（一）中药学虚拟仿真系统的建设思路

中药学虚拟仿真系统用来解决什么问题？为什么选择中药学虚拟仿真系统教学？中药学虚拟仿真系统和实训室、实验室建设的意义是什么？这些问题总结归纳如下：

中药学虚拟仿真系统解决的问题：

1.认知功能——解决从理论知识点到实际工作环境中应用认识问题。

2.交互功能——解决实际操作业务流程认知学习的问题。

3.训练功能——解决实际操作技能训练的问题。

4.考核功能——解决技能鉴定问题。

为什么选择中药学虚拟仿真系统：中药学虚拟仿真系统是以计算机虚拟现实和三维仿真技术为核心，利用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，使用者能够通过虚拟现实系统身临其境的在虚拟环境中学习。虚拟现实技术综合多种仿真技术为支撑。在计算机环境中构建的虚拟实验环境，使实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对实验对象进行虚拟操作，完成各种预定的实验项目，起到学习训练的作用。

中药学虚拟仿真系统和实训室、实验室建设的意义：通过医学三维仿真模拟技术建立的仿真模型，不仅增加学生对知识点了解的兴趣，更能将抽象的画面具体化、形象化，给学员能够留下深刻的记忆，也给教师的教学提供了便利，提高了教学品质和效率。中药学虚拟仿真系统可以使学生通过认药识药模块掌握的详细知识图文信息，包括药材的名称，科属、采收加工、主产地和性味归经，对应植物形态的图片以及饮片，药材性状、药用部位等知识内容；也可以进行复杂的综合知识学习如判定药材真伪。教学实施的过程由简单到复杂，使理论教学与实践教学结合，这对学员积累临床经验，培养临床思维能力是有利的。

（二）系统架构

中药学虚拟仿真系统部分主要由CGSIMS（Computer Graphics & Simulation）多人协同引擎平台及VR内容资源平台解决大数据一体化立体显示、协同设计交互功能。CGSIMS可直接实时获取多种3D辅助设计软件数据内容，无需数据转化，减少数据损坏或丢失；结合3D立体沉浸式投影系统和交互设备，虚拟教学、仿真可视化等交互。

CGSIMS拥有强大的扩展功能，提供了足够丰富的软件接口，能够提供满足客户需要的定制化开发能力，通过对自主核心引擎的编辑，帮助客户解决在这些领域内的问题。中药学虚拟仿真系统底层采用CGSIMS核心，加入数据层和表现层。数据层采用服务器端sqlserver数据库和客户端SQLite数据库并行的处理模式。表现层采用多种表现形式并存的模式，投入市场时候根据客户需要选择表现方式，表现方式有：1、3DLED动捕系统相结合的三维交互式大屏；2、浏览器webGL互联网模式；3、电教室HTC/Oclus等VR设备表现；4、Zspce交互式电脑；5、普通电教室普通电脑鼠标键盘交互模式；

系统硬件部分由显示系统，图形工作站系统，人机交互系统等组成，并充分依据系统可行性，拓展性，稳定性进行综合设计，满足日常教学，实训实验，沉浸体验等多个环节的应用。

（三）功能模块

                          

1、认药识药

中药材及饮片鉴别中药学虚拟仿真系统，提供不少于350种中药材的详细知识图文信息，包括药材的名称，科属、采收加工、主产地和性味归经，对应植物形态的图片以及饮片，药材性状、药用部位等知识内容； 系统内置搜索引擎，方便进行药材资料的搜索；

2、真伪鉴别

中药学虚拟仿真系统展现真伪药材鉴别的详细知识点信息，包含真伪药材的图文信息，其中文字信息需包含：药材性状信息，如形状、尺寸、颜色、表面纹理、质地气味等。 中药材包含不少于80种真品及其伪品，每种药材真品图片2-3张，伪品图片1-2张，图片均为高清实拍图片，图片分辨率不得低于1000*500，并具有特征说明。

3、显微学习

中药学虚拟仿真系统包含不少于以下44种药材显微镜下特征图文说明： 大黄、牡丹皮、五味子、黄连（味连）、厚朴、补骨脂、甘草、肉桂、小茴香、人参、黄柏、槟榔、当归、大青叶、麻黄、黄芩、番泻叶、薄荷、白术、丁香、穿心莲、半夏、洋金花、猪苓、浙贝母、金银花、茯苓、天花粉、红花、珍珠、黄芪、山茱萸、石膏、川贝母（松贝或青贝）、砂仁。 每种药材都包括详细的图文说明，图文说明包括药材的横切面显微特征图以及粉末特征图。 根据不同药材特性，展示的高清显微图像要配有文字描述。 所有药材可按照12类功效分类也可以按照归经分类，方便检索和学习；

