Tải bản đầy đủ

Kỹ thuật hiển thị mô hình 3d và ứng dụng vào hiển thị một số hệ xương người lào

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KỸ THUẬT HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D VÀ ỨNG DỤNG VÀO
HIỂN THỊ MỘT SỐ HỆ XƯƠNG NGƯỜI LÀO
LUẬN VĂN THẠC SỸ
KHOA HỌC MÁY TÍNH

SINH VIÊN THỰC HIỆN: PHOUMPASEUD SIVONGSAY
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN VĂN HUÂN

THÁI NGUYÊN 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn, tôi đã nhận được sự hướng

dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Công nghệ Thông tin
và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên.
Trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Công nghệ Thông tin và
Truyền thông – Đai học Thái Nguyên, đến nay em đã kết thúc khóa học 2 năm và
hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Để có được kết quả này em xin chân thành cảm ơn:
Ban Giám hiệutrường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông cùng các
thầy, cô giáo trong trường đã giảng dạy, quan tâm và điều kiện thuận lợi để chúng
em học tập và rèn luyện trong suốt thời gian theo học tại trường.
PGS. TS. Nguyễn Văn Huân đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Thầy đã cho em một hướng đi mới, một cách
tiếp cận mới với một công nghệ 3D còn rất mới mẻ ở CDN Lào, nhưng sẽ rất phát
triển trong tương lai gần bởi những ứng dụng vô cùng quan trọng của nó và bởi
những lợi ích thiết thực mà nó đem lại cho chúng ta.

Thái Nguyên, ngày

tháng

năm

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Phoumpaseud SIVONGSAY

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... 1
MỤC LỤC .......................................................................................................................... 3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................. 7
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 10
CHƯƠNG 1:..................................................................................................................... 13
KHÁI QUÁT VỀ MÔ HÌNH HÓA 3D XƯƠNG TRONG THỰC TẠI ẢO .............. 13
1.1. Khái quát về đồ họa máy tính và thực tại ảo ......................................................... 13
1.1.1 Khái quát về đồ họa máy tính ....................................................................................................... 13
1.1.2. Khái quát về thực tại ảo ................................................................................................................ 16


1.1.3. Một số ứng dụng cơ bản của thực tại ảo ....................................................................................... 20

1.2. Khái quát về giải phẫu, xây dựng bài giảng điện tử giải phẫu............................. 21
1.2.1. Giải phẫu học và giảng dạy giải phẫu ............................................................................................ 21
1.2.2. Ứng dụng thực tại ảo vào giải phẫu trong y học ........................................................................... 23

1.3. Mô hình hóa 3D xương trong thực tại ảo ............................................................... 27
1.3.1. Xương là gì ................................................................................................................................... 27
1.3.2. Cấu trúc và đặc trưng của xương .................................................................................................. 27
1.3.3. Phân loại xương ............................................................................................................................ 28
1.3.4. Mô hình hóa xương trong thực tại ảo............................................................................................ 29
1.3.4.1. Các phần mềm thường sử dụng cho tạo mô hình 3D ................................................................. 29
1.3.4.2. Dựng mô hình từ ảnh thông thường ........................................................................................... 30
1.3.4.3. Dựng mô hình từ dữ liệu máy quét 3D ...................................................................................... 30
1.3.5. Công cụ xây dựng mô hình hóa 3D .............................................................................................. 32

Chương 2: ......................................................................................................................... 33
KỸ THUẬT HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D HỆ XƯƠNG NGƯỜI TRONG Y TẾ ......... 33
2.1. Kỹ thuật Render Volume ......................................................................................... 33
2.1.1. Quy trình (Rendering Process) ...................................................................................................... 34
2.1.2. Các phương pháp tạo bố cục ảnh (image composition) ................................................................ 35

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


2.2. Kỹ thuật biểu diễn bề mặt........................................................................................ 38
2.3. Kỹ thuật Render Volume tương tác........................................................................ 44
2.3.1. Thăm dò và tương tác miền kép .................................................................................................... 44
2.3.2. Dữ liệu thăm dò vật dụng .............................................................................................................. 45
2.3.3. Phân loại vật dụng ......................................................................................................................... 45
2.3.4. Bảng chọn màu sắc ....................................................................................................................... 46

2.4. Kỹ thuật Race Tracking ........................................................................................... 46
2.4.1. Tính toán đường đi của ánh sáng .................................................................................................. 46
2.4.1.1. Tia sáng và Tam giác ................................................................................................................. 46
2.4.1.2. Tia sáng và Tứ giác .................................................................................................................... 47
2.4.1.3. Tia sáng và các mặt bậc hai ....................................................................................................... 48
2.4.1.4. Tia sáng và Mặt ẩn ..................................................................................................................... 49
2.4.1.5. Tia sáng và Mặt NURBS ........................................................................................................... 49
2.4.1.6. Tia sáng và Mặt con ................................................................................................................... 50
2.4.1.7. Tia sáng và Khối hộp ................................................................................................................. 50
2.4.2. Xử lý đổ bóng với Ray tracing ...................................................................................................... 51
2.4.3. Một số vấn đề khác về Ray tracing ............................................................................................... 51
2.4.4. Ray tracing Monte Carlo ............................................................................................................... 53

2.5. Kỹ thuật hiện thị mono, stereo và kết nối tivi 3D .................................................. 58
2.5.1. Thiết bị phần cứng phục vụ cho hiển thị stereo ............................................................................ 58
2.5.2. Nguyên lý hiển thị Stereo.............................................................................................................. 59
2.5.3. Hiển thị hình ảnh thông qua phép chiếu ....................................................................................... 61
2.5.3.1. Phép chiếu phối cảnh ................................................................................................................. 61
2.5.3.2. Hiển Stereo dưới góc nhìn của phép chiếu ................................................................................ 62

Chương 3: ......................................................................................................................... 64
CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM............................................................................... 64
3.1. Phân tích yêu cầu bài toán ....................................................................................... 64
3.2. Phân tích thiết kế, phát triển mô-đun đọc và hiển thị mô hình xương 3D.......... 65
3.2.1. Phân tích và thiết kế mô-đun đọc mô hình 3D bộ xương ............................................................. 65
3.2.2. Phân tích thiết kế và phát triển mô-đun hiển thị hình ảnh 3D bộ xương ...................................... 69
3.2.2.1. Yêu cầu đối với mô-đun ............................................................................................................. 69

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


3.2.2.2.Mô hình hệ thống ........................................................................................................................ 69
3.2.2.3. Phân tích và thiết kế hệ thống .................................................................................................... 70

3.3. Phân tích thiết kế mô - đun thao tác hình ảnh 3D ................................................. 75
3.3.1. Đối tượng sử dụng ........................................................................................................................ 75
3.3.2. Giải pháp ....................................................................................................................................... 76
3.3.3. Phân tích người sử dụng và phân tích nhiệm vụ ........................................................................... 76
3.3.4. Phác họa thiết kế ........................................................................................................................... 78

3.4. Phân tích, lựa chọn công cụ ..................................................................................... 81
3.4.1. Mô tả yêu cầu ................................................................................................................................ 81
3.4.2. Phân tích........................................................................................................................................ 82
3.4.3.Thiết kế .......................................................................................................................................... 83

