CN114201098A - 一种基于三维建模的医学教学课件生成方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于三维建模的医学教学课件生成方法，包括加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件；将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域；根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。本发明满足了医学教学中沉浸式实验体验，提供学生沉浸式学习体验。本发明还涉及一种基于三维建模的医学教学课件生成装置、一种存储介质和设备。
Description
技术领域
本发明涉及视频处理领域，尤其涉及一种基于三维建模的医学教学课件生成方法、装置及设备。
背景技术
近年来，随着互联网迅速发展，在线教育在教育行业扮演着越来越重要的角色。而随着新型冠状肺炎疫情的爆发并进入后疫情时代，“社交距离”成为不可避免的现实问题。受此影响，在线课堂、在线教育等解决方案迅速崛起与发展。
目前，由于医学教学中需要沉浸式实验体验，医学教学的在线教育以及教学视频不能提供学生沉浸式学习体验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于三维建模的医学教学课件生成方法、装置及设备。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于三维建模的医学教学课件生成方法，包括：
加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件；
将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域；
根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。
本方法发明的有益效果是：提出了一种基于三维建模的医学教学课件生成方法，包括加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件；将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域；根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。本发明满足了医学教学视频中沉浸式实验体验，提供学生沉浸式学习体验。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准，具体包括：
根据所述实验组件确定对应的事件信息；
对所述虚拟人体解剖实验对象所对应的三维空间位置数据和所述实验组件对应的三维空间位置数据进行位置加载；
根据在三维空间中的所述虚拟人体解剖实验对象、所述实验组件和所述事件信息连接，得到实验套件集合并进行显示。
进一步地，所述根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域，具体包括：
根据所述事件信息，利用所述实验组件对所述虚拟人体解剖实验对象进行操作，获取作用在所述终端设备上的操作，从而确定所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上形成的操作；
根据所述至少一个操作，形成所述实验组件的虚拟实验区域；
当进行多个操作时，将每一个所述操作所形成的所述虚拟实验区域进行连线，得到最终的所述虚拟实验区域。
进一步地，所述根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，具体包括：
利用对所述虚拟实验区域进行操作的所述实验组件对应的事件信息，加载已拍摄的三维子视频；
根据所述时间信息的时间顺序，对所述三维子视频进行编辑操作，生成所述虚拟实验视频。
进一步地，所述将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，具体包括：
用于将现实拍摄场景与所述虚拟实验视频利用反求工程技术进行匹配，得到所述医学教学视频。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：
一种基于三维建模的医学教学课件生成装置，包括：
初始模块，用于加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件；
加载模块，用于将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域；
融合模块，用于根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。
进一步地，所述加载模块，具体用于根据所述实验组件确定对应的事件信息；
对所述虚拟人体解剖实验对象所对应的三维空间位置数据和所述实验组件对应的三维空间位置数据进行位置加载；
根据在三维空间中的所述虚拟人体解剖实验对象、所述实验组件和所述事件信息连接，得到实验套件集合并进行显示。
进一步地，所述加载模块，具体用于根据所述事件信息，利用所述实验组件对所述虚拟人体解剖实验对象进行操作，获取作用在所述终端设备上的操作，从而确定所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上形成的操作；
根据所述至少一个操作，形成所述实验组件的虚拟实验区域；
当进行多个操作时，将每一个所述操作所形成的所述虚拟实验区域进行连线，得到最终的所述虚拟实验区域。
此外，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一项所述的一种基于三维建模的医学教学课件生成方法的步骤。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述技术方案中任一项所述的一种基于三维建模的医学教学课件生成方法的步骤。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于三维建模的医学教学课件生成方法的流程示意图；
