基于kinec體感技術(shù)的動(dòng)物輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究

基于kinec體感技術(shù)的動(dòng)物輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究

計(jì)算機(jī)課程（cai）系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)作為媒體向?qū)W生傳播相應(yīng)的教育內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)的教育目標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)和理念為傳統(tǒng)教學(xué)注入了新的活力,使醫(yī)學(xué)教學(xué)改革和醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)步入了一個(gè)全新的時(shí)期,給教育、教學(xué)帶來(lái)了新的活力。CAI應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育,尤其是課堂理論教學(xué),具有較明顯的優(yōu)勢(shì),包括表達(dá)形式多樣,學(xué)習(xí)過(guò)程可自主調(diào)控,信息存儲(chǔ)量大、利于自主學(xué)習(xí),反饋及時(shí)、能加快教學(xué)進(jìn)程等。因此它在醫(yī)學(xué)院校的大班課教學(xué)及實(shí)驗(yàn)課理論教學(xué)中得到了廣泛的運(yùn)用,起到了良好的教學(xué)效果。然而,在外科手術(shù)學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)課上,CAI的應(yīng)用中受到明顯限制。1課堂效果不佳。學(xué)生一般在cai的基礎(chǔ)上曾曾記了某外科動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的目的是:(1)樹(shù)立培養(yǎng)學(xué)生手術(shù)無(wú)菌觀念的意識(shí);(2)加強(qiáng)手術(shù)整體配合的觀念;(3)讓學(xué)生通過(guò)手術(shù)訓(xùn)練,熟練地掌握“切開(kāi)、縫合、止血、結(jié)扎”等手術(shù)基本操作技能。外科動(dòng)物實(shí)驗(yàn)課程的目的決定了教師和學(xué)生對(duì)課件的操作無(wú)法隨意而為。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)課上,教師及學(xué)生大部分時(shí)間都需要洗手,戴無(wú)菌手套。學(xué)生如果有問(wèn)題,教師只能口頭講解,無(wú)法以CAI中形象生動(dòng)的方式展示給學(xué)生看。課堂現(xiàn)場(chǎng)以黑板板書(shū)的方式簡(jiǎn)單羅列當(dāng)堂課的知識(shí)點(diǎn),由于版面有限,既往課程的知識(shí)點(diǎn)則無(wú)法展示。同時(shí),由于手術(shù)無(wú)菌術(shù)的客觀要求,學(xué)生也無(wú)法自己現(xiàn)場(chǎng)查閱資料,自主學(xué)習(xí)。然而,在長(zhǎng)期的動(dòng)物外科學(xué)教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn),作為初次接觸手術(shù)學(xué)的學(xué)生,接受手術(shù)學(xué)知識(shí)的速度都比較慢,基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度參差不齊,常常記不起已多次講授的某些基本知識(shí)點(diǎn)。比如:需要持針器打結(jié)時(shí),忘記打結(jié)的要領(lǐng);需要做腸切除、腸吻合術(shù)時(shí),無(wú)法回憶起某個(gè)步驟如何縫合;部分學(xué)生甚至在動(dòng)物外科學(xué)課程結(jié)束后,仍無(wú)法肯定地說(shuō)出持針器到底有幾種把持方法。究其原因,很大程度上與課堂學(xué)習(xí)效率低下有關(guān)。