3.5. Cài đặt phát triển ứng dụng hệ thống hỗ trợ giải phẫu 3D xương ...................... 83
3.5.1. Mục đích và yêu cầu ..................................................................................................................... 83
3.5.2. Cài đặt hệ thống ............................................................................................................................ 84
3.5.3. Các chức năng chính của hệ thống................................................................................................ 84
3.5.4. Mô hình hóa xương người............................................................................................................. 85
3.5.5. Hiển thị mô hình xương người 3D ................................................................................................ 87
3.5.6. Phân tích đánh giá kết quả ............................................................................................................ 88

KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 90

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

TỪ VIẾT TẮT
ACM
CAMTech
CAD/CAM
CNTT
3D
GKS
PHIGS
VR
SW
HW
HMD
CAMTech
MC
CNTT
DC
ELP
GFLP
HMI
INI Net
NLP
NPVR
NURBS
MC
MIP
MinIP
MRI
MS
MT
RT
SR
VR

DIỄN GIẢI
Applied Computational Geometry
Centre for Advanced Media Technology
(Computer-aided Design / Computer-aided Manufacturing)
Công nghệ thông tin
3-Dimension (3 chiều)
(Graphics Kernel System
(Programmer’s Hierarchical Graphics System
Virtual Reality
Soft ware (phần mềm)
Hard Ware (phần cứng)
Head-Mounted Display
(Centre for Advanced Media Technology)
Marching Cube
Công nghệ thông tin
Dividing Cubes
Edge Label Placement
Graphical Feature Label Placement
Human-Machine Interaction
the International Network of Institutions
Node Label Placement
Non-Photorealistic Volume Rendering
Non Uniform Rational B-Spline
MarchingCubes
Maximum Intensity Projection
Minimum Intensity Projection
Magnetic Resonance Imaging
Marching Square
Marching Tetrahedrons
Ray Tracing
Surface Rendering
Virtual Reality

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống đồ họa ............................................................................................. 14
Hình 1.2. Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức) .................................... 17
Hình 1.3. Ba đặc tính của VR ......................................................................................... 18
Hình 1.4. Các thành phần một VR ................................................................................. 18
Hình 1.5. Phẫu thuật ảo – Phương pháp đào tạo phẫu thuật mới dùng công nghệ
Thực tại ảo ....................................................................................................................... 24
Hình 1.6. Mô hình bộ xương .......................................................................................... 18
Hình 1.7. Dựng mô hình 3D bằng máy quét .................................................................. 18
Hình 1.8. Kết quả dựng mô hình từ dữ liệu máy quét 3D ............................................. 30
Hình 2.1 Hình ảnh 3D biểu diễn theo kỹ thuật VR ....................................................... 34
Hình 2.2 Minh họa kỹ thuật object –order ..................................................................... 34
Hình 2.3 Minh họa kỹ thuật image –order ..................................................................... 35
Hình 2.4 Mô hình Blinn / Kajiya .................................................................................... 35
Hình 2.5 Minh họa kỹ thuật đơn giản hóa tính toán cường độ ánh sang .................... 36
Hình 2.6 Sơ đồ tổng quan của rendering MIP. ............................................................. 37
Hình ảnh 2.7 Hình ảnh 3D được biểu diễn theo phươg pháp SR ................................ 38
Hình ảnh 2.8 Minh họa thuật toán Marching square ................................................... 39
Hình ảnh 2.9 trường hợp Marching Square .................................................................. 39
Hình ảnh 2.10 Minh họa tạo bề mặt từ các đường viền ................................................ 40
Hình ảnh 2.11 Xây dựng bề mặt theo giá trị của các đỉnh. ........................................ 41
Hình ảnh 2.12 Các trườg hợp một mặt đi qua khối lập phương trong thuật toán
Marching Cubes ............................................................................................................... 41
Hình ảnh 2.13 Một trường hợp lỗi của Marching Cubes ............................................. 42
Hình 2.14 Chia khối lập phương thành các khối tứ diện.............................................. 42
Hình 2.15 Hai trường hợp mặt phẳng đi qua khối tứ diện trong thuật toán Marching ...
.......................................................................................................................................... 42
Hình 2.16 Minh họa thuật toán Dividing Cubes để vẽ đương trong mặt phẳng .......... 43
Hình 2.17 Minh họa thuật toán Dividing Cubes trong không gian ba chiều ............... 43
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Hình 2.18 Thăm dò và tương tác miền kép .................................................................... 44
Hình 2.19. Tứ giác abcd và cặp tọa độ song tuyến (u, v). .............................................. 47
Hình 2.20. Tứ giác abcd được tính xấp xỉ bằng hai tam giác. ...................................... 48
Hình 2.21. (a) Khối hộp thông thường; (b) Khối hộp trục liên kết. .............................. 50
Hình 2.22.(a) Các tia đổ bóng; (b) Hai ấm trà được xử lý đổ bóng bằng RT .............. 51
Hình 2.23. Biểu diễn hình học hướng phản xạ của tia sáng ........................................ 52
Hình 2.24.(a) Hai ấm trà bằng cờ-rôm và hiệu ứng phản xạ; (b) Cận cảnh hiệu ứng ....
phản xạ của hai ấm trà. ................................................................................................... 52
Hình 2.25. Biểu diễn hình học hướng khúc xạ của tia sáng. ....................................... 53
Hình 2.26. Hai ấm trà bằng thủy tinh với hiệu ứng phản xạ và khúc xạ. .................... 53
Hình 2.27. Cây phản xạ và khúc xạ tia sáng với Ray tracing phân tán. ...................... 54
Hình 2.28.(a) Các tia đổ bóng; (b) Hai ấm trà đổ bóng mềm với nguồn sáng hẹp. ..... 55
Hình 2.29.(a) Các tia đổ bóng; (b) Hai ấm trà đổ bóng với nguồn sáng rộng. ............ 55
Hình 2.30.(a) Hai ấm trà với hiệu ứng phản xạ bề mặt bóng; (b) Cận cảnh hiệu ứng
phản xạ bề mặt bóng. ...................................................................................................... 56
Hình 2.31. Hai ấm trà trên nền ca-rô với hiệu ứng phản xạ khuếch tán. .................... 56
Hình 2.32. (a) Đường đi của tia sáng gây ra độ mờ hữu hạn; (b) Hai ấm trà với hiệu
ứng độ sâu trường ảnh. ................................................................................................... 57
Hình2.33. Hai ấm trà với hiệu ứng làm mờ chuyển động. ............................................ 57
Hình 2.34. Kính AnaglyphGlass và hai hình ảnh đỏ, xanh của chiếc ghế .................. 59
Hình 2.35. Nguyên lý hoạt động của kính ShutterGlass ............................................... 59
Hình2.36. Quá trình thu nhận ảnh của con người ....................................................... 60
Hình 2.37. Quan sát đối tượng bằng một mắt (mắt phải) ............................................. 60
Hình 2.38. Dùng hai camera để tạo ra hai hình ảnh của đối tượng ............................ 61
Hình 2.39. Phép chiếu phối cảnh một tâm chiếu ........................................................... 61
Hình 2.40. Phép chiếu hai tâm chiếu ............................................................................. 62
Hình 2.41. Hiển thị stereo với người hai mắt ................................................................ 63
Hình 2.42. Hiển thị stereo trường hợp một phép chiếu kết hợp với 2 phép xoay ......... 64
Hình 3.1. Biểu đồ Use Case Mô-đun đọc mô hình bộ xương 3D .................................. 66
Hình 3.2. Biểu đồ Use Case Mô-đun hiện thị hình ảnh mô hình bộ xương 3D .......... 71
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Hình 3.3. Thư mục chứa các file của phần mềm .......................................................... 84
Hình 3.4. Mô hình các xương vùng đầu mặt ................................................................. 85
Hình 3.5: Mô hình các xương sườn và xương ức ......................................................... 86
Hình 3.6. Mô hình xương cột sống ................................................................................. 86
Hình 3.7. Mô hình hệ xương trục cơ thể người ............................................................. 87
Hình 3.8. Đọc và hiện thị mô hình 3D hệ xương ........................................................... 87

