本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)及訓(xùn)練方法。

背景技術(shù)：

口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)是旨在強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生操作能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，它有助于學(xué)生將醫(yī)學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作能力，在口腔醫(yī)學(xué)的理論和實(shí)習(xí)教學(xué)中起到關(guān)鍵的過渡作用?，F(xiàn)階段我國國內(nèi)的醫(yī)療環(huán)境日趨嚴(yán)峻、能夠提供給我們進(jìn)行教學(xué)和研究的實(shí)習(xí)資源不斷減少，能將理論知識(shí)進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域進(jìn)行醫(yī)學(xué)實(shí)踐教育的主要途徑，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠在一定程度上減輕實(shí)習(xí)教學(xué)的壓力，并能夠在短時(shí)間內(nèi)提高學(xué)生的時(shí)間操作技能、為避免在實(shí)習(xí)臨床工作中產(chǎn)生不必要的醫(yī)患矛盾等方面都有著十分積極的意義。

然而，現(xiàn)階段我國國內(nèi)口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)機(jī)構(gòu)，多數(shù)缺乏完整系統(tǒng)的現(xiàn)代化教學(xué)手段，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中多通過口述或者視頻來講課，學(xué)生無法切身體會(huì)實(shí)驗(yàn)效果。同時(shí)，即使有條件讓學(xué)生實(shí)際操作進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練，由于對學(xué)生的實(shí)際操作進(jìn)行測評的評價(jià)方式為教師目測的主觀方式，教師同一時(shí)間能夠指導(dǎo)的學(xué)生數(shù)量十分有限，教學(xué)效率將大打折扣。

因此，需要一種能夠高度逼真地模擬出現(xiàn)實(shí)中牙齒矯正手術(shù)又便于學(xué)生使用的教學(xué)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)及訓(xùn)練方法，能夠高度逼真地模擬出現(xiàn)實(shí)中牙齒矯正手術(shù)又便于用戶學(xué)習(xí)，大大的節(jié)約了教學(xué)資源，提高了學(xué)習(xí)效率。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：

模型創(chuàng)建模塊，其用于在3dstudiomax和unity3d平臺(tái)中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的實(shí)際場景創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)環(huán)境模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)需使用的實(shí)際手術(shù)工具創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)工具模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案創(chuàng)建三維虛擬牙齒模型及與每個(gè)手術(shù)操作分別對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；

操作按鈕模塊，其用于在unity3d交互界面中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案顯示操作按鈕，并在鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作按鈕后觸發(fā)該操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)步驟的訓(xùn)練；

手術(shù)工具顯示模塊，其用于在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術(shù)工具模型對應(yīng)的手術(shù)工具圖標(biāo)，并在手術(shù)工具圖標(biāo)被鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)，使手術(shù)工具圖標(biāo)對應(yīng)的三維虛擬手術(shù)工具模型顯示出來，再在鼠標(biāo)點(diǎn)擊其他手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)或該三維虛擬手術(shù)工具模型使用完后，使該三維虛擬手術(shù)工具模型消隱；

模型移動(dòng)模塊，其用于控制三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術(shù)工具模型跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)；

碰撞感應(yīng)模塊，其用于在unity3d交互界面中檢測鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線是否碰撞到手術(shù)工具圖標(biāo)或三維虛擬牙齒模型；

手術(shù)效果顯示模塊，其用于在檢測到鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時(shí)，觸發(fā)對應(yīng)的手術(shù)操作；并顯示當(dāng)前手術(shù)操作對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；

提示顯示模塊，其用于在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術(shù)的具體操作流程，在鼠標(biāo)點(diǎn)擊手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)顯示當(dāng)前操作提示，或在牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案的全部步驟均完成時(shí)訓(xùn)練結(jié)果提示。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)還包括視角轉(zhuǎn)換模塊，其用于使在unity3d交互界面中的攝像機(jī)視角跟隨鼠標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)換。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)還包括效果渲染模塊，其用于對三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術(shù)工具模型進(jìn)行特效渲染，所述特效渲染包括高光或高亮。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述三維虛擬手術(shù)工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述手術(shù)操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