图2为本发明的一种基于三维建模的医学教学课件生成装置的模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所述，本发明实施例所述的一种基于三维建模的医学教学课件生成方法，包括以下步骤：
110、加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件。
120、将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域。
130、根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。
应理解，实验组件包括虚拟焦点笔、虚拟刀和虚拟导管等医学工具，或是其他的医学工具。
本申请中的终端设备可以为移动终端，如智能手机、iPhone、智能相机和平板电脑等，也可以为笔记本或固定终端设备。具体的，例如用户可以通过操控鼠标或是手写笔对软件中的实验组件进行操作。
基于上述实施例。进一步地，步骤120中所述将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准，具体包括：
根据所述实验组件确定对应的事件信息。
对所述虚拟人体解剖实验对象所对应的三维空间位置数据和所述实验组件对应的三维空间位置数据进行位置加载；
根据在三维空间中的所述虚拟人体解剖实验对象、所述实验组件和所述事件信息连接，得到实验套件集合并进行显示。
进一步地，步骤120中所述根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域，具体包括：
根据所述事件信息，利用所述实验组件对所述虚拟人体解剖实验对象进行操作，获取作用在所述终端设备上的操作，从而确定所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上形成的操作。
根据所述至少一个操作，形成所述实验组件的虚拟实验区域。
当进行多个操作时，将每一个所述操作所形成的所述虚拟实验区域进行连线，得到最终的所述虚拟实验区域。
进一步地，步骤130中所述根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，具体包括：
利用对所述虚拟实验区域进行操作的所述实验组件对应的事件信息，加载已拍摄的三维子视频。
根据所述时间信息的时间顺序，对所述三维子视频进行编辑操作，生成所述虚拟实验视频。
进一步地，步骤130中所述将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，具体包括：
用于将现实拍摄场景与所述虚拟实验视频利用反求工程技术进行匹配，得到所述医学教学视频。
应理解，根据教学模式构建相对应的虚拟教学场景，虚拟教学场景中还可以包括虚拟讲台或者虚拟实验平台。若授课内容是理论课，那么确定的教学模式为讲课模式，然后构建虚拟讲台。虚拟讲台与现实中课堂的讲台相同，包括黑板、粉笔等。
例如，若教师接下来要上的是实验课，那么确定实验模式的教学模式，然后基于构建的虚拟人体解剖实验对象进行授课。
应理解，上述实施例中，通过3DMAX、MAYA或MODO对教学环境进行三维建模，通过UnrealEngine(虚拟引擎)、Unity3D或CryENGINE(游戏引擎)，根据教学环境的三维模型绘制并渲染教学环境对应的虚拟场景，通过摄像机拍摄任务教学视频得到实拍内容，通过摄像机反求将所述实拍内容与所述虚拟场景的三维空间位置和光影效果进行匹配，得到实拍内容(教学设备讲解)和虚拟环境(教学环境)融合的微课视频。通过虚拟现实的头戴式显示器、位置追踪设备以及交互传感器等，可以实现沉浸式交互式的教学效果。
反求工程(ReverseEngineering，RE)，也称逆向工程、反向工程，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程，是一个从样品生成产品数字化信息模型，并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。
3DStudioMax，常简称为3dMax或3dsMAX，是Discreet公司开发的基于PC***的三维动画渲染和制作软件。它具有基于PC***的低配置要求，强大的角色动画制作能力，可堆叠的建模步骤，使制作模型有非常大的弹性，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。
AutodeskMaya是美国Autodesk公司出品的三维动画软件，应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。Maya功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。
modo是一款高级多边形细分曲面，建模、雕刻、3D绘画、动画与渲染的综合性3D软件。该软件具备许多高级技术，诸如N-gons(允许存在边数为4以上的多边形)，多层次的3D绘画与边权重工具，可以在苹果的MacOSX与微软的MicrosoftWindows操作平台上运行。
Unity3D是由UnityTechnologies开发的，可创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。
基于上述实施例所提出得一种基于三维建模的医学教学课件生成方法，包括提出了一种基于三维建模的医学教学课件生成方法，包括加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件；将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域；根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。本发明满足了医学教学中沉浸式实验体验，提供学生沉浸式学习体验。本发明满足了医学教学中沉浸式实验体验，提供学生沉浸式学习体验。
如图2所示，一种基于三维建模的医学教学课件生成装置，包括：
初始模块，用于加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件。