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


MỞ ĐẦU
Hiện nay, bài toán về các hệ xương người là một bài toán luôn chiếm được
sự nghiên cứu nhiều của các nhà khoa học về y học nói chung và giải phẫu học
nói riêng trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Vì các hệ xương đóng vai trò quan
trọng trên cơ thể mỗi người. Tuy nhiên, các bệnh tật liên quan tới xương khớp
xảy ra rất lớn, các vấn đề xảy ra khác trong cuộc sống hằng ngày như tai nạn
giao thông, tai nạn lao động, nghề nghiệp thì hầu hết các sự viện xảy ra như vậy
đều liên quan nhiều tới các xương khớp. Vì vậy, để hỗ trợ tốt nhất cho vấn đề
này thì trong ngành y học có những lĩnh vực hẹp nghiên cứu sâu liên quan giải
phẫu học, cơ xương,…
Mặc dù, các quốc gia trên thế giới đã tích cực quan tâm tới lĩnh vực này,
đã có nhiều bác sĩ được đào tạo để có những phương pháp, kỹ năng chuẩn đoán
bệnh xương tốt, phương pháp mới. Nhưng hiện nay, số lượng bác sĩ được đào
tạo trên mỗi quốc gia vẫn chưa đáp ứng được những yêu cầu thực tế, đặc biệt
về chất lượng và trình độ khám chữa bệnh thì nhiều bác sĩ ở vẫn chưa đáp ứng
được như ở những quốc gia chậm phát triển, chẳng hạn như Lào,… Bời vì, quốc
gia họ còn thiếu các trang biết bị, hệ thống thực hành thí nghiệm hỗ trợ đào tạo
và tập huấn cho bác sĩ. Các trường đại học, cao đẳng cũng chưa đủ lực về tài
chính để có thể đầu tư các trang thiết bị, phần mềm thực hành thí nghiệm. Điều
này có thể khẳng định được việc thiếu thốn này ngay tại Trường Đại học Y tế
và Sức Khỏe thủ đô Viêng Chăn, Lào cũng thiếu thốn và chưa có xác người,
các bộ phận hay hệ xương người thật để thực hành, thí nghiệm cho học tập,
giảng dạy và nghiên cứu, chưa có một bài giảng điện tử ảo nào để hỗ trợ giảng
dạy liên quan tới giải phẫu hay phẫu thuật. Vì vậy, có thể nói đây là một vấn đề
thực tế đang được đặt ra và cần tìm những giải pháp hữu hiệu để khắc phục khó
khăn này.
Trong những năm gần đây, nhờ có sự phát triển của công nghệ đồ họa máy
tính đã làm thay đổi hoàn toàn việc tương tác giữa người và máy. Đã có một
loạt các ứng dụng đồ họa máy tính ra đời, đáp ứng được nhiều nhu cầu của xã
hội như trong lĩnh vực y tế. Xuất phát từ tình hình thực tế như vậy, ngành Y
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


khoa cũng đang triệt để ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) để phục vụ cho
nhu cầu của ngành mình. Trên thế giới hiện nay đã sử dụng công nghệ mô hình
hóa các thành phần trong trên người thật như các bộ phận tiêu hóa, hệ xương,…
trên không gian 3 chiều ảo để phục vụ cho nghiên cứu, thực hành phẫu thuật và
những mục đích có liên quan. Với công nghệ mô phỏng trên máy tính hiện nay,
cơ thể người đã được hiện thị nhiều chiều trong không gian ảo, hay còn gọi là
thực tại ảo.
Qua quá trình học tập tại Việt Nam, tại trường Đại học Công nghệ thông tin
và Truyền thông, Đại học Thái Nguyên và xuất phát từ nhu cầu thực tế
tạiTrường Đại học Y tế và Sức Khỏe thủ đô Viêng Chăn, Lào cũng như quốc
gia Lào, em lựa chọn đề xuất đề tài nghiên cứu một số kỹ thuật“Kỹ thuật hiển
thị mô hình 3D và ứng dụng vào hiển thị một số hệ xương người Lào” dựa
trên lý thuyết xử lý ảnh, các thuật toán giải và ứng dụng vào mô hình thực tế và
được xác định là sẽ có ý nghĩa về lý thuyết và ứng dụng trong cuộc sống nói
chung, cho ngành Y khoa nói riêng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng
+ Hệ xương người Lào
+ Đặc tả đối tượng hệ xương người Lào trên công nghệ 3D
+ Các thuật toán giải và ứng dụng
+ Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh 3D cho đối tượng hệ xương Lào
+Nghiên cứu các thuật toán xử lý đồ họa 3D, lựa chọn thuật toán phù hợp
để cài đặt
Phạm vi nghiên cứu
+ Lý thuyết:
- Nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết xử lý ảnh, công nghệ thực tại ảo.
- Công cụ mô hình hóa 3D về các đối tượng hệ xương
- Mô hình hóa hệ xương người Lào trên công nghệ 3D
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


- Phân tích, biểu diễn mô hình xương
+ Thực nghiệm:
- Nghiên cứu mô phỏng 3D hệ xương người Lào.
- Biểu diễn, trích xuất dữ liệu về xương
Hướng nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu lý thuyết, thu thập, phân tích các tài liệu có liên quan đến đối
tượng của đề tài.
- Nghiên cứu, xây dựng mô hình 3D hệ xương người trong thực tại ảo.
- Đánh giá, quan sát và hiệu chỉnh đối tượng 3D, kết xuất được một thành
phần mô hình của đối tượng ra file định dạng nhằm phục vụ cho các yêu cầu
thực tế.
Nội dung nghiên cứu:
Dự kiến nội dung báo cáo của luận văn gồm: Phần mở đầu, 3 chương
chính, phần kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục. Bố cục được trình bày
như sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