本發(fā)明還公開了一種采用所述的一種牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練方法，包括以下步驟：

s1，使用模型創(chuàng)建模塊在3dstudiomax和unity3d平臺(tái)中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的實(shí)際場景創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)環(huán)境模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)需使用的實(shí)際手術(shù)工具創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)工具模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案創(chuàng)建三維虛擬牙齒模型及與每個(gè)手術(shù)操作分別對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；

s2，使用手術(shù)工具顯示模塊在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術(shù)工具模型對應(yīng)的手術(shù)工具圖標(biāo)；

s3，使用提示顯示模塊在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術(shù)的具體操作流程；

s4，使用操作按鈕模塊在unity3d交互界面中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案顯示當(dāng)前步驟對應(yīng)的操作按鈕，并在鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作按鈕后觸發(fā)該操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)步驟的訓(xùn)練；

s5，使用碰撞感應(yīng)模塊在unity3d交互界面中檢測鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線是否碰撞到手術(shù)工具圖標(biāo)；檢測到手術(shù)工具圖標(biāo)被鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)，使用手術(shù)工具顯示模塊使被鼠標(biāo)點(diǎn)擊的手術(shù)工具圖標(biāo)對應(yīng)的三維虛擬手術(shù)工具模型顯示出來；在鼠標(biāo)點(diǎn)擊其他手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)使該三維虛擬手術(shù)工具模型消隱；

s6，使用模型移動(dòng)模塊使三維虛擬手術(shù)工具模型跟隨鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線移動(dòng)；使用碰撞感應(yīng)模塊在unity3d交互界面中檢測到鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的手術(shù)操作；

s7，使用手術(shù)效果顯示模塊在unity3d交互界面中顯示當(dāng)前手術(shù)操作對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；使用手術(shù)工具顯示模塊在該三維虛擬手術(shù)工具模型使用完后，使該三維虛擬手術(shù)工具模型消隱；

s8，當(dāng)前操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)操作的手術(shù)操作全部完成時(shí)，判斷牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案的全部步驟是否全部完成，若否，進(jìn)入步驟s9；若是，進(jìn)入步驟s10；

s9，使用操作按鈕模塊根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案顯示下一步對應(yīng)的操作按鈕，并在鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作按鈕后觸發(fā)該操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)步驟的訓(xùn)練；返回步驟s5；

s10，使用提示顯示模塊向用戶展示訓(xùn)練結(jié)果提示，結(jié)束。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟s6中若觸發(fā)的當(dāng)前手術(shù)操作是拔牙，使用模型移動(dòng)模塊三維虛擬牙齒模型跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在鼠標(biāo)點(diǎn)擊手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)，使用操作提示模塊顯示當(dāng)前操作提示。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，三維虛擬手術(shù)工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述手術(shù)操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明在3dstudiomax和unity3d平臺(tái)中使用模型創(chuàng)建模塊創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)室和患者模型、三維虛擬手術(shù)工具模型和三維虛擬牙齒模型，使用操作按鈕模塊，手術(shù)工具顯示模塊，模型移動(dòng)模塊，碰撞感應(yīng)模塊，手術(shù)效果顯示模塊和提示顯示模塊按照牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案實(shí)現(xiàn)虛擬手術(shù)訓(xùn)練，伴隨用戶的每一項(xiàng)操作，三維虛擬手術(shù)工具模型和三維虛擬牙齒模型會(huì)發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)或變化。本發(fā)明能夠高度逼真地模擬出現(xiàn)實(shí)中牙齒矯正手術(shù)，同時(shí)該牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)可在本地計(jì)算機(jī)上使用也可以兼容web平臺(tái)，通過掛載到學(xué)校的教務(wù)系統(tǒng)，用戶只需登陸學(xué)校的在線學(xué)習(xí)網(wǎng)站即可開展學(xué)習(xí)，方便用戶不受時(shí)間和地點(diǎn)的約束，只需一臺(tái)電腦，通過鼠標(biāo)就可以進(jìn)行實(shí)踐操作和學(xué)習(xí)，大大的節(jié)約了教學(xué)資源，提高了學(xué)習(xí)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：模型創(chuàng)建模塊，其用于在3dstudiomax和unity3d平臺(tái)中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的實(shí)際場景創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)環(huán)境模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)需使用的實(shí)際手術(shù)工具創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)工具模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案創(chuàng)建三維虛擬牙齒模型及與每個(gè)手術(shù)操作分別對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；