4、考核训练

中药学虚拟仿真系统考核模块包含：理论考核和实训考核两部分构成成绩，理论考核部分系统从题库抽题分选择题和判断题，进行理论知识考核，实训考核包含：内置中药材图片，药名、功效等知识信息点。 在练习模式下学生可根据中药材的模型或图片填写药品名称和药品功效，可以验证对错； 学生可根据中药材粉末的图片判定药材名称，可以验证对错； 学生可根据真伪中药材图片判定药材真伪，可以验证对错。

自主测试模块：软件采用真实药材三维模型或图片的方式，通过软件学习药材的类别、药材特征、药材的鉴别等进行学习和练习；

5、知识库（资源库）

中药学虚拟仿真系统知识库教师端可以上传各类教学资源、课件、微课视频、PPT等。学生端可以学习和下载老师或系统中提供的各种学习资料。

中药方剂近600个方剂的详解，2200个中成药详解。中药培育技术详解160例。

6、VR模块（3D交互式大屏、Zspce、HTC VIVE）

中药学虚拟仿真系统VR模块是系统硬件支持扩展模块，该模块支持3D交互式大屏、Zspce、HTC VIVE等硬件环境，接入对应的硬件后启动VR模式即可用硬件进行交互控制。学校根据自己的实际应用情况来配置硬件环境，默认是电教室普通计算机上鼠标键盘控制的仿真操作，如果具备条件的情况下后续购买配置一定的虚拟仿真设备就可以无缝对接这些设备。

7、系统管理

中药学虚拟仿真系统管理包含：组织架构管理：对学校内院系、专业和班级信息进行增删改查。教师管理：对教师进行增、删、改、查。学生管理：支持对学生进行增、删、改、查，批量导入。考试管理：考核权重，分数统计等。系统日志：系统日志方便管理员和老师查看学生的学习记录情况。

（四）虚拟仿真系统可支持硬件环境

中药学虚拟仿真系统，是一个高度集成化的系统。可以实现实验教学、课程实训、方案推演、科研、学生实践等诸多功能，本系统具备高度开放性，硬件方案采用开放式架构，根据实际应用需求可以选配方案中的任意一种或多种设备进行集成应用。

3D显示系统提供良好的人机交互体验，丰富的软件硬件接口，让参与者能够直接和虚拟世界的三维模型进行交互，并提供丰富的交互功能体验。（3D交互式大屏、Zspce、HTC VIVE）都可以完成不同形式的3D交互式仿真体验。

1、单幕3D显示视听室环境支持

包含小间距LED显示系统，交互系统，图形图像渲染系统，U3D立体插件，虚拟教学软件平台及配套系统几大部分。各个系统子系统通过局域网络连接，协调作业满足虚拟实验中心的教学科研任务要求。

中药学虚拟仿真系统网络拓扑结构图如下所示：

                           

2、HTC Vive头盔硬件支持

HTC Vive借助精准的移动追踪和自然的操控手柄手势，体验空间定位游戏。借助前置摄像头，在需要时打量一下真实世界。无需摘下头戴装置即可打开应用程序和游戏。这是完全的沉浸式虚拟现实体验。

令人沉醉的耳机音效

一旦佩戴上Vive头戴式设备，您将进入一个充满惊喜的世界。您可以自由行走、尽情探索-陪护人指引系统能确保您在游戏区域内安全无虞。令人惊艳的视图效果让您同时感受真实而又梦幻的体验。

全方位的掌控

高清触觉反馈和直观的手势让您能够轻松自然地玩游戏并与虚拟世界进行互动。Vive的两台无线控制器配备的24个感应器使移动畅通无阻，让您在虚拟现实中获得前所未有的多样化体验。

基站提供助力

由于突破性的基站技术能帮助头戴式设备和控制器在空间中追踪其准确位置，您可以借助Vive实现360˚ 动态追踪。自由探索并与虚拟世界互动。空间定位虚拟现实让您处于万物的中心。

                                               

3、Zspce硬件环境支持

zSpace通过在一体式计算机和笔记本电脑中集成最新的AR / VR技术，提供了令人惊叹的交互式体验。zSpace利用三种感官特性创造出自然直观的体验。每个zSpace系统都在显示屏中内置了跟踪功能。这些传感器可跟踪您的zSpace触笔和眼镜。当您倾斜头部以环顾对象时，zSpace会动态更新以完整，高清显示正确的视图。从金属框架的追踪眼镜到轻量级的非追踪眼镜，zSpace眼镜是必不可少的。追踪眼镜提供完整的体验，而非追踪眼镜允许同伴加入和参与。zSpace触笔像钢笔一样握持。通过6个自由度，使用者可以在拾取和检查物体时自然地旋转手腕。触笔上的按钮根据打开的应用程序执行不同的操作。