CHƯƠNG 1:
KHÁI QUÁT VỀ MÔ HÌNH HÓA 3D XƯƠNG TRONG THỰC TẠI ẢO
1.1. Khái quát về đồ họa máy tính và thực tại ảo
1.1.1 Khái quát về đồ họa máy tính
Đồhọa máy tình (Computer Graphics) là một trong những chương trính thông
dụng nhất, nó đã góp phần quan trọng làm cho giao tiếp giữa con người và máy tình
trở nên thân thiện hơn. Giao diện kiểu dòng lệnh đã được thay thế hoàn toàn bằng
giao diện đồ họa, cùng với công nghệ đa phương tiện (multimedia) đã đưa ngành
Công nghệ thông tin sang một phiên bản mới
Đồ họa máy tình đã phát triển rất nhanh, nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khoa học, công nghệ như y học, kiến trúc, giải trì,…Đồ họa máy tình giúp chúng ta
thay đổi cách cảm nhận và sử dụng máy tình, nó đã trở thành những công cụ trực
quan không thể thiếu trong đời sống hàng ngày. Ví vậy môn Đồ họa máy tình là một
môn học chình trong chuyên ngành Công nghệ thông tin ở các trường Đại học, Cao
đẳng
Ngày nay, đồ họa máy tình được ứng dụng rộng rãi trong ngành còng nghệ
thông tin. Khó mà tím được một ứng dụng thương mại của còng nghệ thông tin không
sử dụng một thành phần nào đó của hệ đồ họa máy tình. Đồ họa máy tình ở vị trì quan
trọng trong lĩnh vực thiết kế và giao tiếp kỹ thuật. Nó là cơ sở để chuyển đổi các giải
pháp tình toán số sang thể hiện hính ảnh tự nhiên cho thiết kế kỹ thuật hay muốn sáng
tỏ một vấn đề phức tạp. Đồ họa máy tình biểu diễn được hính ảnh đối tượng, quan hệ,
dữ liệu, vị trì … Đồ họa máy tình còn có chức năng mô tả kìch thước của đối tượng,
phân tìch dữ liệu. Trong những thập niên cuối thế kỷ 20, sự phát triển mạnh của những
hệ đồ họa như CAD/CAM đã trở thành chuẩn còng nghiệp và trường học.
Mục tiêu của đồ họa máy tình có chức năng tạo ra và thao tác các hính ảnh đồ
họa, nên nó phải có khả năng tạo ra và hiệu chỉnh các hính ảnh bằng các tương tác và
đáp ứng. Các ứng dụng đồ họa đưa ra các chỉ dẫn thuật ngữ theo yêu cầu đồ họa người
dùng. Thư viện đồ họa thực hiện tương tác, làm cầu nối cho giao tiếp giữa người dùng
và các thiết bị đơn giản hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Hình 1.1. Hệ thống đồ họa
Một trong các yêu cầu chình của một hệ thống đồ họa là các ứng dụng, áp dụng
cho nhiều hệ thiết bị, phải được phát triển không phụ thuộc vào phần cứng. Để có
được điều đó, phải có tiêu chuẩn hóa cho môi trường đồ họa ở mức chức năng, bằng
việc cung cấp sự độc lập thiết bị và ngôn ngữ lập trính.
Sự độc lập với thiết bị cho phép các chương trính ứng dụng đồ họa chạy trên
các dạng phần cứng khác nhau. Nó được thực hiện thông qua thiết bị nhập xuất logic
cung cấp cho phần mềm ứng dụng thông qua thư viện đồ họa và ánh xạ thiết bị cụ
thể.
Cho tới nay, có những tiêu chuẩn đồ họa đã được phát triển trong nhiều năm,
bao gồm: GKS(Graphics Kernel System - 1985), được phát triển riêng cho các thiết
bị nhập xuất 2 chiều. GKS-3D bổ sung thêm khả năng lập trính 3 chiều. PHIGS
(Programmer’s Hierarchical Graphics System - 1984) hay PHIGS+ bao gồm khả năng
lập trính không gian , tạo thành thao tác dữ liệu đồ họa phức tạp …
Các tiêu chuẩn đồ họa thực tế là kết quả của việc chấp nhận trong còng nghiệp
các giao diện đặc trưng, được đề xuất bởi nhiều còng ty và không nëu ra trong các
tiêu chuẩn chình thức. Được nhắc đến trong số này là hệ X-Windows, cung cấp một
loạt các chức năng nhập và thao tác đồ họa 2 chiều. Sự mở rộng được bắt đầu vào
giữa những năm 80 là hệ X-Windows 3 chiều.
Để đảm bảo sự linh hoạt, các tiêu chuẩn đồ họa thiết lập cho ứng dụng các thay
đổi tối thiểu, cho phép nó định địa chỉ các thiết bị nhập xuất khác nhau. Khởi đầu,
người lập trính tạo ra một hệ thống tọa độ mô hính, mô tả đối tượng gọi là hệ thống
tọa độ thực. Tiếp theo, là hệ tọa độ tiêu chuẩn và hệ tọa độ thiết bị. Chương trính ứng
dụng sẽ giao tiếp với hệ tọa độ chuẩn theo cách thức phù hợp, không quan tâm đến
thiết bị xuất được dùng. Do đó, tạo ra sự độc lập với thiết bị trong việc tạo ra hính ảnh
của đối tượng.
 Phần cứng đồ họa
Phần cứng đồ họa bao gồm các thành phần:
CPU: Thực hiện các chương trính ứng dụng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Bộ xử lý hiển thị (Display Processor): Thực hiện còng việc hiển thị dữ liệu
đồ hoạ.
Bộ nhớ hệ thống (System Memory): Chứa các chương trính và dữ liệu đang
thực hiện. 
Gói phần mềm đồ hoạ (Graphics Package): Cung cấp các hàm đồ hoạ cho
chương trính ứng dụng
Phần mềm ứng dụng (Application Program): Phần mềm đồ hoạ ứng dụng.
Bộ đệm ( Frame buffer): Chứa các hính ảnh hiển thị.
Bộ điều khiển màn hính (Video Controller): Điều khiển màn hính, chuyển
dữ liệu dạng số ở frame buffer thành các điểm sáng trên màn hính.
 Phần mềm đồ họa
Phần mềm đồ họa bao gồm các các còng cụ lập trính cung cấp một tập các
hàm đồ họa có thể được dùng trong các ngôn ngữ lập trính cấp cao như C,
Pascal, .. Các hàm cơ sở của nó bao gồm việc tạo các đối tượng cơ sở của hính
ảnh như đoạn thẳng, đa giác, đường tròn,… thay đổi màu sắc, chọn khung nhín,
áp dụng các phép biến đổi.
Các ứng dụng đồ họa được thiết kế cho những người dùng không phải là
lập trính viên, cho phép người dùng tạo các đối tượng, hính ảnh, … mà không
cần quan tâm tới việc chúng được tạo ra như thế nào. Vì dụ như là Photoshop,
AutoCAD, …
Mục tiêu căn bản của các phần mềm đồ họa được chuẩn là tình tương thìch.
Khi các còng cụ được thiết kế với các hàm đồ họa chuẩn, phần mềm có thể được
di chuyển một cách dễ dàng từ hệ phần cứng này sang hệ phần cứng khác và
được dùng trong nhiều cài đặt và ứng dụng khác nhau.
Chuẩn cho việc phát triển các phần mềm đồ họa đã ra đời đó là GKS
(Graphics Kernel System – Hệ đồ họa cơ sở). Hệ thống nàyban đầu được thiết
kế cho tập các còng cụ đồ họa hai chiều, sau đó được phát triển và mở rộng cho
đồ họa ba chiều.
Các hàm của GKS thực sự chỉ là các mô tả trừu tượng, độc lập với bất kí ngôn
ngữ lập trính nào. Để cài đặt một chuẩn đồ họa cho ngôn ngữ cụ thể nào, các cú
pháp tương ứng sẽ được xác định và cụ thể hóa.
GKS xác lập được các ý tưởng ban đầu cho các hàm đồ họa cơ sở, tuy
nhiên nó không cung cấp một cách thức chuẩn cho việc giao tiếp đồ họa với các
thiết bị xuất. Nó cũng không xác định các cách thức cho các mô hính thời gian
thực cũng như các cách thức lưu trữ và chuyển đổi hính ảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