加载模块，用于将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域。
融合模块，用于根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。
进一步地，所述加载模块，具体用于根据所述实验组件确定对应的事件信息。
对所述虚拟人体解剖实验对象所对应的三维空间位置数据和所述实验组件对应的三维空间位置数据进行位置加载。
根据在三维空间中的所述虚拟人体解剖实验对象、所述实验组件和所述事件信息连接，得到实验套件集合并进行显示。
进一步地，所述加载模块，具体用于根据所述事件信息，利用所述实验组件对所述虚拟人体解剖实验对象进行操作，获取作用在所述终端设备上的操作，从而确定所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上形成的操作。
根据所述至少一个操作，形成所述实验组件的虚拟实验区域。
当进行多个操作时，将每一个所述操作所形成的所述虚拟实验区域进行连线，得到最终的所述虚拟实验区域。
此外，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一项所述的一种基于三维建模的医学教学课件生成方法的步骤。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述技术方案中任一项所述的一种基于三维建模的医学教学课件生成方法的步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于三维建模的医学教学课件生成方法，其特征在于，包括：
加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件；
将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域；
根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。
2.根据权利要求1所述的基于三维建模的医学教学课件生成方法，其特征在于，所述将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准，具体包括：
根据所述实验组件确定对应的事件信息；
对所述虚拟人体解剖实验对象所对应的三维空间位置数据和所述实验组件对应的三维空间位置数据进行位置加载；
根据在三维空间中的所述虚拟人体解剖实验对象、所述实验组件和所述事件信息连接，得到实验套件集合并进行显示。
3.根据权利要求2所述的基于三维建模的医学教学课件生成方法，其特征在于，所述根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域，具体包括：
根据所述事件信息，利用所述实验组件对所述虚拟人体解剖实验对象进行操作，获取作用在所述终端设备上的操作，从而确定所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上形成的操作；
根据所述至少一个操作，形成所述实验组件的虚拟实验区域；
当进行多个操作时，将每一个所述操作所形成的所述虚拟实验区域进行连线，得到最终的所述虚拟实验区域。
4.根据权利要求3所述的基于三维建模的医学教学课件生成方法，其特征在于，所述根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，具体包括：
利用对所述虚拟实验区域进行操作的所述实验组件对应的事件信息，加载已拍摄的三维子视频；
根据所述时间信息的时间顺序，对所述三维子视频进行编辑操作，生成所述虚拟实验视频。
5.根据权利要求1所述的基于三维建模的医学教学课件生成方法，其特征在于，所述将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，具体包括：
用于将现实拍摄场景与所述虚拟实验视频利用反求工程技术进行匹配，得到所述医学教学视频。
6.一种基于三维建模的医学教学课件生成装置，其特征在于，包括：
初始模块，用于加载虚拟人体解剖实验对象，并获取用户选择的实验组件；
加载模块，用于将所述实验组件和所述虚拟人体解剖实验对象进行配准后，根据所述用户通过终端设备对所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上的操作，形成虚拟实验区域；
融合模块，用于根据所述虚拟实验区域形成所述虚拟实验视频，并将所述虚拟实验视频与现实拍摄场景相融合，得到的图像显示在所述终端设备上。
7.根据权利要求6所述的基于三维建模的医学教学课件生成装置，其特征在于，
所述加载模块，具体用于根据所述实验组件确定对应的事件信息；
对所述虚拟人体解剖实验对象所对应的三维空间位置数据和所述实验组件对应的三维空间位置数据进行位置加载；
根据在三维空间中的所述虚拟人体解剖实验对象、所述实验组件和所述事件信息连接，得到实验套件集合并进行显示。
8.根据权利要求7所述的基于三维建模的医学教学课件生成装置，其特征在于，
所述加载模块，具体用于根据所述事件信息，利用所述实验组件对所述虚拟人体解剖实验对象进行操作，获取作用在所述终端设备上的操作，从而确定所述实验组件在所述虚拟人体解剖实验对象上形成的操作；
根据所述至少一个操作，形成所述实验组件的虚拟实验区域；
当进行多个操作时，将每一个所述操作所形成的所述虚拟实验区域进行连线，得到最终的所述虚拟实验区域。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的基于三维建模的医学教学课件生成方法的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的基于三维建模的医学教学课件生成方法的步骤。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2021
- 2021-12-06 CN CN202111479656.2A patent/CN114201098A/zh active Pending
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