操作按鈕模塊，其用于在unity3d交互界面中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案顯示操作按鈕，并在鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作按鈕后觸發(fā)該操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)步驟的訓(xùn)練；

手術(shù)工具圖標(biāo)模塊，其用于在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術(shù)工具模型對應(yīng)的手術(shù)工具圖標(biāo)，并在手術(shù)工具圖標(biāo)被鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)，使手術(shù)工具圖標(biāo)對應(yīng)的三維虛擬手術(shù)工具模型顯示出來，再在鼠標(biāo)點(diǎn)擊其他手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)或該三維虛擬手術(shù)工具模型使用完后，使該三維虛擬手術(shù)工具模型消隱；

模型移動(dòng)模塊，其用于控制三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術(shù)工具模型跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)；

碰撞感應(yīng)模塊，其用于在unity3d交互界面中檢測鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線是否碰撞到手術(shù)工具圖標(biāo)或三維虛擬牙齒模型；每一個(gè)手術(shù)工具圖標(biāo)或三維虛擬牙齒模型都必須加一個(gè)boxcollider的碰撞器，然后鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射射線才能選中對應(yīng)的手術(shù)工具。

手術(shù)效果顯示模塊，其用于在檢測到鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時(shí)，觸發(fā)對應(yīng)的手術(shù)操作；并顯示當(dāng)前手術(shù)操作對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；

提示顯示模塊，其用于在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術(shù)的具體操作流程，在鼠標(biāo)點(diǎn)擊手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)顯示當(dāng)前操作提示，或在牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案的全部步驟均完成時(shí)訓(xùn)練結(jié)果提示。如采用文字框動(dòng)態(tài)顯示牙齒矯正手術(shù)的具體操作流程，添加上一張和下一張的button控件，用戶通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊來控制顯示的章節(jié)數(shù)；添加scrollbar滑動(dòng)條組件，用戶通過鼠標(biāo)拖動(dòng)滑動(dòng)條來控制顯示內(nèi)容。這樣大大增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性及操作性，讓學(xué)習(xí)變得更加有趣，才能讓學(xué)習(xí)效率得到提高。

所述牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)還包括視角轉(zhuǎn)換模塊，其用于使在unity3d交互界面中的攝像機(jī)視角跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)而轉(zhuǎn)換。當(dāng)點(diǎn)中鼠標(biāo)滾輪在屏幕上移動(dòng)時(shí)，攝像機(jī)會(huì)進(jìn)行平行移動(dòng)，則屏幕視圖可以進(jìn)行上下，左右移動(dòng)；當(dāng)控制鼠標(biāo)在屏幕上滑動(dòng)滾輪時(shí)，攝像機(jī)會(huì)拉近、拉遠(yuǎn)，則屏幕視圖可以進(jìn)行放大、縮小，從第一視角出發(fā)給人一種身在其中的感覺。

所述牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)還包括效果渲染模塊，其用于對三維虛擬牙齒模型或三維虛擬手術(shù)工具模型進(jìn)行特效渲染，所述特效渲染包括高光或高亮。如要讓某個(gè)模型產(chǎn)生高亮或者閃爍效果，需要給模型添加highlighter腳本，再給攝像機(jī)添加highlightingrenderer腳本，然后給其添加physicsraycaster組件，顏色變換、閃爍時(shí)間等都可以設(shè)置，只需要調(diào)用highlighter腳本里對應(yīng)的的函數(shù)即可。

三維虛擬手術(shù)工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。所述手術(shù)操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案的全部步驟均完成時(shí)提示顯示模塊顯示訓(xùn)練結(jié)果提示：若拔錯(cuò)了牙齒，顯示治療失敗，需要重新操作；若拔對了牙齒，顯示治療成功；若不拔牙矯正失敗了，需要重新操作；幫助用戶學(xué)習(xí)到正確的治療過程。