1.1.2. Khái quát về thực tại ảo
Thực tại ảo (virtual reality- VR) là thuật ngữ miêu tả một môi trường mô phỏng
bằng máy tính. Đa phần các môi trường thực tại ảo chủ yếu là hình ảnh hiển thị trên
màn hình máy tính hay thông qua kính nhìn 3 chiều, tuy nhiên một vài mô phỏng cũng
có thêm các loại giác quan khác khác như âm thanh hay xúc giác.
Công nghệ thực tại ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện khoảng đầu thập kỷ 90,
nhưng thực sự phát triển mạnh trong vòng vài năm trở lại đây. Theo dự đoán của
Gartner (tổ chức nghiên cứu thị trường toàn cầu), VR đứng đầu danh sách 10 công
nghệ chiến lược năm 2009. Tại Mỹ và châu Âu thực tại ảo (VR) đã và đang trở thành
một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực và tiềm
năng kinh tế, cũng như tính lưỡng dụng của nó.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu VR từ nhiều năm nay và đã thừa nhận VR là
một công nghệ có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn. Nhiều bài báo, chương trình giới
thiệu truyền hình, hội thảo,... đã miêu tả VR theo nhiều cách khác nhau về ứng dụng
VR vào cuộc sống.
Các yêu cầu đối với một hệ thống VR : Vậy VR như thế nào ? Trước hết chúng
ta hãy giải thích nó qua khía cạnh chức năng. VR là một hệ thống mô phỏng trong đó
đồ họa máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới "như thật". Hơn nữa, thế giới
"nhân tạo" này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn của người sử
dụng. Điều này xác định một đặc tính chính của VR, đó là tương tác thời gian thực
(real-time interactivity). Thời gian thực ở đây có nghĩa là máy tính có khả năng nhận
biết được tín hiệu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập tức thế giới ảo. Người
sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu
hút bởi sự mô phỏng này. Điều này, chúng ta có thể nhận thấy ngay khi quan sát trẻ
nhỏ chơi Video game. Theo báo Bild (Đức), có hai trẻ nhỏ ở Anh bị thu hút và mải
mê chơi Nintendo đến nỗi ngay cả khi nhà chúng đang bị cháy cũng không hề hay
biết! Tương tác và khả năng thu hút của VR góp phần lớn vào cảm giác đắm chìm
(immersion), cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình mà người sử
dụng đang trải nghiệm. Nhưng VR còn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa nhờ tác động
lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Trong thực tế, người dùng không những
nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi (như hình nổi ở trang cuối báo Hoa học trò đã đăng
trước kia), điều khiển (xoay, di chuyển,..) được đối tượng trên màn hình (như trong
game), mà còn sờ và cảm thấy chúng như có thật. Ngoài khả năng nhìn (thị giác),
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


nghe (thính giác), sờ (xúc giác), các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu để tạo các
cảm giác khác như ngửi (khứu giác), nếm (vị giác). Tuy nhiên, hiện nay trong VR các
cảm giác này cũng ít được sử dụng đến.
Từ các phân tích trên, chúng ta có thể thấy định nghĩa sau đây của C. Burdea và
P.Coiffet về VR là tương đối chính xác: VR-Thực tại ảo là một hệ thống giao diện
cấp cao giữa Người sử dụng và Máy tính. Hệ thống này mô phỏng các sự vật và hiện
tượng theo thời gian thực và tương tác với người sử dụng qua tổng hợp các kênh cảm
giác. Đó là ngũ giác gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác, vị giác. Khái niệm
này tương đối sát thực tế, tuy nhiên "trăm nghe không bằng một thấy", cho dù bạn có
tưởng tượng đến đâu cũng chỉ có thể "hình dung" chứ không thể "cảm thấy" một VR.
Theo ý kiến của nhiều chuyên gia, mặc dù nghiên cứu lý thuyết nhiều về VR, nhưng
chỉ tới khi họ được thực hành trực tiếp trong một CAVE (một hệ thống VR) thì mới
cảm nhận hết một thế giới VR kỳ diệu như thế nào. Hy vọng trong tương lai gần, tại
Việt nam sẽ có một hệ thống VR đầy đủ để chúng ta có thể cảm nhận được sự sáng
tạo vĩ đại của con người.

Hình 1.2. Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức)
Như trên đã trình bày, 2 đặc tính chính của VR là Tương tác và Đắm chìm, đây
là hai "I" (Interactive, Immersion) mà nhiều người đã biết. Tuy nhiên VR cần có 1
đặc tính thứ 3 mà ít người để ý tới. VR không chỉ là một hệ thống tương tác NgườiMáy tính, mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới việc giải quyết các vấn đề thật
trong kỹ thuật, y học, quân sự,... Các ứng dụng này do các nhà phát triển VR thiết kế,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng tưởng tượng của con người, đó chính là
đặc tính "I" (Imagination) thứ 3 của VR. Do đó, có thể coi VR là tổng hợp của 3 yếu
tố: Tương tác-Đắm chìm-Tưởng tượng, (3 chữ I trong tiếng Anh: InteractiveImmersion- Imagination) như trong hình sau thể hiện.

Hình 1.3. Ba đặc tính của VR
Tổng quát một VR bao gồm những 5 thành phần sau:

Hình 1.4. Các thành phần một VR
Trong nội dung này chỉ tập chung giới thiệu vào SW (phần mềm) và HW (phần
cứng), còn các thành phần khác: Mạng liên kết, Người dùng, Các ứng dụng sẽ không
đề cập.
Phần cứng (Hardware) của một VR bao gồm:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


