【摘 要】
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虚拟现实教育技术的普及为放射治疗（Radiation therapy,RT）培训教育的用户提供了创新性的发展,现代放射治疗本科教育模式包括阐释理论、技术概念以及在临床环境中获得实际性的处理和患者的沟通技巧,为打破传统教学模式的限制,探究信息时代中用户兴趣、理论、实践三位一体的虚拟仿真实验培训模式。本文针对放射治疗设备医用电子直线加速器设备体积大,价格昂贵,存在高压和辐射的危险,学生普遍得不到真正的
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虚拟现实教育技术的普及为放射治疗（Radiation therapy,RT）培训教育的用户提供了创新性的发展,现代放射治疗本科教育模式包括阐释理论、技术概念以及在临床环境中获得实际性的处理和患者的沟通技巧,为打破传统教学模式的限制,探究信息时代中用户兴趣、理论、实践三位一体的虚拟仿真实验培训模式。本文针对放射治疗设备医用电子直线加速器设备体积大,价格昂贵,存在高压和辐射的危险,学生普遍得不到真正的实践操作,对设备结构的功能细节、抽象的治疗原理和放射治疗的临床流程的模糊认知等问题,使用Maya、Unity3D开发了一个涵盖三维展示、原理剖析、体验交互和在线考核等功能的创新型放射治疗仪器原理和临床应用虚拟仿真教学（virtual environment for radiation therapy training,VERT）系统。本文的研究工作如下:（1）首先阐述放射治疗虚拟仿真培训系统的研究背景和研究意义,对国内外的研究现状进行了总结。对虚拟现实系统三大概念进行概述,即虚拟互动空间、临场感和交互娱乐感。分析虚拟现实技术中基于双目立体视觉的计算机图形学原理,研究放射治疗医用电子直线加速器的相关理论,比如医用电子直线加速器设备结构组成、工作原理等,为VERT系统模块功能的模拟提供理论基础。（2）研究VERT虚拟仿真教学系统依托的成果导向教学理论（Outcome based education,OBE）,预想教学的成果,从成果出发,完成医用电子直线加速器放射治疗传统培训与虚拟现实（Virtual Reality,VR）培训现状进行预调查,分析调查结果及教学系统的可行性,对已完成相关专业课的本科生的回馈调研和需求统计,根据统计结果完善虚拟仿真教学系统整体架构的设计。确定系统的用户需求,完成为时1个月的医院放疗科室对放射治疗临床工作的实地考察,为VERT系统虚拟实践培训功能的模拟提供了现实基础。（3）设计VERT系统框架,构建系统开发流程图。介绍Maya软件创建三维模型的方法,展示了三维模型成果。结合放射治疗的设备结构、理论原理和临床实地考察的记录信息,依据学生用户需求和实地考察内容将系统划分为系统注册登录模块、实验总览模块、模式选择模块、结构展示模块、加速系统原理模块、临床放疗流程模块、虚拟考核模块七个模块。（4）基于Unity3D引擎研究各模块功能的模拟以及第一人称模式人机交互操作的实现方法。构建行波和驻波模拟的数学模型,实现行波、驻波加速原理三维动态可视化。研究平滑函数运动控制方法和基于有向包围盒（Oriented Bounding Box,OBB）算法的碰撞检测技术,为人机交互功能的实现提供技术支持。（5）完成VERT系统的设计与发布,对系统进行了功能测试和兼容性测试,通过选取学生用户体验放射治疗虚拟仿真教学系统,从兴趣、自信程度和考核成绩方面对学生进行测评,统计并分析结果,对系统进行评估,初步确定放射治疗虚拟仿真教学系统对教学有积极影响。
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