朱 成

(桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林541004)

0 引 言

標(biāo)本的實(shí)物教學(xué)是醫(yī)藥學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其以直觀、形象的特點(diǎn)成為實(shí)踐教學(xué)中必不可少的一種教學(xué)手段。多年來，標(biāo)本陳列室一直局限于標(biāo)本柜加標(biāo)本缸的簡(jiǎn)單模式，標(biāo)本室的開放存在諸多時(shí)間和空間的限制，不能為學(xué)生提供更多的機(jī)會(huì)來學(xué)習(xí)和觀摩［1］。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和三維圖像技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)三維實(shí)物標(biāo)本數(shù)據(jù)庫的建設(shè)將實(shí)現(xiàn)標(biāo)本展示不受時(shí)間和空間的限制，教師的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)將可通過網(wǎng)絡(luò)來完成，將進(jìn)一步提高了教學(xué)、科研和工作的效率和質(zhì)量。

1 標(biāo)本數(shù)據(jù)庫建設(shè)需求分析

(1) 標(biāo)本的基本信息建立電子檔案。首先對(duì)每一個(gè)標(biāo)本進(jìn)行分類編號(hào)，詳細(xì)準(zhǔn)確的填寫具體內(nèi)容，并配上完整的標(biāo)本講解聲音文字材料。

(2) 標(biāo)本數(shù)字化資料的制作。運(yùn)用數(shù)碼像機(jī)對(duì)標(biāo)本進(jìn)行全方位的拍攝，圖像序列要能達(dá)到形象生動(dòng)地展示標(biāo)本360 度的圖像集［2］。局部特寫，運(yùn)用數(shù)碼像機(jī)的放大功能，可將較小的標(biāo)本或微小的畸形病變部位放大拍攝，得到清晰的影像，在標(biāo)本中突出重點(diǎn)部位［3］。在教學(xué)過程中進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)。建立標(biāo)本數(shù)字化數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn):能真實(shí)、完整、詳細(xì)地保存資料，避免標(biāo)本保存不當(dāng)?shù)仍蛟斐蓳p失，教學(xué)中可生動(dòng)、具體的講解，使講課內(nèi)容清晰，重點(diǎn)突出。

(3) 掌握器官的形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造。醫(yī)學(xué)生很難做到的就是對(duì)人體立體結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，從空間三維結(jié)構(gòu)上掌握器官體本的形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造。三維重建技術(shù)能實(shí)現(xiàn)標(biāo)本在網(wǎng)絡(luò)上的真實(shí)展示，具有強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維處理技術(shù)，使用拍攝的標(biāo)本連續(xù)圖像序列進(jìn)行三維重建［4］。這樣可以從任意角度剖析和觀察標(biāo)本的形態(tài)空間位置關(guān)系和清淅的實(shí)物三維圖像，突破標(biāo)本二維圖像的模式局限性，為進(jìn)一步研究標(biāo)本提供數(shù)字化的三維圖像，做到對(duì)標(biāo)本的數(shù)字化儲(chǔ)存。

(4) 傳播和測(cè)量。三維標(biāo)本圖像應(yīng)用范圍廣，使用簡(jiǎn)單?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)或下載后，在通用的計(jì)算機(jī)上播放或?yàn)g覽，解決了學(xué)生下課后看不到標(biāo)本、不方便學(xué)習(xí)的問題。三維圖像采集于教學(xué)標(biāo)本，與教學(xué)模型相比更真實(shí)，不會(huì)出現(xiàn)失真等問題。三維標(biāo)本圖像和教學(xué)錄像相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)，學(xué)生自己可以操作標(biāo)本圖像，從不同角度觀察學(xué)習(xí)，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率。

2 系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 三維、全景圖像處理技術(shù)

二維圖像經(jīng)過三維圖像技術(shù)的處理后，如果圖像的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，可以不進(jìn)行處理，直接顯示成三維圖像，三維圖像效果就能達(dá)到應(yīng)用的需求標(biāo)準(zhǔn)［5］。如果圖像的內(nèi)容比較復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)尖銳的凸起和凹陷，所以需要對(duì)圖像做一些平滑處理，才能達(dá)到理想的三維圖像顯示效果，最主要的平滑處理有濾波、插值等處理。

OpenGL 提供了上百個(gè)庫函數(shù)，可方便地繪制具有真實(shí)感的3D 圖形。許多圖形加速卡都支持OpenGL，并且由于OpenGL 遵循ARB 制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各圖形卡廠商也都按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提供接口，使用OpenGL API開發(fā)的圖形程序具有很好的跨平臺(tái)和可移植性［6］。通過調(diào)用OpenGL 庫函數(shù)，啟用光照，設(shè)置材質(zhì)屬性等，顯示的三維圖像才具有真實(shí)感。使用OpenGL 繪制小三角形圖面，多個(gè)小三角形圖面組成曲面，達(dá)到二維圖像的三維顯示，并通過OpenGL 的模型視圖變換從不同角度觀看三維圖像，除了用二維圖像本身對(duì)生成的小三角形面片進(jìn)行紋理映射外，還可以用其他的紋理對(duì)其進(jìn)行映射，豐富三維圖像的顯示效果［7］。

