劉俊英，李光仲

濱州醫(yī)學(xué)院:1附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科;2基礎(chǔ)學(xué)院，山東 濱州 256603

虛擬全景技術(shù)是基于建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)之上的一種輔助教學(xué)手段，是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。在醫(yī)學(xué)教育中引入基于靜態(tài)圖像的互動虛擬全景技術(shù)，對一些不易想象和難以描述的診療過程、醫(yī)學(xué)標(biāo)本、陽性體征、醫(yī)療設(shè)備及醫(yī)療設(shè)施等教學(xué)內(nèi)容建立互動虛擬影視(場景影視、物體影視)，向?qū)W生全方位展示相關(guān)內(nèi)容的整體概況、空間結(jié)構(gòu)和顏色變化等，提供讓學(xué)生操作和模擬的情境，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，使學(xué)生主動地接受教學(xué)內(nèi)容［1］。

1 基于靜態(tài)圖像的互動虛擬全景技術(shù)的特點及其在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用優(yōu)勢

基于靜態(tài)圖像的互動虛擬全景技術(shù)是新一代以平面靜態(tài)圖像或照片為基礎(chǔ)的初級虛擬全景技術(shù)。其基本功能是將物體或空間不同方位的靜態(tài)實景照片按照相互的關(guān)系有機連接起來，在視覺上形成對物體或空間的整體認識。由于其獨特的技術(shù)特色，使得它在立體空間的展示、立體物體的展示、虛擬場景的構(gòu)造等方面有著獨特的優(yōu)勢。

1．1 實景建模，具有較強的真實感

由于采用實景建模的虛擬全景技術(shù)，使它較之傳統(tǒng)的虛擬全景技術(shù)有著更高的真實感、更豐富的圖像和更鮮明的細節(jié)特征。

1．2 三維操縱，具有較強的交互性和沉浸感

學(xué)生可以通過普通鼠標(biāo)或鍵盤控制體驗的進程和順序，也可以對虛擬物體進行放大、縮小和360°旋轉(zhuǎn)等操作，如身臨其境對物體進行全方位的交互觀察和學(xué)習(xí)［2］，以達到了解實體形狀、結(jié)構(gòu)和特征的目的。

1．3 制作簡單，制作周期較短

工具軟件使用簡單，應(yīng)用系統(tǒng)制作的可控性較強，非計算機專業(yè)人員比較容易掌握其開發(fā)技術(shù)，易于普及推廣，非常適用于個性化教學(xué)，有較好的應(yīng)用前景。

2 醫(yī)學(xué)標(biāo)本或陽性體征虛擬全景(物體影視)的制作

常用的基于靜態(tài)圖像的虛擬全景制作工具軟件有 VR ObjectWorx、PixMaker Pro、Spin PhotoObject等，其中較易使用的是PixMaker Pro，下面我們就以Pix Maker虛擬全景制作軟件為開發(fā)工具，介紹醫(yī)學(xué)標(biāo)本展示實例(物體影視)的制作過程。

2．1 標(biāo)本圖像的采集和處理

使用數(shù)碼相機拍攝標(biāo)本順時針方向環(huán)視自轉(zhuǎn)的照片。將照相機固定在三腳架上，以保證所有拍攝圖像中的標(biāo)本大小一致。同時將標(biāo)本固定于轉(zhuǎn)盤中心，并保持轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時標(biāo)本中心到照相機鏡頭間的距離不發(fā)生變化;對于不對稱的標(biāo)本，可以把標(biāo)本的最高點直接定位在轉(zhuǎn)臺的中軸上以獲得滿意的效果。拍攝時每拍一張照片，就將放置標(biāo)本的轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)一定的角度，相鄰照片的邊界要有30%左右的重疊區(qū)域。這樣直到拍完環(huán)視范圍的所有照片。對于大型的儀器設(shè)備或典型陽性體征，可以采用赤道儀或環(huán)繞拍攝的方法，即以被拍攝體的中軸線為中心，使三腳架環(huán)繞被拍攝體轉(zhuǎn)動拍攝［3］。

將所有拍攝的圖片按順序編號后放在同一目錄下，然后對照片的亮度、對比度、色調(diào)、銳化等進行調(diào)整，并保證處理后每幅圖的效果統(tǒng)一、大小一致。

2．2 物體影視的制作

應(yīng)用PixMaker制作物體影視需要經(jīng)過相互間具有遞進關(guān)系的圖片抓取(snap)、圖片拼接(stitch)和結(jié)果發(fā)布(publish)三個步驟。啟動PixMaker程序，可以看到程序窗口上方有三個大圖標(biāo)，分別標(biāo)記有“①Snap”、“②Stitch”和“③Publish”，如圖1所示。

