数据驱动设计“以人为本”的虚实融合沉浸式手术训练综述

文／李 萌，吴欣桐，于罗钦，杨增耀（.荷兰代尔夫特理工大学 工业设计工程学院；.西安交通大学 机械学院）

电影《头号玩家》将虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）从学术和产业热点带进大众视野。当主人公拉下头戴显示器 （简称 “头显”）的那一刻，他从一个无名小卒化身为虚拟世界的头号玩家[1]。这样的场景或许在未来的5～10年将不再是科幻电影的情节，而是人们日常生活的一部分。《“十四五”规划和2035远景目标纲要》 （简称《“十四五”规划》）的决议将“数字中国建设”作为重要目标，提出“以数字化转型驱动生产方式、生活方式和治理方式变革”，其中VR与云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能并列为“数字中国”的 “七大核心产业”[2，3]。

VR起步于20世纪80年代，主要应用于飞行训练，如1984年的“超级驾驶室”项目。VR具备沉浸感，交互性和想象力的 “3I”特征[4]，应用领域从迅速军事及航空航天拓展到科研、工程、设计及游戏，在20世纪90年代形成第一次VR热潮[5]。虚拟培训是近5年VR应用的热点领域之一，顶级会议IEEE VR、IEEE ISMAR和ACM CHI近3年均开展基于虚拟现实、增强现实（Augmented Reality,AR）及混合现实（Mixed Reality,MR）的教育培训专题研讨，涵盖基础教育、高等教育、继续教育、职业教育和特殊教育。随着VR等沉浸式技术在近5年的飞速发展，VR正逐渐从实景仿真走向虚实混合的延伸现实 （Extended Reality，XR）。

一、从虚拟现实到延伸现实

Milgram等人在《增强现实：现实-虚拟统一体的一个分类》中第一次提出“虚拟-现实统一体”的概念，将完全沉浸式的虚拟环境和真实环境融合为一个整体 （见图1）[6]。随着Oculus Quest2和HTC Cosmos头显的发布，这个构想在2020年以后从理论上的概念变为可实现的技术现实。……