三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是基于全景圖像的真實(shí)場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。全景是在固定拍攝點(diǎn)用數(shù)碼相機(jī)按照一均勻角度繞垂直軸向旋轉(zhuǎn)360 度的方式拍攝的實(shí)景圖片，根據(jù)實(shí)際要求和具體情況拍攝一序列照片，在計(jì)算機(jī)中對(duì)圖像進(jìn)行處理，按照實(shí)景實(shí)際要求合成真實(shí)全景圖像，通過計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)景全方位互動(dòng)式展示的真實(shí)場(chǎng)景應(yīng)用方式［8］。

2.1.2 FLASH 技術(shù)

Flash 是美國Macromedia 公司開發(fā)基于矢量圖形的交互式多媒體技術(shù)，可以非常方便地嵌入網(wǎng)頁，并通過專用的插件來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁中的應(yīng)用，由于其強(qiáng)大的動(dòng)畫、音頻和視頻應(yīng)用功能，在互聯(lián)網(wǎng)中現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用［9］。Flash 是一種用于互聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)畫編程語言，與Ajax 技術(shù)相比，F(xiàn)lash 具有更安全、更好的瀏覽器兼容性，并且可以與JavaScript 交互。相比腳本語言的功能，ActionScript 要比JavaScript 腳本的功能更加強(qiáng)大［10］。

FLASH 還具有以下優(yōu)點(diǎn):①采用了網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求不高，可以在網(wǎng)絡(luò)上流暢的視頻、動(dòng)畫的播放。②采用矢量技術(shù)制作和生成流媒體動(dòng)畫，需要的文件存儲(chǔ)空間較小，和其他格式的多媒體文件相比，能節(jié)省大量的硬盤存儲(chǔ)空間。同樣內(nèi)容的Flash 流媒體文件只需要幾十千字節(jié)，而其他格式的文件可能需要幾十兆字節(jié)。③Flash 具有較好的交互性和易用性。強(qiáng)大的多媒體表現(xiàn)能力。視頻圖像的縮放不會(huì)變形，嵌入和控制播放音視頻比較方便快捷。繪畫工具強(qiáng)大而齊全，可以控制時(shí)間軸，支持層編輯，自動(dòng)生成動(dòng)畫。④強(qiáng)大的三維表現(xiàn)能力;通過三維生動(dòng)的表現(xiàn)力和交互能力，可以更好的展示實(shí)物的立體效果，為實(shí)物標(biāo)本提供一個(gè)非常好的網(wǎng)上三維展示平臺(tái)［11］。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

三維教學(xué)標(biāo)本特色數(shù)據(jù)庫的建設(shè)包括:①實(shí)物標(biāo)本資源的選取;②實(shí)物標(biāo)本的三維FLASH 三維互動(dòng)性文件的設(shè)計(jì)與制作;③數(shù)據(jù)庫軟件的設(shè)計(jì);④三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和網(wǎng)上發(fā)布;⑤數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)模塊。

三維標(biāo)本軟件系統(tǒng)平臺(tái)主要功能模塊有:

(1) 用戶管理模塊。不同的系統(tǒng)管理用戶具有不同的管理權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的分極管理。用戶分為讀者用戶、普通管理員和超級(jí)管理員三大類，具有不同的使用和管理權(quán)限。

(2) 系統(tǒng)三維標(biāo)本的管理模塊?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)三維標(biāo)本文件的錄入、增加、刪除、修改和標(biāo)注等功能。及時(shí)完成系統(tǒng)的三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和資源的更新和發(fā)布等工作。

(3) 系統(tǒng)和新建標(biāo)本資源通知管理模塊。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的新聞通知的管理和發(fā)布，系統(tǒng)管理員錄入新的三維標(biāo)本后，系統(tǒng)在通知欄目自動(dòng)發(fā)布新建資源的提示信息，讀者可以及時(shí)使用和瀏覽。

(4) 讀者用戶模塊。①用戶管理:注冊(cè)、查看和修改個(gè)人用戶信息和登錄密碼;②瀏覽和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫:可以系統(tǒng)或單獨(dú)交互式學(xué)習(xí)三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫的學(xué)習(xí)內(nèi)容;③留言或在線學(xué)習(xí)內(nèi)容交流:可通過在線直接實(shí)現(xiàn)標(biāo)本學(xué)習(xí)的問題咨詢，也可以通過留言版給管理員或指導(dǎo)老師留言，通過留言實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)問題的解決;④RSS 信息推送［12］。

2.2.2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用需求，系統(tǒng)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用美國微軟公司的Windows 2003 Server 操作系統(tǒng)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用美國微軟公司的SQL Server 2005，WEB 服務(wù)器為IIS5.0 以上的. NET 2.0版本，使用Visual Studio 2008 作為系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，在開發(fā)基于.NET 2.0 的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁時(shí)可以減少代碼的輸入，提高開發(fā)效率［13］，ADOBE 公司的Photoshop 軟件完成標(biāo)本圖像的前期處理工作，Macromedia Flash 8.0 簡(jiǎn)體中文版來完成三維FLASH 標(biāo)本的制作，結(jié)合Flash、Java、Javascript、OpenGL 和DHTML 等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