因此,若能在教學(xué)的任何時(shí)刻,在學(xué)生需要的時(shí)候,反復(fù)地給予學(xué)生相關(guān)知識(shí)的展示,必將促進(jìn)基礎(chǔ)知識(shí)的記憶,達(dá)到較好的教學(xué)效果。2kenct簡(jiǎn)介:k生成算法基于多媒體應(yīng)用,將復(fù)雜應(yīng)用容易被干擾的見(jiàn)圖3Kinect是微軟在2010年6月14日對(duì)XBOX360體感周邊外設(shè)正式發(fā)布的名字。Kinect主要包括以下幾個(gè)功能:(1)骨骼追蹤。根據(jù)在Kinect視野范圍內(nèi)移動(dòng)的一個(gè)或兩個(gè)人的圖像進(jìn)行骨骼追蹤,可以追蹤到人體上的20個(gè)節(jié)點(diǎn);(2)XYZ-深度攝像頭。獲取標(biāo)準(zhǔn)彩色圖像流附加深度數(shù)據(jù),來(lái)表示物體與Kinect傳感器的距離。它的原理是利用雙眼的視覺(jué)差,能夠判斷我們面前某一個(gè)物體基于我們當(dāng)前位置的距離,基本上都是通過(guò)紅外方式來(lái)做判斷。由于人體散發(fā)出來(lái)的紅外是一致的,因此無(wú)論是什么人種,都不會(huì)受到干擾;(3)音頻處理。與Microsoft.Speech的語(yǔ)音識(shí)別API(應(yīng)用程序編程接口)集成,使用一個(gè)具有消除噪音和回波的四元麥克風(fēng)組,能夠把聲源附近有效范圍之內(nèi)的各種信息捕捉到?；谝陨瞎δ?不需要使用任何控制器,Kinect依靠實(shí)時(shí)捕捉使用者的3D動(dòng)作、面部識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別即可達(dá)到輸入的功能。Kinect最初是專門(mén)作為微軟的游戲主機(jī)XBOX360的輸入設(shè)備而出售。然而,2011年6月17日,微軟發(fā)布了運(yùn)行在Windows7環(huán)境的Kinect開(kāi)發(fā)工具包(KinectSDKbeta)。該SDK內(nèi)容包括:(1)原始傳感器數(shù)據(jù)流(rawsensorstreams):能夠從深度傳感器、顏色傳感器和四元麥克風(fēng)中獲取原始數(shù)據(jù)流,開(kāi)發(fā)者在這些由Kinect傳感器中獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行處理;(2)骨骼跟蹤(skeletaltracking):能夠追蹤一名用戶或兩名用戶的動(dòng)作,便于建立基于動(dòng)作控制的應(yīng)用;(3)增強(qiáng)版音頻功能(advancedaudiocapabilities):音頻處理功能包括復(fù)雜降噪和回聲消除功能,能夠識(shí)別當(dāng)前聲源,與Windows自帶語(yǔ)音識(shí)別API功能融合;(4)示例代碼和文件:SDK包括100多頁(yè)的技術(shù)文檔。文檔中還包括了大批詳細(xì)的實(shí)例說(shuō)明。另外SDK安裝快捷,無(wú)需復(fù)雜設(shè)置,僅需數(shù)分鐘即可將其使用在Kinect上。這為全球的程序員快速開(kāi)發(fā)基于個(gè)人電腦的Kinect應(yīng)用程序鋪平了道路。有了這個(gè)開(kāi)發(fā)工具包,專業(yè)人員完全可以將Kinect作為個(gè)人電腦的輸入工具,以手勢(shì)、身體姿勢(shì)及語(yǔ)音作為輸入元素,控制電腦系統(tǒng)的工作。3在教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中的應(yīng)用Kinect的這一新穎的輸入方式為動(dòng)物外科手術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新思路。在不適合徒手操作電腦的情況下,教師或?qū)W生可以用Kinect作為個(gè)人電腦的輸入工具,以手勢(shì)、身體姿勢(shì)及語(yǔ)音作為輸入元素,控制電腦查閱相關(guān)知識(shí)點(diǎn),得到及時(shí)反饋,來(lái)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)或現(xiàn)場(chǎng)自學(xué)的目的,快速、有效的傳道解惑?