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美国研发CAVE2虚拟现实系统:医学仿真更多细节
2013年9月30日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    编译:王健亨

      一支由神经外科医生,大学教授,建筑师,学生和工程师组成的研究团队正站立在一个8英尺高的320度环绕3D影院屏幕前,而这些三维视图正是由他们所要研究的数据图像构成。任何人都会为这次研究成果而感到惊讶。近日一个由来自医学院(College of Medicine)的神经外科专家组成的研究小组在伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)为我们揭开了CAVE2的神秘面纱。CAVE2是经过完善增强的第二代产品,能够模拟规模庞大的虚拟现实环境,所以能够展示人类的大脑脉动。脑动脉瘤和中风,是美国的第三大死亡原因,而这一用途很可能在未来的某一天使成百上千的此类病人受益。

   安德烈亚斯·利宁格尔(Andreas Linninger),生物工程教授、有关中风患者的大脑的血流量建模和治疗措施的首席研究员。当他面对这一研究成果,也表示“我们大吃一惊。”多年以来,安德烈亚斯和神经外科的医生们一直费尽苦心的使用笔记本电脑和台式电脑来评估特定病人的生理图像,他们用电脑演算法来构造大脑及其血液的3D视图。将动脉、静脉、和微血管拼凑在一起来为个别患者的大脑创造具有立体感的全大脑图像。其中,还包括尝试为一名特殊患者的脑血管系统建立精准的模型。但是,由于图像有限的空间分辨率限制,即使在今天,配置最高的笔记本电脑或台式电脑都存在不能清晰显示细微事物。也就是说,只有走进一个全自动化虚拟环境中,也被称为“洞穴(CAVE)”才能真正做到细致的观察和研究。在这个空间内,图像都是无缝显示,你可以完全的沉浸在这个由三维数据构成网络世界中做一个真正的观察者。

美国研发CAVE2虚拟现实系统:医学仿真更多细节

   安德烈亚斯说:“几个月内,我们一直在观察一个特定病人大脑的计算机模型,并未有所发现。但把模型输入到CAVE2之后,仅观察了五分钟,负责腔内血管的专家就有所发现:在一定程度上某些动脉的解剖结构不一致。使用UIC虚拟现实系统可以帮助完善外科医生的培训方式,大大提高了病人的护理水平。CAVE2可以将研究人员和外科医生放置在由他们的研究数据所构成的空间中,如果没有CAVE2的这个能力,他们可能仍然会错过这个重要的数据点,停留在建立精准数据模型这一阶段上。

   贾森·雷(Jason Leigh),UIC电子可视化实验室(Electronic Visualization Laboratory 简称EVL)主任表示“如今,几乎所有的科学研究都归属于电子科学,科学家调查的数据大部分被收集、储存、和数字化分析。CAVE 2为我们带来了一种独特的功能,将这些数据用一个大型的虚拟环境表现出来。”

美国研发CAVE2虚拟现实系统:医学仿真更多细节

    CAVE2将可扩展性高分辨率显示墙和虚拟现实系统的有优点合而为一,由此以创造一个无缝的2D和3D虚拟环境。它能够帮助科学家去真正的了解任何事物,无论对象多大、多小、多危险或多遥远。它能够创造一个由研究数据所构成的虚拟现实环境,让研究人员沉浸在他们的数据之中以获得新的发现和认知。

   一旦进入到CAVE2的虚拟空间中,观察员可以相对于可视化模型调整任意的大小比例,例如,系统能够让他们感觉自己要高于一座六成大楼或是小于一个分子。这种不同比例的缩放功能可以使他们进行更为细致方便的观察和研究,并从中获得新的见解和发现。雷(Leigh)说“科学现象的观察都离不开新型数字仪表,包括传感器和自主机器人探测车都随着不断提高的分辨力收集更为完善的数据。例如,现在可以应用超级计算机来模拟全球气候系统,从原子水平的化学反应到自然现象生成大量的数据。

美国研发CAVE2虚拟现实系统:医学仿真更多细节

    CAVE 2正在由ELV研究发展,由美国国家科学基金会(NSF)投资赞助,并通过了美国复苏与再投资法案(American Recovery and Reinvestment Act)。第一代的CAVE也是由由美国国家科学基金会(NSF)资助发展,它是一个由3-D立体电脑绘图后投影到墙壁并向下投射在地板上而形成的虚拟现实空间。经历了的20年发展,相比于第一代CAVE,CAVE2在技术和能力上都发生了十分显著的变化。CAVE用四台投影机来显示3D图像,而CAVE2使用了72台723-D液晶面板。此外,新的系统可以创造一个比上一代扩大两倍规模的虚拟空间,66倍以上的亮度,4176倍的处理能力,和22500倍的存储容量。同时,CAVE2支持信息分析和根据人类的视觉灵敏范围进行分辨率匹配。

   CAVE2是20多年以来虚拟现实技术与大型显示器发展的巅峰。更重要的是,经过这些的改进之后,CAVE2的制作成本较低,几乎达到了当年第一代CAVE系统的一半,花费了大约200万美元。

美国研发CAVE2虚拟现实系统:医学仿真更多细节

   对于安德烈亚斯(Andreas Linninger)来说,CAVE2这一技术无疑是非常宝贵的。他可以增强医生对特定患者血液流量的了解并且帮助预防和治疗动脉瘤和中风,被称为是成千上万美国人的生命。“我认为CAVE2是一项现代化的科学技术,它满足了医学对数据驱动的要求。对于我来说,CAVE2是工作中必不可少的工具,他可以在生物学研究和数据分析方面最大限度的提升科研质量。

   CAVE2将于10月初在芝加哥展开的创新服务周(Ideas Week)、第十二届全球网格研讨会(the 12th Annual Global LambdaGrid Workshop)和UIC学院工程工业咨询委员会(UIC College of Engineering’s Industrial Advisory Board)中亮相。

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   美国国家科学基金会主要仪器研究计划(NSF’s Major Research Instrumentation program)和能源部(Department of Energy)为CAVE2投资。CAVE 和 CAVE2的商标归伊利诺伊大学理事会(University of Illinois Board of Trustees)所有。

标签:CAVE医学医疗
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