張巧靈，吳素芳，馬 濤，李健宇，宋斯偉，宋德光，李建平，李 赫

(1.吉林大學(xué)動物醫(yī)學(xué)學(xué)院，吉林長春130062 ; 2.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院動物科技學(xué)院，吉林吉林132101)

《動物解剖學(xué)》是動物科學(xué)專業(yè)、動物醫(yī)學(xué)專業(yè)及生物技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容繁雜龐大。傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)模式是理論課上教師利用PPT或掛圖講解，實驗課上觀察實體標(biāo)本和活體剖解去理解晦澀的文字描述，從而使所學(xué)知識在腦海里形成立體圖像，這種層次分割式的教學(xué)費時、費力[1]，且往往因經(jīng)費問題，全班同學(xué)只能在課程結(jié)束時剖解1只大型動物，使最直觀形象的活體解剖受到限制。三維模型作為一項虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其通過相機對被拍攝物體進(jìn)行等距離的360度環(huán)繞拍攝，再通過圖像序列將拍攝得到的照片進(jìn)行縫合，最終生成一個可以360度全方位觀察的三維動畫[2]。它通過模擬真實物體的方式彌補了普通教學(xué)中的不足，使枯燥的內(nèi)容形象、生動，因而被廣泛運用于教學(xué)領(lǐng)域。三維動畫的應(yīng)用使學(xué)生學(xué)習(xí)《動物解剖學(xué)》就好像看電影一樣，給學(xué)生創(chuàng)造了輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍。

1 研究方法

1.1 三維模型的構(gòu)建 三維動畫是整個動漫系統(tǒng)的基礎(chǔ)，模型的好壞直接影響運行效果和場景的逼真度。項目組挑選完整的牛骨骼標(biāo)本，測量其長、寬、高等，同時進(jìn)行360°拍照后存檔；采用3DSMAX提供的點、線、面等的創(chuàng)建和修改操作對骨骼模型進(jìn)行修改，對于部分骨骼，如滋養(yǎng)孔等細(xì)節(jié)進(jìn)行特殊的處理；然后比對實際需要的顏色進(jìn)行材質(zhì)的建立；對于構(gòu)建好的模型，根據(jù)實際需求使用FFD、鏡像、對稱性等操作對其進(jìn)行修改和仿制，并用NURMS進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)實際情況進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，使模型更加細(xì)膩與真實，提高骨骼模型的逼真度。

1.2 交互演示的設(shè)計與開發(fā) 模型的構(gòu)建只是基礎(chǔ)，交互演示的開發(fā)才是該輔助系統(tǒng)的核心。利用VIRTOOLS軟件提供的功能模塊和參數(shù)對每塊骨骼進(jìn)行交互演示、分類，同時進(jìn)行功能設(shè)計，即根據(jù)演示需求設(shè)計兩種功能，即鼠標(biāo)控制的視角轉(zhuǎn)換和固定視角的物體旋轉(zhuǎn)展示。鼠標(biāo)控制的視角轉(zhuǎn)換主要通過VIRTOOLS BBs中的Mouse Camera Orbit 函數(shù)對場景中的Camera構(gòu)建腳本，修改其中的Target Referential等參數(shù)來實現(xiàn)；固定視角的物體旋轉(zhuǎn)展示主要利用VIRTOOLS BBs中的OP 旋轉(zhuǎn)等函數(shù)對物體進(jìn)行腳本構(gòu)建來實現(xiàn)。

1.3 后期的調(diào)試與修改 根據(jù)實際需求和細(xì)節(jié)要求對模型或程序進(jìn)行進(jìn)一步修改，使之能更好得演示及輔助教學(xué)。

2 研究結(jié)果

2.1 骨骼確定、拍照、修改 項目組成員挑選完整的牛全身骨骼標(biāo)本，測量其長、寬、高等，同時進(jìn)行360°拍照后存檔，并在3DSMAX中建立模型(如圖1)后導(dǎo)出(如圖2)。