1. Máy tính (PC hay Workstation với cấu hình đồ họa mạnh).
2. Các thiết bị đầu vào (Input devices): là các thiết bị có khả năng kích thích các
giác quan để tạo nên cảm giác hiện hữu trong thế giới ảo gồm có : Bộ dò vị trí
(position tracking) để xác định vị trí quan sát. Bộ giao diện định vị (Navigation
interfaces) để di chuyển vị trí người sử dụng. Bộ giao diện cử chỉ (Gesture
interfaces) như găng tay dữ liệu (data glove) để người sử dụng có thể điều khiển
đối tượng.
3. Các thiết bị đầu ra (Output devices): gồm hiển thị đồ họa (như màn hình, mũ đội
đầu có màn hiển thị HDM,..) để nhìn được đối tượng 3D nổi. Thiết bị âm thanh
(loa) để nghe được âm thanh vòm (như Hi-Fi, Surround,..). Bộ phản hồi cảm
giác (Haptic feedback như găng tay,..) để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tượng. Bộ
phản hồi xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác động như khi cưỡi ngựa, đạp
xe, đi đường xóc,...
Phần mềm (Software) luôn là linh hồn của VR cũng như đối với bất cứ một hệ
thống máy tính hiện đại nào. Về mặt nguyên tắc có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập trình
hay phần mềm đồ họa nào để mô hình hóa (modelling) và mô phỏng (simulation) các
đối tượng của VR. Ví dụ, như các ngôn ngữ (có thể tìm miễn phí) OpenGL, C++,
Java3D, VRML, X3D,... hay các phần mềm thương mại như WorldToolKit,
PeopleShop,... Phần mềm của bất kỳ VR nào cũng phải bảo đảm 2 công dụng chính:
Tạo hình vào Mô phỏng. Các đối tượng của VR được mô hình hóa nhờ chính phần
mềm này hay chuyển sang từ các mô hình 3D (thiết kế nhờ các phần mềm CAD khác
như AutoCAD, 3D Studio,..). Sau đó phần mềm VR phải có khả năng mô phỏng động
học, động lực học, và mô phỏng ứng xử của đối tượng.
Bộ giả lập thực tại (reality simulator) bao gồm hệ thống máy tính, phần cứng
ngoại vi, thiết bị đồ họa và các thiết bị đa phương tiện cung cấp cho bộ tác động những
thông tin giác quan cần thiết được xem là trái tim của hệ thống thực tế ảo. Chẳng hạn,
trong hệ thống mô phỏng cabin lái máy bay, ô tô, tàu biển… thì mô hình cabin là
“reality simulator”. Các thiết bị mô phỏng hệ thống cabin tạo ra một môi trường ảo,
trong đó người sử dụng điều khiển thiết bị giả lập và nhận được cảm giác như khi
thao tác ở môi trường thực tế. Thí dụ như một người sử dụng VR và có cảm nhận như
đang học lái xe với các găng tay có cảm biến điều khiển thao tác lái xe bằng cách nhìn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


vào màn hình nối với hệ thống máy tính mô phỏng đặt ở xa. Ðây là một thí dụ về ứng
dụng VR để luyện tập lái xe. Khi nào cảm thấy thành thạo mới lái trong thực tế, như
vậy rất an toàn và thành công.
Công cụ quan trọng khác là mũ đội đầu có màn hiển thị (HMD- Head-Mounted
Display), mũ này có bộ ống nhòm vạn năng điều hướng (Boom - Binocular Omni
Orientation Monitor). Người sử dụng đội mũ, đeo kính đặc biệt và qua ống nhòm nhìn
trực tiếp lên màn hình của mũ đội đầu nối với máy tính mô phỏng, thấy rõ môi trường
3D. Khi quay đầu sẽ thấy môi trường biến động theo chiều quay như trong thực tiễn.
Bộ đôi găng tay dữ liệu sẽ tác động khi các ngón tay của người sử dụng chạm
vào các bộ cảm biến, ra các lệnh điều khiển các đối tượng trên màn hình mô phỏng.
Còn có nhiều công cụ tinh vi khác, tùy theo nhu cầu tác động lên môi trường VR, làm
cho hoạt động hết sức phong phú.
Lịch sử phát triển của VR thực tế không phải là một phát minh mới, mà ngay từ
năm 1962 Morton Heilig (Mỹ) đã phát minh ra thiết bị mô phỏng SENSORAMA.
Tuy nhiên, cũng như nhiều ngành công nghệ khác, VR chỉ thực sự được phát triển
ứng dụng rộng rãi trong những năm gần đây nhờ vào sự phát triển của tin học (phần
mềm) và máy tính (phần cứng). Ngày nay VR đã trở thành một ngành công nghiệp và
thị trường VR tăng trưởng hàng năm khoảng 21% và dự tính đạt khoảng 3,4 tỷ $ năm
2005 (theo Machover, 2004). => Theo dự đoán của Gartner (tổ chức nghiên cứu thị
trường toàn cầu), VR đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lược năm 2009 và là
hướng lựa chọn đầu tư phát triển tiềm năng của tương lai.
1.1.3. Một số ứng dụng cơ bản của thực tại ảo
Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy VR được ứng dụng trong mọi
lĩnh vực: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch, địa ốc... và đáp ứng
mọi nhu cầu: Nghiên cứu- Giáo dục- Thương mại-dịch vụ. Y học, du lịch là lĩnh vực
ứng dụng truyền thống của VR. Bên cạnh đó VR cũng được ứng dụng trong giáo dục,
nghệ thuật, giải trí, du lịch ảo (Virtual Tour), bất động sản... Trong lĩnh vực quân sự,
VR cũng được ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển. Bên cạnh các ứng dụng
truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng mới nổi lên trong thời gian gần đây của
VR như: VR ứng dụng trong sản xuất, VR ứng dụng trong ngành rôbốt, VR ứng dụng
trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu mỏ, hiển thị thông tin khối, ứng dụng cho ngành
du lịch, ứng dụng cho thị trường bất động sản....) VR có tiềm năng ứng dụng vô cùng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


lớn. Có thể nói tóm lại một điều: Mọi lĩnh vực "có thật " trong cuộc sống đều có thể
ứng dụng "thực tế ảo" để nghiên cứu và phát triển hoàn thiện hơn.

1.2. Khái quát về giải phẫu, xây dựng bài giảng điện tử giải phẫu
1.2.1. Giải phẫu học và giảng dạy giải phẫu
Giải phẫu học người (Human anatomy) là môn khoa học nghiên cứu cấu trúc
cơ thể con người. Từ “anatomia” là từ Hy Lạp có nghĩa là “chia tách ra hay phẫu
tích”. Từ phẫu tích “dissection” bắt nguồn từ tiếng Latin có nghĩa là “cắt rời thành
từng mảnh”. Từ này lúc đầu đồng nghĩa với từ giải phẫu (anatomy) nhưng ngày nay
nó chỉ là từ dùng để chỉ một kỹ thuật để bộc lộ và quan sát các cấu trúc cơ thể nhìn
thấy được bằng mắt thường (giải phẫu đại thể), trong khi đó từ giải phẫu là từ chỉ
một chuyên ngành hay một lĩnh vực nghiên cứu khoa học mà những kỹ thuật được
sử dụng nghiên cứu bao gồm không chỉ phẫu tích mà cả những kỹ thuật khác như
siêu âm, chụp X-quang.
Ngoài phẫu tích, người ta có thể quan sát được các cấu trúc cơ thể (hệ xương - khớp
và các khoang cơ thể) bằng chụp tia X gọi là giải phẫu X-quang (radiological anatomy).
Giải phẫu X-quang là một phần quan trọng của giải phẫu đại thể và là cơ sở của chuyên
ngành X-quang. Chỉ khi hiểu được sự bình thường của các cấu trúc trên phim chụp Xquang thì ta mới nhận ra được các biến đổi bất thường của chúng trên phim chụp do bệnh
tật hoặc chấn thương gây ra. Ngày nay, đã có thêm nhiều kỹ thuật mới làm hiện rõ hình
ảnh cấu trúc cơ thể (chẩn đoán hình ảnh) như siêu âm, chụp cắt lớp vi tính (CT scanner),
chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)...chính vì vậy mà Giải phẫu học là một môn cơ bản,
mở đầu và khai sinh ra tất cả những môn phân hoá và phát triển đã nêu trên của nó. Hình
thái học là một lĩnh vực cơ bản đầu tiên của sinh học và cũng là cơ sở cho lĩnh vực sinh
lý học bên Lào.
Trong y học, giải phẫu học là môn cơ sở của các môn y học cơ sở cũng như các
môn y học lâm sàng. Thật vậy, không thể hiểu được cấu tạo tế bào của từng mô, từng
cơ quan (mô học), không thể hiểu được sự phát triển của từng cá thể (phôi thai học),
cũng như chức năng của từng cơ quan (sinh lý học)... nếu chúng ta không biết về hình
thái, cấu trúc của các cơ quan đó. Đối với các môn y học lâm sàng cũng vậy, người
thầy thuốc cần phải có kiến thức giải phẫu mới có thể thăm khám các phủ tạng để chẩn
đoán cũng như điều trị có kết quả. Để hình tượng hóa, người ta ví ngành y giống như
một cây cổ thụ thì giải phẫu là thân cây, các môn y học cơ sở khác là cành lá còn các
môn y học lâm sàng là hoa quả trên cây đó. Vì vậy, nếu chúng ta không đầu tư chăm
sóc tốt cho cây thì không thể mong có sản phẩm tốt được. Mukhin, một thầy thuốc nổi
tiếng của Nga đã khẳng định: “Người thầy thuốc mà không có kiến thức về giải phẫu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


