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基于Kinect手势识别的虚拟人体解剖教学系统的设计与实现

李小龙  
【摘要】:随着数字图像处理、虚拟现实等计算机技术在医学领域内的深入应用,数字医学作为数字艺术与医学的交叉学科,在近年来取得了迅速的发展。医学教学作为医学领域的重要组成部分,也逐步向数字化和虚拟化的方向转变。 在医学教学中,人体解剖学是一门重要的基础课程,是学习中医和西医的必修课。现有的人体解剖教学的形式包括使用尸体标本进行解剖实践、使用图谱及标本等进行人体器官展示、使用数字虚拟人进行教学等。但是传统的尸体解剖方法在近年来面临着人体资源不足的问题,而且在学习解剖过程中,学生长时间吸入其防腐剂的化学成分会危害身体健康;另外,有些学生利用图谱及标本的展示进行学习,但是这种方法缺乏立体感和交互性,难以激发学生的学习兴趣;国外多数学校及国内少数学校已经开始使用数字虚拟人进行解剖教学,但是其教学方式大都使用传统的鼠标、键盘和触摸屏等设备,对于教学的交互性和趣味性仍然存在不足。 为了解决以上问题,本文使用三维交互软件Unity3D结合Kinect手势识别技术开发了一个虚拟人体解剖教学系统。使用本系统可以实现多人观摩、学习和研究,无资源缺乏、化学试剂污染等缺点,可交互,移动方便,可以任意放大、缩小、旋转、翻转人体模型,并且可以单件观看,增进了学生学习的方便性和趣味性。本系统使用Unity3D软件作为主要的开发平台,通过学习分析Unity3D中的三维场景渲染系统和脚本控制系统,实现了模型导入以及与Kinect进行连接,并使用Kinect获取的数据作为输入来控制人体模型的展示。同时,分析了目前使用Kinect进行手势交互的常用方法,包括OpenNI、OpenNI2和微软的Kinect forWindows SDK,并在此基础上在Unity3D中对Kinect for Windows SDK进行封装和扩展,定义了一些常用的手势接口,实现了实时识别手掌握拳、张开、向左或向右滑动、两手张开或并拢等手势,用于控制相应模型的抓取、放开、向左或向右移动、放大或缩小等操作。经过测试,通过以上方法实现的虚拟解剖教学系统表现出了较高的实用性、交互性与趣味性。


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