圖1 在3DSMAX中建立模型

圖2 3D MAX導(dǎo)出

2.2 交互演示的設(shè)計、開發(fā)及調(diào)試 項目組成員通過VIRTOOLS軟件提供的功能模塊和參數(shù)對每塊骨骼進(jìn)行導(dǎo)入、添光，設(shè)定攝影機視角和VIRTOOLS函數(shù)參數(shù)，最后進(jìn)行重新比對和修改后導(dǎo)入，獲得與實際標(biāo)本形狀一致的圖形(圖3)。

圖3 比對和修改

3 討論

3.1 在解剖教學(xué)中應(yīng)用三維模型的優(yōu)勢 動物解剖學(xué)是研究動物體各器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)和位置關(guān)系的科學(xué)，該課程的特點是專業(yè)術(shù)語多，信息量大，難于培養(yǎng)趣味性，教與學(xué)都比較枯燥[3]。我們傳統(tǒng)的教學(xué)主要采用圖片和實體標(biāo)本來向?qū)W生展示動物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，這些工具在使用方式和展現(xiàn)效果上的局限，使該學(xué)科的教學(xué)效果大打折扣[4]。而三維模型的建立及交互演示的開發(fā)在解剖學(xué)中的應(yīng)用，具有以下特點：(1)使動物機體各器官以卡通片的形式精彩呈現(xiàn)，從而在一開始就給人耳目一新的感覺，使枯燥無味的解剖學(xué)知識活靈活現(xiàn)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果[1];(2)三維動畫可以進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作，幫助教師從不同角度，不同視點進(jìn)行清晰、準(zhǔn)確的展示動物各器官的結(jié)構(gòu)，使學(xué)生更容易建立起各種結(jié)構(gòu)的空間定位[1]，加深了同學(xué)們對動物各個器官的認(rèn)知，使后期的實驗觀察及知識掌握事半功倍;(3)三維動畫的使用也減輕了任課教師的負(fù)擔(dān)，教師不再需要為提高教學(xué)效果而在上理論課時將不易攜帶的標(biāo)本或模型帶入課堂。尤其是在講解一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、立體感比較強(如腦室)、行程跨度大(如迷走神經(jīng))和關(guān)聯(lián)性強(如膝跳反射)的器官結(jié)構(gòu)時，能使學(xué)生直觀、 形象地觀察和記憶該器官并理解其原理[2]。

3.2 在解剖教學(xué)中應(yīng)用三維模型的注意事項 盡管該方法可形象立體地展示動物器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氛圍，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，并節(jié)約大量的人力、物力，彌補傳統(tǒng)教學(xué)的不足。但作為教師不能為片面追求課堂氛圍而過度依賴于三維動畫，一定要合理利用。因此，還必須明確以下幾點：(1)三維模型只能給人以虛擬的圖像，它畢竟不是真實的，因此它代替不了實際器官教學(xué)，尤其是最后的活體解剖，該項綜合實驗不僅是學(xué)生對所學(xué)知識的一個系統(tǒng)復(fù)習(xí)，同時又鍛煉了學(xué)生的動手能力,且能使學(xué)生真真切切感受各個器官，能觀察各個器官在體內(nèi)的具體位置、形態(tài)結(jié)構(gòu)以及與周圍器官的關(guān)系；(2)作為教師，若片面追求多媒體課件的生動性和全面性，而集文字、圖片、圖像、聲音、動畫于一體，會分散學(xué)生的注意力，使學(xué)生忽視了教學(xué)的主要內(nèi)容[1]。因此，教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和教學(xué)活動的組織者，要目的明確，重點突出，難點強化，有針對性和適度性[5];(3)心理學(xué)研究表明：視聽的形象直觀也會給學(xué)生帶來消極影響，在教學(xué)過程中，當(dāng)學(xué)生持續(xù)注視屏幕畫面時，思維受屏幕內(nèi)容的限制，頭腦活動會減慢[6]。因此，教師應(yīng)做好角色定位，不能過于依賴三維動畫，而應(yīng)同時結(jié)合新老技術(shù)，做到圖文并茂，聲像并舉，為學(xué)生獲取信息和知識提供最佳途徑。