học thì chẳng những vô ích mà còn có hại“. Đặc biệt với các môn học hệ ngoại- sản,
kiến thức giải phẫu học lại càng cần thiết. Không thể mổ xẻ tốt trên người sống nếu
không nắm vững giải phẫu từng cơ quan, từng bộ phận cũng như từng vùng. Nhà giải
phẫu học nổi tiếng người Pháp: L. Testut đã từng viết trong cuốn sách giải phẫu học
đồ sộ của mình rằng: “Có thể khẳng định mà không sợ quá đáng là chỉ có trường phái
giải phẫu và đặc biệt là giải phẫu định khu mới là nơi đào tạo những nhà phẫu thuật
giỏi”. Theo Trịnh Văn Minh, đầu ngành về giải phẫu Việt Nam hiện nay thì cho rằng:
"con người đứng vững bằng đôi bàn chân, Y học bắt đầu từ Giải phẫu học". Vì vậy,
kiến thức về giải phẫu học rất quan trọng cho tất cả các thầy thuốc.
Để có kiến thức đầy đủ về giải phẫu học thì trong giảng dạy và học giải phẫu cần
có rất nhiều các phương tiện hỗ trợ như xác, xương rời, tiêu bản, tranh, mô hình... để
minh họa cho các cấu trúc của cơ thể người, giúp cho người học có thể xác định được
hình thể cấu tạo của từng chi tiết giải phẫu một cách đầy đủ, chính xác. Học xương thì
phải trực tiếp cầm lấy xương mà mô tả, đối chiếu với hình vẽ trong sách hoặc trên
tranh, học các phần mềm thì phải trực tiếp phẫu tích trên xác mà quan sát và hiểu nội
dung đã nêu trong bài giảng hoặc sách vở.
Tuy nhiên để có xác phục vụ cho học tập, nghiên cứu thì không phải ở đâu, lúc
nào cũng sẵn có. Nó phụ thuộc vào phong tục tập quán, tôn giáo, văn hóa, kinh tế, trình
độ nhận thức của bản thân mỗi người, mỗi quốc gia. Ở các nước phương tây xác là
dụng cụ trực quan cho sinh viên và các thầy thuốc trong học tập và thực hành lâm sàng.
Trong quá trình học tập giải phẫu, ngoài xác phẫu tích mẫu để hướng dẫn cho sinh viên
xem và nhận biết các chi tiết của cơ thể thì cứ khoảng 5-10 sinh viên được thực hành
trên một xác và họ được trực tiếp phẫu tích các thành phần để xác nhận lại kiến thức
của mình và giúp cho quá trình học tập các môn học khác cũng như thực hành lâm
sàng trong chẩn đoán cũng như điều trị có hiệu quả cao.
Ở Lào hiện nay, việc có xác để học tập và nghiên cứu là rất khó khăn, hầu hết
Trường Đại học Y tế và Sức Khỏe thủ đô Viêng Chăn, Lào đều rất hiếm xác, nếu có thì
cũng chỉ để sinh viên quan sát dưới sự hướng dẫn của giảng viên chứ không được trực
tiếp sờ mó hoặc phẫu tích trên xác. Việc quan sát của sinh viên cũng rất hạn chế, mỗi
buổi học trên xác khoảng từ 15-20 sinh viên cùng đứng để nghe và nhìn thầy hướng dẫn
nên rất khó khăn để nhận thức đầy đủ nội dung bài học. Ngoài ra mỗi một khóa học hàng
năm có khoảng 500-600 sinh viên với chỉ có một xác để học quay vòng, nên qua rất
nhiều nhóm sinh viên như vậy thì các chi tiết không còn nguyên vẹn và sai lệch đi là
đương nhiên nên việc nhận biết lại càng khó khăn hơn.
Tại Trường Đại học Y tế và Sức Khỏe thủ đô Viêng Chăn, Lào mặc dù cũng có
xác cho sinh viên học nhưng mỗi một xác được tận dụng để sử dụng trong vòng từ 2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