圖1 PixMaker界面圖

2．2．1 圖片抓取(Snap)用鼠標(biāo)點擊“①Snap”(圖片抓取)大圖標(biāo)按鈕，在出現(xiàn)的指定圖片獲取位置的對話框中選擇“My computer”并按“OK”按鈕，在打開的文件輸入對話框中找到保存文件的目錄。用鼠標(biāo)選擇相應(yīng)的圖片文件，然后單擊Open按鈕，所選擇的圖片文件就排列在“Stitcher”標(biāo)簽板下方的圖片處理窗口內(nèi)。利用圖片處理窗口上方工具條中的命令圖標(biāo)，可以實現(xiàn)圖片的插入、刪除、移動、旋轉(zhuǎn)、重新排列等操作，同時可選擇展示類型(type)，其中包括柱形展示(cylindrical)、平面展示(flat)和物體展示(object view)等。

2．2．2 圖片拼接(Stitch)

①圖片拼接。單擊“②Stitch”(圖片拼接)大圖標(biāo)按鈕，PixMkaer將自動處理圖片的邊界對齊，將前面所抓取的多幅圖片無縫地連接在一起，使之生成環(huán)視物體影視。

②預(yù)覽。完成拼接后，所生成的物體影視將在演示欄中展示。此時可以用鼠標(biāo)指針或場景窗口左下方的工具條操縱物體影像的放大、縮小或使物體自動旋轉(zhuǎn)，對生成的物體影視進行預(yù)覽。

③增加熱點鏈接和文本說明。在物體影視制作完成后，點擊“Hot Spot”標(biāo)簽，在出現(xiàn)的提示對話框中選擇圖像的質(zhì)量和圖片的尺寸，單擊“Next”按鈕，則將物體影視圖片保存到指定的目錄下。在接著出現(xiàn)的提示框中指定目前編輯文件的保存目錄，完成以上的操作后就會出現(xiàn)一個帶工具欄的熱點編輯窗口(如圖2所示)。單擊熱點編輯窗口工具條上相應(yīng)命令圖標(biāo)，即可在物體影視圖片上增加指向另一場景、指向網(wǎng)頁、指向音頻文件或指向視頻文件等的鏈接，在出現(xiàn)的對話框內(nèi)填入相應(yīng)的鏈接地址和熱點提示內(nèi)容?？梢栽谖矬w影視圖片上添加多個鏈接或文本說明，每一個熱點在物體影視圖片上顯示為一個小圖框，以提示學(xué)生點擊的位置。

圖2 增加熱點鏈接和文本說明界面

2．2．3 結(jié)果發(fā)布(Publish)點擊窗口上方的“③Publish”(結(jié)果發(fā)布)大圖標(biāo)，則可以根據(jù)實際教學(xué)需要在對話框中選擇制作結(jié)果的輸出格式為“Scene(．jpg)”全景圖片、“web page(．html)”網(wǎng)頁或“Post-card(．exe)”可以單獨播放的明信片等［4］。

3 互動虛擬全景技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

3．1 醫(yī)學(xué)標(biāo)本或陽性體征的展示

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，對于各種醫(yī)學(xué)標(biāo)本或陽性體征等具有立體結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容，大多采用圖片、掛圖、幻燈片或視頻等方法進行呈現(xiàn)。但它們展示的均是二維平面圖，只能提供立體物體的某一個視角或者某幾個視角，且學(xué)生是被動選擇視角進行觀察。若通過計算機三維造型及動畫軟件，建立一個與實物基本相同的模型，是一種比較理想的方法，但其制作難度和工作量都較大，一般教師不易獨立完成。而且有許多需要展示的對象是畸形標(biāo)本，其整體形狀極不規(guī)則，也不宜采用基于幾何模型的虛擬全景技術(shù)進行虛擬。

而基于靜態(tài)圖像的互動虛擬全景制作系統(tǒng)則可以容易地完成醫(yī)學(xué)標(biāo)本或陽性體征的互動虛擬，以物體影視的形式逼真地顯示出醫(yī)學(xué)標(biāo)本或陽性體征等具有立體結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容，從而滿足教學(xué)設(shè)計的要求。在物體影視中，學(xué)生可以對虛擬醫(yī)學(xué)標(biāo)本進行旋轉(zhuǎn)、對于局部結(jié)構(gòu)可以進行放大，便于直觀地觀察和認識相關(guān)內(nèi)容的實體形狀和結(jié)構(gòu)［5］，為以后的學(xué)習(xí)及工作打下堅實的基礎(chǔ)。

