人體是由一百多萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞組成的復(fù)雜整體，僅人的神經(jīng)系統(tǒng)就約有1000億個(gè)神經(jīng)元，而且由細(xì)胞構(gòu)成的組織器官間的相互作用，人體與外界環(huán)境的沖突與和諧，這些極為復(fù)雜的變化對(duì)于人類自身至今還是一個(gè)充滿未知的神秘世界。
1895年德國(guó)科學(xué)家倫琴在一次實(shí)驗(yàn)中偶然看到了射線下妻子的手骨，這是人類有史以來(lái)第一次透過(guò)皮膚看到自身內(nèi)部，由此揭開(kāi)了人類利用以X線為代表的透視工具探索人體內(nèi)部奧秘的序幕。
今天科學(xué)家們掌握的透視工具越來(lái)越多，但是仍然無(wú)法滿足人類更為全面了解自身的渴望。科學(xué)家們?yōu)榇怂龅娜颗Χ荚谥赶蛲粋€(gè)問(wèn)題，究竟利用什么樣的手段能重建可以真實(shí)的反應(yīng)人類生理機(jī)能活動(dòng)的虛擬人體。
1989年美國(guó)人在這個(gè)領(lǐng)域率先跨出了關(guān)鍵性的一步，他們?cè)O(shè)想：能否將人體標(biāo)本通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)換成人體數(shù)據(jù)集，能夠讓使用者象檢索圖書(shū)資料那樣方便的查詢、獲取人體信息。這個(gè)項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)立醫(yī)學(xué)圖書(shū)館發(fā)起，計(jì)劃的名字通俗易懂而且充滿想象力，它被正式命名為：虛擬人類計(jì)劃。這個(gè)大膽的設(shè)想在當(dāng)時(shí)一度引起醫(yī)學(xué)界的懷疑。要采集這些數(shù)據(jù)必須先將人體標(biāo)本切成薄片，并用數(shù)碼相機(jī)和掃描儀對(duì)切面進(jìn)行拍照、掃描，之后將數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)里合成三維的立體模型，其中的精心程度與龐大的工作量可想而知。1991年和1994年研究小組分別選擇了男女各一具尸體作為標(biāo)本獲取了完整的人體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)稱為V.H.P.數(shù)據(jù)集。在1989年到1994年的五年里，美國(guó)人把虛擬人類的構(gòu)想推進(jìn)到了試驗(yàn)階段，這意味著美國(guó)“虛擬人”技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了可視程度。
虛擬人類自己這顯然是一個(gè)大膽的設(shè)想，而當(dāng)人們通過(guò)理性分析發(fā)現(xiàn)“虛擬人”絕不是另外一種克隆時(shí)，“虛擬人”研究就必然成為一項(xiàng)激動(dòng)人心的重大科研項(xiàng)目。
1996年在美國(guó)國(guó)防部非致命武器委員會(huì)的積極支持下，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭醞釀“虛擬人”創(chuàng)新計(jì)劃。在他們的構(gòu)想中，“虛擬人”應(yīng)該能夠模擬人體在外界物理刺激下的反應(yīng)，他會(huì)象真人一樣骨頭會(huì)斷、血管會(huì)出血，有專家稱之為：虛擬物理人。如果說(shuō)虛擬可視人還僅僅是一個(gè)可供人們觀看的人體模型，虛擬物理人則使得這個(gè)模型有史以來(lái)第一次對(duì)外界刺激有了反應(yīng)。在科學(xué)家的計(jì)劃中它不再是一個(gè)靜止的標(biāo)本，人類將在計(jì)算機(jī)建造的虛擬世界中看到另一個(gè)自己在呼吸、走動(dòng)，更會(huì)通過(guò)模擬各種環(huán)境的變化，探測(cè)人體極限。這個(gè)計(jì)劃的目標(biāo)已經(jīng)非常接近科學(xué)家一直夢(mèng)想的虛擬人類。
由于構(gòu)成“虛擬人”的數(shù)據(jù)來(lái)源于自然人，因而“虛擬人”具有民族、區(qū)域等特征，東方人的特點(diǎn)明顯的與歐美人不同，因此中國(guó)建立具有自已國(guó)家人種特征的數(shù)字化人體模型成為填補(bǔ)空白的問(wèn)題。
美國(guó)“虛擬人”研究小組在2000年就已經(jīng)建立了人體主要器官的三維模型，中國(guó)的“虛擬人”計(jì)劃要在技術(shù)上占領(lǐng)哪個(gè)制高點(diǎn)？人體內(nèi)的血管系統(tǒng)可以分為四級(jí)，數(shù)量達(dá)到上千萬(wàn)條，手術(shù)時(shí)醫(yī)生往往需要更為完整、微觀的血管地圖，以制定安全的手術(shù)方案。長(zhǎng)期以來(lái)盡管醫(yī)學(xué)專家嘗試了很多辦法，但是這些大大小小錯(cuò)綜復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)的具體形態(tài)分布仍然充滿未知，因此怎樣將人體血管系統(tǒng)通過(guò)不同顏色準(zhǔn)確區(qū)分出來(lái)，成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的課題。