đến 3 năm vì vậy khó có thể đáp ứng được chất lượng đào tạo. Tuy nhiên, ngoài xác
ra, Bộ môn cũng có các phương tiện hỗ trợ khác như: các xương rời, tranh, mô hình,
tiêu bản phẫu tích sẵn tuy nhiên số lượng còn hạn chế. Mỗi một loại tranh, mô hình
tiêu bản chỉ có khoảng 5-7 bộ trong khi mỗi nhóm sinh viên học thực hành khoảng 40
em nên chỉ có thể đáp ứng được ở mức tối thiểu nhất theo nhu cầu của người học.
Chính vì vậy, cần phải có một giải pháp để có thể phục vụ tốt hơn cho việc giảng dạy
và học tập của nhà trường, đó là xây dựng thêm các hình ảnh trực quan trên cơ sở dựa
vào các phần mềm ứng dụng của công nghệ thông tin.
1.2.2. Ứng dụng thực tại ảo vào giải phẫu trong y học
* Trên thế giới
Ngày nay, công nghệ hình ảnh 3D đang thu hút sự chú ý của nhiều người, nhiều
lĩnh vực và lĩnh vực y học cũng không phải là một ngoại lệ. Y học là một trong những
lĩnh vực ứng dụng tiềm năng trong công nghệ thực tại ảo và là một trong số ít lĩnh vực
ứng dụng thuộc ngành khoa học của thực tại ảo… Cho đến nay, lĩnh vực nổi bật trong
y học áp dụng thành công công nghệ thực tại ảo là giả lập giải phẫu (Surgical
Simulation).Trên cơ sở các kỹ thuật đồ họa máy tính và thực tại ảo, hệ thống đào tạo
y học này bao gồm hai bộ phận cơ bản:
- Khối tương tác ba chiều là mô hình sinh thể ảo cho phép người sử dụng thực
hiện các thao tác phẫu thuật thông qua các dụng cụ giải phẫu ảo;
- Khối giao diện người dùng hai chiều cung cấp những thông tin phản hồi trực quan
từ mô hình trong quá trình phẫu thuật cũng như những thông tin hướng dẫn trong phiên đào
tạo.
Phương pháp đào tạo có tính tương tác cao này mang nhiều ưu điểm so với các
phương pháp truyền thống như thực hành trên mô hình plastic hay trên bệnh nhân thực.
- Thứ nhất, khác với phương pháp dùng mô hình plastic, sinh thể giải phẫu ảo
có khả năng cung cấp những thông tin phản hồi cho người học một cách tự nhiên như
một sinh thể sống thực, dưới tác động của bác sỹ phẫu thuật, chẳng hạn như sự thay
đổi về nhịp tim, huyết áp v.v.. Điều này tạo ra cho người học có cảm giác như đang
trải qua một ca mổ trong một tình huống thực.
- Thứ hai, khác với thực hành trên bệnh nhân thật, rõ ràng một sai lầm của học
viên trong quá trình thực tập không phải trả giá bằng những thương tổn thực trên cơ
thể người bệnh. Điều này rất quan trọng, nó làm giảm áp lực tâm lý lên học viên khi
thực hiện phẫu thuật ảo. Từ đó, giúp họ tự tin và chủ động hơn trong học tập.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Hình 1.5. Phẫu thuật ảo – Phương pháp đào tạo phẫu thuật mới dùng công
nghệ Thực tại ảo
Phương pháp này không chỉ cho phép các học viên y khoa thực hành các ca phẫu
thuật trong tình huống thực, đem lại cho họ những kinh nghiệm cần thiết trước khi thực
hiện phẫu thuật trên cơ thể con người, đây còn là cơ hội để các bác sỹ phẫu thuật nâng cao
kỹ thuật giải phẫu và kỹ năng phối hợp làm việc theo nhóm trong phòng mổ. Điều này
đặc biệt quan trọng trong các tình huống khi phẫu thuật các trường hợp phức tạp và nhạy
cảm.
Các kỹ thuật thực tại ảo cũng được sử dụng để hỗ trợ các bác sỹ phẫu thuật trong
giai đoạn lập kế hoạch tiền phẫu thuật. Trước khi thực hiện quy trình phẫu thuật trên
bệnh nhân thực, người bác sỹ có thể thử nghiệm các phương pháp tiến hành phẫu thuật
khác nhau trên mô hình ảo của người bệnh mô hình này mô phỏng được đầy đủ các
đặc điểm bệnh lý của người bệnh thật. Theo cách này, người bác sỹ sẽ lựa chọn ra
được cách thức phẫu thuật an toàn nhất, hiệu quả nhất và tốn ít thời gian nhất trong
phòng mổ, hạn chế những tai biến trong quá trình phẫu thuật.
Trên thế giới, nhiều bác sĩ cũng đang cố gắng tận dụng công nghệ mới này để
điều trị bệnh nhân. Ví dụ như vào một cuộc phẫu thuật nội soi có gắn camera 3D.
Camera sẽ truyền về những hình ảnh 3D chân thật, rõ nét để các phẫu thuật viên có thể
điều khiển các dụng cụ phẫu thuật chạm vào các cơ quan bên trong khoang bụng một
cách chính xác. Công nghệ này đảm bảo độ an toàn hơn trong quá trình phẫu thuật.
Thêm nữa, công nghệ 3D có thể giúp ta chuyển các hình ảnh từ tia X bình thường hay
các hình ảnh 2 chiều của chụp cắt lớp điện toán (CT)… sang thành các hình ảnh 3
chiều.
Với các phương pháp chụp cắt lớp điện toán (CT) hay chụp cộng hưởng từ (MRI),
các bác sĩ vừa nhìn hình ảnh vừa tiến hành phẫu thuật bằng cách đưa một cái kim hoặc
một ống nhỏ gắn camera vào cơ thể bệnh nhân. Phạm vi sai số ở đây phải ít hơn 0,5mm
vì nếu không như vậy các mạch máu có thể sẽ bị vỡ hoặc thậm chí bị rách toạc ra. Các
bác sĩ vừa phải theo dõi hình ảnh 2D trên màn hình, vừa phải tưởng tượng hình ảnh đó
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


sẽ như thế nào trong không gian 3 chiều, điều đó đã gây không ít khó khăn cho họ khi
tiến hành các thao tác phẫu thuật. Ngày nay với việc ứng dụng công nghệ hình ảnh 3D,
các bác sỹ có thể nhìn được các hình ảnh 3 chiều rõ nét, từ đó tập trung hơn vào phẫu
thuật. Đây là điều chắc chắn để nâng cao hiệu quả của một ca phẫu thuật.
Như vậy, công nghệ hình ảnh 3D sẽ giúp tăng độ chính xác của các ca phẫu thuật
lên. Trước đó, các bác sĩ thường phải tưởng tượng ảnh 3 chiều cơ thể người trong khi
nhìn các hình ảnh phác họa 2 chiều. Tuy nhiên giờ đây, họ có thể phẫu thuật cho bệnh
nhân khi nhìn trực tiếp những hình ảnh 3 chiều. Đặc biệt, phương pháp nội soi 3D có tác
dụng giúp giảm thiểu rủi ro vỡ mạch máu trong quá trình phẫu thuật cũng như đảm bảo
cho ca mổ được diễn ra nhanh chóng và an toàn hơn. Thêm vào đó, các bác sĩ cũng có thể
quan sát được các mạch máu xoắn tắc trong không gian 3 chiều và dễ dàng làm lưu thông
các mạch máu bị nghẽn.
* Trong nước
Theo cách truyền thống, việc tương tác với máy tính được thực hiện thông qua
các thiết bị như bàn phím, chuột hay joystick/trackball để cung cấp thông tin đầu vào
và sử dụng khối hiển thị trực quan để nhận thông tin đầu ra từ hệ thống. Với sự ra đời
của các hệ thống Thực tại ảo, các phương thức giao tiếp mới được phát triển cho phép
người sử dụng tương tác một cách tích cực với máy tính.
Thực tại ảo là công nghệ sử dụng các kỹ thuật mô hình hoá không gian ba chiều
với sự hỗ trợ của các thiết bị đa phương tiện hiện đại để xây dựng một thế giới mô
phỏng bằng máy tính – môi trường ảo (Virtual Environment).
Trong thế giới ảo này, người sử dụng không còn được xem như người quan sát
bên ngoài, mà đã thực sự trở thành một phần của hệ thống. Một cách lý tưởng, người
sử dụng có thể tự do chuyển động trong không gian ba chiều, tương tác với các vật thể
ảo, quan sát và khảo cứu thế giới ảo ở những góc độ khác nhau về mặt không gian.
Ngược lại, môi trường ảo lại có những phản ứng tương ứng với mỗi hành động của
người sử dụng, tác động vào các giác quan như thị giác, thính giác, xúc giác của người
sử dụng trong thời gian thực và tuân theo những quy tắc vật lý rất tự nhiên, làm người
ta có cảm giác như đang tồn tại trong một thế giới thực.
Ứng dụng thực tại ảo trong thực tế không phải là một điều mới của thế giới, nhưng
ở nước ta ứng dụng thực tại ảo mới chỉ dừng ở mức nghiên cứu và chưa được phổ biến
rộng rãi. Chính vì vậy, Viện Công nghệ thông tin với mong muốn đưa thực tại ảo vào ứng
dụng trong thực tế đã tổ chức triển khai và thực hiện một số các đề tài ứng dụng thực tại
ảo. Trong quá trình xây dựng, nghiên cứu và triển khai, Viện đã đạt được những thành
công nhất định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×