本系統(tǒng)可在加載安裝webplayer插件后，在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布為web版本，通過掛載到學(xué)校的教務(wù)系統(tǒng)，用戶只需登陸學(xué)校的在線學(xué)習(xí)網(wǎng)站即可開展學(xué)習(xí)，方便用戶不受時(shí)間和地點(diǎn)的約束，只需一臺(tái)電腦，通過鼠標(biāo)就可以進(jìn)行實(shí)踐操作和學(xué)習(xí)，大大的節(jié)約了教學(xué)資源，提高了學(xué)習(xí)效率。

本發(fā)明還公開了一種采用牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的牙齒矯正手術(shù)訓(xùn)練方法，包括以下步驟：

s1，使用模型創(chuàng)建模塊在3dstudiomax和unity3d平臺(tái)中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的實(shí)際場景創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)環(huán)境模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)需使用的實(shí)際手術(shù)工具創(chuàng)建三維虛擬手術(shù)工具模型；根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案創(chuàng)建三維虛擬牙齒模型及與每個(gè)手術(shù)操作分別對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；

s2，使用手術(shù)工具顯示模塊在unity3d交互界面中顯示與三維虛擬手術(shù)工具模型對應(yīng)的手術(shù)工具圖標(biāo)；

s3，使用提示顯示模塊在unity3d交互界面中向用戶展示牙齒矯正手術(shù)的具體操作流程；

s4，使用操作按鈕模塊在unity3d交互界面中根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案顯示當(dāng)前步驟對應(yīng)的操作按鈕，并在鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作按鈕后觸發(fā)該操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)步驟的訓(xùn)練；

s5，使用碰撞感應(yīng)模塊在unity3d交互界面中檢測鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線是否碰撞到手術(shù)工具圖標(biāo)；檢測到手術(shù)工具圖標(biāo)被鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)，使用手術(shù)工具顯示模塊使被鼠標(biāo)點(diǎn)擊的手術(shù)工具圖標(biāo)對應(yīng)的三維虛擬手術(shù)工具模型顯示出來；在鼠標(biāo)點(diǎn)擊其他手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)使該三維虛擬手術(shù)工具模型消隱；

s6，使用模型移動(dòng)模塊使三維虛擬手術(shù)工具模型跟隨鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線移動(dòng)；使用碰撞感應(yīng)模塊在unity3d交互界面中檢測到鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線碰撞到三維虛擬牙齒模型時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的手術(shù)操作；

s7，使用手術(shù)效果顯示模塊在unity3d交互界面中顯示當(dāng)前手術(shù)操作對應(yīng)的三維虛擬牙齒模型的變化狀態(tài)；使用手術(shù)工具顯示模塊在該三維虛擬手術(shù)工具模型使用完后，使該三維虛擬手術(shù)工具模型消隱；

s8，當(dāng)前操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)操作的手術(shù)操作全部完成時(shí)，判斷牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案的全部步驟是否全部完成，若否，進(jìn)入步驟s9；若是，進(jìn)入步驟s10；

s9，使用操作按鈕模塊根據(jù)牙齒矯正手術(shù)的訓(xùn)練方案顯示下一步對應(yīng)的操作按鈕，并在鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作按鈕后觸發(fā)該操作按鈕對應(yīng)的手術(shù)步驟的訓(xùn)練；返回步驟s5；

s10，使用提示顯示模塊向用戶展示訓(xùn)練結(jié)果提示，結(jié)束。

步驟s6中若觸發(fā)的當(dāng)前手術(shù)操作是拔牙，使用模型移動(dòng)模塊三維虛擬牙齒模型跟隨鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射的射線移動(dòng)。

在鼠標(biāo)點(diǎn)擊手術(shù)工具圖標(biāo)時(shí)，使用操作提示模塊顯示當(dāng)前操作提示。

三維虛擬手術(shù)工具模型包括牙套、鋼牙套和鋼絲。

所述手術(shù)操作包括：拔牙，對大牙安裝鋼牙套，對小牙齒安裝牙套，依次給所有牙齒安裝牙套和安裝固定鋼絲。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。