3．2 診療過程的展示

診療過程的展示是互動虛擬全景技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的重要應(yīng)用。如在胃鏡、支氣管鏡、腹腔鏡、鼻內(nèi)窺鏡和子宮鏡等內(nèi)窺鏡診療過程的教學(xué)中，內(nèi)窺鏡在相應(yīng)部位環(huán)繞觀察的情形，傳統(tǒng)教學(xué)中相關(guān)內(nèi)容只能依靠講解、圖示或影視播放進行呈現(xiàn)，學(xué)生不能進行互動控制，無法自主選擇觀察進度和視角等。而互動虛擬全景技術(shù)使這一工作變得簡單易行。通過互動虛擬全景技術(shù)，利用已有的圖像或視頻，能夠虛擬出“真實的診療環(huán)境”，可為學(xué)生提供一個極具真實感和沉浸感的虛擬環(huán)境，可以使學(xué)生沉浸于虛擬的場景內(nèi)，任意選擇觀察視點，全方位的交互觀察和學(xué)習(xí)［6］，以了解相關(guān)診療部位實體形狀、顏色等特征。

3．3 實驗儀器和醫(yī)療設(shè)備的展示

利用互動虛擬全景技術(shù)可以為實驗儀器和醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)作相應(yīng)的展示系統(tǒng)(物體影視)，學(xué)生在虛擬全景中可以對虛擬儀器進行隨意旋轉(zhuǎn)、對于局部結(jié)構(gòu)可以進行放大，從各個角度觀察、研究實驗儀器，便于詳盡了解儀器的實體形狀、結(jié)構(gòu)和使用方法，加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識的過程［7］。

應(yīng)用互動虛擬全景技術(shù)可以徹底打破空間、時間的限制，為學(xué)生營造生動、逼真的儀器設(shè)備學(xué)習(xí)環(huán)境和氣氛，既具有真實感，又具有科學(xué)性和趣味性，提高了教學(xué)的直觀性。更重要的是，學(xué)生可以沉浸虛擬全景環(huán)境中，提高學(xué)習(xí)的積極性與學(xué)習(xí)效率［8］。

3．4 醫(yī)療設(shè)施立體空間的構(gòu)建與展示

對于一些我們不易直接深入其中進行觀察和體驗的立體空間，如醫(yī)學(xué)高壓氧治療室、重癥監(jiān)護室、儀器室或?qū)嶒炛行牡龋@些內(nèi)容在以往的教學(xué)過程中，只能通過教師的言語或文字描述，用圖片或錄像進行平面展示，學(xué)生大多只能被動地接受，對于一些特殊情境，相關(guān)描述與學(xué)生理解的可能相去甚遠［9］。

而上述內(nèi)容可以通過虛擬場景復(fù)現(xiàn)，學(xué)生可以在虛擬全景圖像中漫游，進行全方位的環(huán)視和學(xué)習(xí)。采用互動虛擬全景技術(shù)，可以使學(xué)生完全沉浸到教學(xué)所需要的環(huán)境中，這對提高學(xué)生的綜合能力無疑是一個很大的突破，這是傳統(tǒng)描述所無法給予的。

在未來醫(yī)學(xué)教育中，虛擬教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)將并駕齊驅(qū)并進一步有機融合，有利于構(gòu)建一種全新的、多變的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)手段，以其強大的沉浸度、交互性以及多感知的人性化特性，極大地改變傳統(tǒng)教學(xué)觀念和思維方式，為學(xué)生提供了一種可以進行交互的、直觀的、自主探索的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)方法［10］，進而可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、提高醫(yī)學(xué)教育的教學(xué)質(zhì)量。

［1］周樹海．讓虛擬全景技術(shù)進入網(wǎng)絡(luò)課程［J］．中國遠程教育，2007，(5):65-67

［2］陳敏，劉曉秋，伍勝男．QTVR技術(shù)及其在教育教學(xué)中的應(yīng)用［J］．中國現(xiàn)代教育裝備，2006，(11):36-38

［3］和劍．打造 QTVR 360°環(huán)繞影像［J］．微型計算機，2003，(15):64-66

［4］楊景武．基于平面圖像的虛擬全景技術(shù)(PixMaker)在解剖實驗教學(xué)中的應(yīng)用［J］．現(xiàn)代教育技術(shù)，2004，14(5):59-61

［5］張力．應(yīng)用虛擬全景技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量的研究［J］．電化教育研究，2003，122(6):56-60

［6］范立冬，李曙光，張治剛．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用［J］．創(chuàng)傷外科雜志，2008，10(6):568-570

［7］李光仲，劉俊英，王云創(chuàng)，等．計算機模擬技術(shù)在醫(yī)學(xué)物理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］．中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2009，26(4):1352-1360

［8］余勝泉，古素梅．基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在教育中的應(yīng)用［J］．現(xiàn)代教育技術(shù)，2000，(3):47-51

［9］李光仲，劉俊英．基于靜態(tài)圖像的互動虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)物理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］．中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2010，27(5):2196-2200

［10］史志國，田秋艷，艾婷．基于虛擬全景技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用研究［J］．現(xiàn)代教育科學(xué)，2008，(1):127