；谝陨险J(rèn)識(shí),我們?cè)O(shè)想建立基于Kinect體感技術(shù)的動(dòng)物外科輔助教學(xué)系統(tǒng),包括一個(gè)動(dòng)物外科基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)、一套Windows系統(tǒng)下的基于Kinect體感技術(shù)的控制程序及一套運(yùn)行于動(dòng)物外科手術(shù)室的Kinect輔助教學(xué)硬件系統(tǒng)。包含Kinect在內(nèi)的硬件系統(tǒng)負(fù)責(zé)承載程序的運(yùn)行及動(dòng)物外科基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)的存儲(chǔ);控制程序的作用是將Kinect收集的原始輸入(聲音、手勢(shì)、動(dòng)作等)轉(zhuǎn)化為操作系統(tǒng)可理解的命令,從而進(jìn)行相關(guān)操作;而動(dòng)物外科基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)則是一個(gè)綜合性的教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù),包含了與動(dòng)物外科有關(guān)的一切內(nèi)容,即動(dòng)物外科基礎(chǔ)操作技術(shù)、相關(guān)的動(dòng)物解剖知識(shí)、所有教師的授課文檔及幻燈片等,而內(nèi)容的形式可以為文字、圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種形式。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容以一定的方式進(jìn)行編碼或者索引。比如:每個(gè)內(nèi)容都建立基于音頻的檢索編碼,便于快速查找。該系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景可能如下:在進(jìn)行靜脈切開(kāi)術(shù)實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)時(shí),某手術(shù)組的術(shù)者在為犬做前肢頭靜脈切開(kāi)時(shí),因手術(shù)失誤,雙前肢的頭靜脈皆不慎切斷,遂決定為后肢靜脈進(jìn)行切開(kāi)。然而,術(shù)者并未掌握犬后肢的靜脈名稱及體表投影知識(shí),于是,在第一助手為犬后肢重新消毒、鋪無(wú)菌單的同時(shí),術(shù)者未脫手套及手術(shù)衣,面向手術(shù)室墻壁電視顯示器上方的Kinect說(shuō)出“登錄系統(tǒng)”這一語(yǔ)音口令,登錄手術(shù)室電腦內(nèi)的Windows7系統(tǒng),以右手移動(dòng)控制電腦屏幕的掌形鼠標(biāo),使掌形鼠標(biāo)移動(dòng)到動(dòng)物外科輔助教學(xué)系統(tǒng)圖標(biāo)上并停留3秒鐘,從而打開(kāi)電腦中的動(dòng)物外科輔助教學(xué)系統(tǒng),說(shuō)出“犬的解剖”指令,動(dòng)物外科輔助教學(xué)系統(tǒng)立刻以圖片排列的方式顯示出犬的各部位解剖圖譜。由于部位較多,無(wú)法在一個(gè)屏幕內(nèi)瀏覽完畢,術(shù)者繼續(xù)以右手向左方水平滑動(dòng)的形式,模擬翻頁(yè)動(dòng)作,直至找到犬后肢靜脈解剖的相關(guān)內(nèi)容,屏幕提示犬的后肢解剖被語(yǔ)音編碼為“后肢靜脈解剖”,遂以語(yǔ)音指令“后肢靜脈解剖”將犬后肢可供靜脈切開(kāi)的靜脈名稱及體表投影全屏顯示。圖譜提示犬后肢根部腹面有股靜脈可供靜脈切開(kāi)置管,但是切開(kāi)步驟及注意事項(xiàng)圖譜上并沒(méi)有提供。于是,以語(yǔ)音口令“home”退回動(dòng)物外科輔助教學(xué)系統(tǒng)首頁(yè),以語(yǔ)音“靜脈切開(kāi)術(shù)”查找到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)所有有關(guān)靜脈切開(kāi)術(shù)的文本,以右手翻頁(yè),最終選擇打開(kāi)(鼠標(biāo)移動(dòng)到圖標(biāo)上并停留3秒鐘)“犬的后肢靜脈切開(kāi)置管術(shù)”文本,快速瀏覽并了解犬的后肢靜脈切開(kāi)置管術(shù)的步驟及注意事項(xiàng)。最后,手術(shù)組根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查閱到的資料完成犬的后