3 數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

3.1 三維標(biāo)本的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)

(1) 標(biāo)本數(shù)字化圖片的采集。利用學(xué)校各教研室現(xiàn)在的實(shí)體標(biāo)本，用數(shù)碼照相機(jī)，在2 048 ×1 536 分辨率下拍攝。數(shù)碼像機(jī)用三角架固定，標(biāo)本置于固定的轉(zhuǎn)盤中心，拍攝背景用藍(lán)布，利于后期對(duì)標(biāo)本圖像的處理。拍攝過程中應(yīng)避免照明光線強(qiáng)度發(fā)生變化。為了保證標(biāo)本圖像的質(zhì)量，每個(gè)標(biāo)本拍36 張(即轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)10°拍攝1 張)。圖像文件按一定的命名規(guī)則，采用標(biāo)本名拼音簡(jiǎn)寫加1 ～36 數(shù)字構(gòu)成，每個(gè)標(biāo)本圖像文件單獨(dú)存放一個(gè)文件夾。

(2) 標(biāo)本圖像的前期處理。利用圖片處理軟件ADOBE 公司的Photoshop 軟件來完成。將拍好的36張圖片導(dǎo)入PhotoShop 中，首先對(duì)所有圖片進(jìn)行亮度調(diào)整、對(duì)比度調(diào)整等操作，保證每幅圖處理后的效果要統(tǒng)一，統(tǒng)一圖片分辨率、大小和背景等。

(3) 三維全景標(biāo)本文件的制作。將第個(gè)標(biāo)本的序列圖片處理好后導(dǎo)入到Flash 中生成一個(gè)MC，在場(chǎng)景中，通過設(shè)置功能按扭和ActionScript 編程控制MC 的播放，達(dá)到使物體可以交互完成360°旋轉(zhuǎn)的效果，并加上放縮和鼠標(biāo)交互功能按鈕，在Flash 中通過精確控制點(diǎn)的位移來達(dá)到模擬三維空間的真實(shí)效果［14］。

3.2 三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫的建設(shè)

三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫采用分類和分目錄存儲(chǔ)的方法，包括所有標(biāo)本的具體數(shù)字化和實(shí)物存儲(chǔ)的具體信息，標(biāo)本信息數(shù)據(jù)庫表如表1 所示。

3.3 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

三維立體標(biāo)本瀏覽和學(xué)習(xí)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)本放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，同時(shí)顯示放大的病變的部位和病變描述等功能?？墒褂面I盤的+、-進(jìn)行放大縮小，用箭頭←、→和y、z 鍵進(jìn)行標(biāo)本旋轉(zhuǎn)，或直接用鼠標(biāo)對(duì)標(biāo)本進(jìn)行移動(dòng)。在網(wǎng)頁中調(diào)用Flash 的SWF 文件也有兩種方法:一種是插入的形式，把SWF 文件當(dāng)作一種插件;一種是ActiveX 控件的形式，把ShockWave-Flash 控件導(dǎo)入網(wǎng)頁文件中［15］。

表1 三維標(biāo)本信息數(shù)據(jù)表

3.4 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的效果

通過三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用，真正實(shí)現(xiàn)了管理簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、安全可靠、兼容性好等特點(diǎn)。系統(tǒng)后臺(tái)管理系統(tǒng)為管理員提供了易于操作、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)更新與維護(hù)的三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與資源管理平臺(tái)。系統(tǒng)交互性能和功能強(qiáng)大，管理界面友好直觀，操作方便。圖1 是三維標(biāo)本在網(wǎng)頁中進(jìn)行瀏覽的效果。

圖1 三維標(biāo)本瀏覽效果

4 結(jié) 語

醫(yī)藥學(xué)三維標(biāo)本數(shù)據(jù)庫適用于所有醫(yī)學(xué)及與醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)和利用，用于對(duì)所學(xué)各學(xué)科的標(biāo)本進(jìn)行自學(xué)或復(fù)習(xí)，也可用于課堂教師講解和演示。青年醫(yī)生還可利用三維標(biāo)本對(duì)手術(shù)部位的人全結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，從而增加手術(shù)成功率，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和醫(yī)療事故的發(fā)生率。本文建設(shè)了一個(gè)功能較為完整的三維標(biāo)本的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可完成三維標(biāo)本的制作，網(wǎng)上標(biāo)本的錄入、修改和更新等功能。管理系統(tǒng)為管理員提供了易于操作、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)更新與維護(hù)的資源管理平臺(tái)。系統(tǒng)功能強(qiáng)大，管理界面友好直觀，操作方便。便于讀者使用，為實(shí)物標(biāo)本的利用拓展了網(wǎng)上空間，增加了標(biāo)本的利用率。

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