從1996年開(kāi)始，美國(guó)“虛擬人”研究小組就面向全球征集建立血管模型的解決方案，但是其中的關(guān)鍵問(wèn)題一直沒(méi)有獲得解決，而鐘世鎮(zhèn)院士獨(dú)有的血管鑄型技術(shù)為中國(guó)人在這個(gè)領(lǐng)域有所突破提供了可能。由此中國(guó)“虛擬人”項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)被正式確定為攻克血管模型。2001年11月舉行的第174次香山科學(xué)會(huì)議被認(rèn)為是中國(guó)數(shù)字“虛擬人”研究的開(kāi)篇。中科院李華博士、第一軍醫(yī)大學(xué)鐘世鎮(zhèn)院士、首都醫(yī)科大學(xué)羅述謙教授等人向國(guó)家提出了研究中國(guó)“虛擬人”的設(shè)想，很快“虛擬人”技術(shù)研究被列入國(guó)家863項(xiàng)目。
2002年12月，廣西一名19歲的女孩因不慎誤食毒蘑菇引起食物中毒死于廣州，家屬同意捐獻(xiàn)其遺體。經(jīng)過(guò)科學(xué)家們仔細(xì)檢查與評(píng)估，最終決定以她作為人體標(biāo)本采集數(shù)據(jù)。中國(guó)第一例“虛擬人”——虛擬人女一號(hào)數(shù)據(jù)開(kāi)始采集。中國(guó)第一例“虛擬人”數(shù)據(jù)采集，每片標(biāo)本的切削間距為0.2mm，對(duì)每片標(biāo)本進(jìn)行拍攝平均需要3分鐘，為保證切削連續(xù)性，工作人員要在低溫環(huán)境下晝夜輪換持續(xù)工作，整個(gè)切削過(guò)程持續(xù)了一個(gè)月。2003年2月16日虛擬人女一號(hào)完成圖像采集。中國(guó)第一例虛擬人體數(shù)據(jù)采集共獲得8556張斷層圖片，每片間距0.2mm，總數(shù)據(jù)量149.7GB，切片數(shù)據(jù)被存成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。羅述謙教授領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)研究小組，海量數(shù)據(jù)匯集到這里，他們面對(duì)的問(wèn)題就是將近萬(wàn)張二維圖片在計(jì)算機(jī)里合成，并將其數(shù)字化變?yōu)槿S立體人。要完成這個(gè)工作，首先要解決的是數(shù)據(jù)的精確配準(zhǔn)問(wèn)題，所謂配準(zhǔn)就是把這8556層對(duì)齊，因?yàn)榍邢骷庸r(shí)間比較長(zhǎng)，前后有一個(gè)多月的時(shí)間，由于機(jī)械加工的一些晃動(dòng)，數(shù)碼相機(jī)的移動(dòng)，以及照明的不一致性，因此就造成一些斷層圖像有相對(duì)左右位移和上下位移，如果不能有效地校正這些位移的話，重建出來(lái)的這個(gè)人體周圍就是虛的。將8556張圖片中大大小小上千個(gè)器官組織一一對(duì)準(zhǔn)，是一個(gè)要付出極大耐心的工作。盡管可以利用專門的軟件作為工具，要完成這樣的任務(wù)對(duì)于負(fù)責(zé)模型重建的工作人員仍然是一項(xiàng)極大的挑戰(zhàn)。
大腦是人體最為重要的生命器官，人體許多疾病的發(fā)生、發(fā)展與大腦深度的核團(tuán)密切相關(guān)，長(zhǎng)期以來(lái)大腦核團(tuán)的具體形態(tài)與結(jié)構(gòu)一直是一個(gè)謎。研究人員希望通過(guò)“虛擬人”技術(shù)將這些大腦核團(tuán)準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)出來(lái)，為臨床醫(yī)學(xué)家提供更為精確的三維圖譜。
人體三維模型建立的精確與否直接關(guān)系到“虛擬人”數(shù)據(jù)集的應(yīng)用價(jià)值。血管模型的精確重建為將來(lái)臨床上的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)李華博士的小組還進(jìn)行了另一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，他們嘗試對(duì)人體最為復(fù)雜的神經(jīng)組織進(jìn)行重建。從2003年虛擬人女一號(hào)數(shù)據(jù)集采集完成以來(lái)，經(jīng)過(guò)近一年多的努力，基本完成了人體標(biāo)本大部分器官組織的重建工作。