1. واقعیت مجازی و کاربردهای ان
واقعیت مجازی و کاربردهای ان
تنظیم کننده : اعظم گل زردی
استاد راهنما : جناب آقای مهندس ناصرزاده
E_mail :

2. خلاصه فهرست مطالب واقعیت مجازی چیست ؟ تاریخچه
تکنیک های virtual reality
سخت افزار و معماری یک سیستم VR
کاربردهای مختلف VR
کاربرد در پزشکی
دور نما
منابع و لینک های مفید جهت مطالعه بیشتر

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

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.

5. تاریخچه VR
پنوماتيك و حركت هواپيما و آموزش خلبانان ( شبیه سازهای مکانیکی
1929- مفهوم شبیه سازهای الکترونیکی
1955- سیستم های video based ، سینمای سه بعدی
اواخر دهه 60 – طرح دنیای مجازی تحت کنترل کامپیوتر
تولید 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

6. ابزار سیستم VR
داده 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.

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 .

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.

9. انواع دیگر displays

10. انواع دیگر ابزار ورودی
joystick
Probe

11. مبدل های حسی
Vibro- and Electro-tactile stimulation (simple surface texture)
Micro-pin stimulation (complex surface textures, and edges)
Pneumatic and force feedback (shape)

12. کلیه کاربرد های واقعیت مجازی را می توان در 3 مقوله زیر قرار داد :
تقسیم بندی کاربرد VR
کلیه 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

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

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.

15. کاربرد های پزشکی VR حوزه های کاربری VR در پزشکی کاربری های رایج :
آموزش Training
برنامه ریزی Planning
درمان Treatment
کاربری های رایج :
جراحی عمومی
جراحی مغز و اعصاب
روانپزشکی

16. آموزش پزشکی- شبیه سازهای جراحی

17. استفاده از واقعیت افزوده در جراحی
تلفیقی از محیط مجازی و محیط حقیقی

18. واقعیت افزوده در جراحی مغز و اعصاب Neurosurgery
Harvard Medical School
Combined neurosurgery planning and augmented reality

19. جنينVisualization دانشگاه North Carolina
سيستم VR جهت تصويرگيري از جنين در رحم مادر
روش :روي هم قراردادن تصوير اولتراسوند جنين و تصوير ويدئويي رحم
قابل استفاده در check up هاي دوران بارداري

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 invasive
عدم امكان عبور از ديواره هاي كولون

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 )

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.

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

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

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

26. مدل سازی اعضا

27. برنامه ریزی پروسه جراحی
ایجاد مدل خاص برای هر بیمار در جراحی پروستات با استفاده از VR
انجام اندازه گیری های سه بعدی 3D measurments
استفاده 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)

28. واقعیت افزوده در جراحی Augmented Reality
Julesz, Harward Medical School
مشاهده 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 سر
3- مشخص نمودن تومور یا ضایعه ( رنگ سبز در تصویر )

29. کاربرد روانپزشکی ترس 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

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

31. لینک های مفید جهت مطالعه بیشتر