن همه مجازي است و شاگردان آن درنقاط مختلف دنيا قراردارد. ● شبيه سازي حركت وسائل نقليه و آموزش رانندگي، خلباني شبيه سازي انواع ورزش و………… . ● جراحي از راه دور ، اموزش جراحی و آناتومی ، پزشکی ● كتابخانه و مراكز اطلاعاتي ● بازيهاي واقعيت مجازي چند نفره و ابزار هاي سرگرمي مجازي

اسلاید 14: مزاياي استفاده از محيط مجازي در اين محيط كاربر امنيت بيشتري احساس مي كند. در اغلب موارد هزينه طراحي و پياده سازي كمتري دارد. انعطاف پذير است - مي توان آن را به راحتي براساس شرايط واهداف تغيير داد. كاربرهاي واقعي وتوان بالقوه فوق العاده اي دارد به طوري كه كاربران مي توانند مدل شبيه زندگي را تجربه كننديا درمحيطي امن قدم زنند و مي توانند در عين حال روي آن محيط كنترل داشته باشند در واقعيت ممكن است چنين چيزي محال باشد.

اسلاید 15: کاربرد های پزشکی VRحوزه های کاربری VR در پزشکیآموزش Training برنامه ریزی Planningدرمان Treatment کاربری های رایج :جراحی عمومیجراحی مغز و اعصاب روانپزشکی

اسلاید 16: آموزش پزشکی- شبیه سازهای جراحی

اسلاید 17: تلفیقی از محیط مجازی و محیط حقیقیاستفاده از واقعیت افزوده در جراحی

اسلاید 18: واقعیت افزوده در جراحی مغز و اعصاب NeurosurgeryHarvard Medical SchoolCombined neurosurgery planning and augmented reality

اسلاید 19: جنينVisualizationدانشگاه North Carolina سيستم VR جهت تصويرگيري از جنين در رحم مادرروش :روي هم قراردادن تصوير اولتراسوند جنين و تصوير ويدئويي رحم قابل استفاده در check up هاي دوران بارداري

اسلاید 20: آندوسكوپي كلاسيك ورود يك سيستم optical به داخل ارگان بيمار ( كولون ، معده ، روده ، سينوس و ... ) جهت معاينه امتياز اين سيستم ، ايجاد تصوير واضح و روشن از سطح بافت جهت تشخيص است .معايب :امكان ايجاد جراحت سطح بافت ، semi invasiveعدم امكان عبور از ديواره هاي كولون

اسلاید 21: آندوسكوپي مجازي VE-مراحل :تصويربرداري 3D از ارگان مورد نظر ( ‍CT, MRI و ... )پيش پردازش تصوير 3D ( registeration , interpolation )آناليز تصوير 3D جهت ايجاد مدل آناتوميكي (segmentation)محاسبه مسير 3D camera- target جهت انتخاب اتوماتيك يا دستي مسير مشاهده قراردادن نماهاي مكرر در مسير مشاهده به منظور توليد انيميشن (سطح و حجم )

اسلاید 22: مناسب جهت ارگان هاي بزرگ سايز : مانند سيستم قلبي عروقي ، مفاصل اصلي ، سيستم كليوي ، نخاع اولين سيستم VE در مورد كولونو سكوپي و در سال 1995 استفاده شد.

اسلاید 23: مزايا و معايب VEمزايا:عدم وجود محدوديت حركتي براي دستگاه endoscope كاملا غير تهاجمي بدون نياز به بستري بيماردر بيمارستانمعايب :تكنيك هاي آندوسكوپي مجازي كنوني امكان بازسازي تصوير ظاهر سطح بافت ارگان را ندارند . تاريخچه VEVirtual colonoscopy (Vining, Kaufman)Carotid arteries (Lorensen)3-D organ visualizations (Robb)Visualizations for stereotactic neurosurgery (Jolesz and Kikinis)

اسلاید 24: چند نمونه ...شبیه ساز آموزش تکنیک جراحی آرتروسکوپی شبیه ساز آندوسکوپی سینوس امکان تمرین مجازی جراحی برای دانشجو قبل از انجام جراحی واقعی

اسلاید 25: چند نمونه ....کمیته تحقیقاتی جراحی روباتیک – سوسیس شبیه سازی اعضای داخلی شکم و خصوصیات بافت در pushing و pulling بافت شبیه سازی force feadback

اسلاید 26: مدل سازی اعضا

اسلاید 27: برنامه ریزی پروسه جراحی ایجاد مدل خاص برای هر بیمار در جراحی پروستات با استفاده از VRانجام اندازه گیری های سه بعدی 3D measurmentsاستفاده از یک ابزار اندازه گیری متصل به میکروسکوپ جراحی تصاویر stereo ناحیه جراحی با تصاویر کامپیوتری تلفیق یافته و Virtual measure tape را بوجود می آورند.صفحه نمایش تقویت شده ، سیستم اندازه گیری بسیار دقیقی را بوجود می آورند.میزان دقت تا 0.2 الی 0.7 mm نرم افزار VR کمک جراح VR Assisted Surgery Program (VRASP)

اسلاید 28: واقعیت افزوده در جراحی Augmented RealityJulesz, Harward Medical Schoolمشاهده واقعیت افزوده Augmented Reality در 3 مرحله صورت می گیرد:1- اسکن سه بعدی از سطح سر بیمار 2- ثبت سه بعدی تصاویر و اسکن های سطح سر3- مشخص نمودن تومور یا ضایعه ( رنگ سبز در تصویر )

اسلاید 29: کاربرد روانپزشکیترس از ارتفاع ، پرواز ، جانوران و ....روش درمان عبارت است از قراردادن بیمار در موقعیت استرس زا برای او در محیط مجازی و تحت کنترل قراردادن استرس ، شروع کار با موقعیت کم استرس زا و اضافه نمودن بتدریج موقعیت های بیشتر

اسلاید 30: نتیجه گیری دور نما و حقیقت مجازی یا virtual reality یکی از زمینه های تحقیق بسیار گسترده در حوزه مهندسی پزشکی می باشد .واسطه های انسان – کامپیوتر مانند force –feedback یا واسطه های لمسی تکنیک های مدل سازی بافت جهت شبیه سازی ارگان های بدن تکنیک های نمایش تصویر امکان ایجاد نسل جدیدی در تصویربرداری پزشکی با بکارگیری مفاهیم حقیقت مجازی و ایجاد مشاهدات موثرتر استفاده از تکنولوژی virtual reality در کاربردهای پزشکی از راه دور

اسلاید 31: لینک های مفید جهت مطالعه بیشتر http://www.irandoc.ac.ir/data/e_j/vol6/eini.htmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_realityhttp://www.informatik.umu.se/~jwworth/medpage.htmlhttp://www.vrlab.com/http://www.ahs.uic.edu/ahs/php/?sitename=vrmlhttp://www.uic.edu/ahs/sbhis/vrml/Publications/publicationsWebBasedSegment.htm