王輝　羅江　王天寶　張文正　俞世勛

摘 要：在現(xiàn)有的教學(xué)知識(shí)中，許多醫(yī)學(xué)專業(yè)的相關(guān)知識(shí)仍然保持著文字描述的狀態(tài)。本文主要使用軟件Autodesk Maya2018、Adobe After Effects等軟件，結(jié)合現(xiàn)有的二維腦分割技術(shù)，通過(guò)虛擬三維場(chǎng)景重建神經(jīng)傳導(dǎo)的動(dòng)態(tài)效果。通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)教學(xué)視頻，可以直接展現(xiàn)各器官的相對(duì)位置、外部結(jié)構(gòu)和神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)過(guò)程，避免了讀字帶來(lái)的抽象感受和對(duì)知識(shí)的理解困難，能充分調(diào)動(dòng)自主學(xué)習(xí)的興趣，在教學(xué)工作中具有深遠(yuǎn)的意義和廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：Maya技術(shù);三維醫(yī)學(xué)動(dòng)畫(huà);神經(jīng)傳導(dǎo)通路

神經(jīng)系統(tǒng)是系統(tǒng)解剖中最困難的部分，其中神經(jīng)傳導(dǎo)通路緊密連接著中樞神經(jīng)和周圍神經(jīng)，良好的神經(jīng)傳導(dǎo)通路有助于學(xué)生更好地了解神經(jīng)系統(tǒng)疾病的相關(guān)癥狀，判斷病變部位。然而涉及神經(jīng)傳導(dǎo)通路的結(jié)構(gòu)眾多，結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系也很復(fù)雜，各神經(jīng)傳導(dǎo)通路中上、下纖維束的交叉部位不同，學(xué)生經(jīng)常被皮層下中樞的不同位置和大腦皮層的不同功能位置所迷惑，如深層和淺層感覺(jué)傳導(dǎo)通路，軀干和肢體感覺(jué)傳導(dǎo)通路和頭面部感覺(jué)傳導(dǎo)通路等。為此，開(kāi)發(fā)了一種應(yīng)用于醫(yī)學(xué)專業(yè)教學(xué)的有針對(duì)性的神經(jīng)傳導(dǎo)通路3D動(dòng)畫(huà)模型。通過(guò)神經(jīng)傳導(dǎo)通路三維動(dòng)畫(huà)模型的動(dòng)態(tài)演示，充分調(diào)動(dòng)了自主學(xué)習(xí)的興趣，有助于理解和掌握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。

1 制作三維動(dòng)畫(huà)的程序

本文主要使用軟件Autodesk Maya2018、Adobe After Effects和其他軟件制作和處理視頻。使用Maya創(chuàng)建各種模型、調(diào)整組件大小、記錄位置、設(shè)置動(dòng)畫(huà)路徑和變換相機(jī)。動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)完成后，整個(gè)過(guò)程以Targa文件格式呈現(xiàn)為序列幀，最終將它們渲染為視頻，并用AE進(jìn)行后期處理，如加載字幕，過(guò)渡、背景音樂(lè)等，最終的3D視頻動(dòng)畫(huà)可以充分展示神經(jīng)通路傳導(dǎo)的整個(gè)過(guò)程，通過(guò)三維視頻，生動(dòng)地向?qū)W生展示了參與傳導(dǎo)過(guò)程和傳導(dǎo)途徑的神經(jīng)元的相關(guān)知識(shí)。

2 神經(jīng)傳導(dǎo)通路相關(guān)的三維動(dòng)畫(huà)制作

2.1 痛覺(jué)通路相關(guān)結(jié)構(gòu)模型

對(duì)于人體內(nèi)的許多神經(jīng)傳導(dǎo)通路，我們以疼痛傳導(dǎo)通路為例，主要用參考圖勾勒出Maya中的初始輪廓，然后通過(guò)相應(yīng)的拉伸或擠壓構(gòu)建模型的空白，然后根據(jù)生理學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。例如對(duì)于上肢3D模型多邊形建模方法主要用于制作上肢的三維模型。首先，創(chuàng)建一個(gè)Cube并將其分成幾個(gè)部分。上肢的基本形狀是根據(jù)人體上肢的形狀進(jìn)行拉伸和擠壓制成的，對(duì)于手指、手掌心的生命線和手背突出的血管等細(xì)節(jié)部分，我們將使用多邊形分割工具來(lái)多次分割來(lái)添加細(xì)節(jié)。當(dāng)模型構(gòu)建后，展開(kāi)模型的UV，為畫(huà)貼圖做的基本準(zhǔn)備，繪制貼圖需先在PS打開(kāi)UV分布圖，根據(jù)參考圖和需要建立多個(gè)圖層，并給予適當(dāng)?shù)幕旌戏绞?，為使模型的外觀更加逼真、有質(zhì)感，我們需在PS中將紋理的部分（比如手紋），高光部分分別建立一個(gè)層從而進(jìn)行灰度的處理，最后我們給模型賦予材質(zhì)和燈光渲染，得到最終效果。

2.2 痛覺(jué)傳導(dǎo)通路動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)

模型建立后，動(dòng)畫(huà)路徑的設(shè)計(jì)是每個(gè)獨(dú)立模型生成整個(gè)動(dòng)畫(huà)不可或缺的。因?yàn)閯?dòng)畫(huà)需要介紹每個(gè)部分，視頻角度也需要改變，所以動(dòng)畫(huà)分為九個(gè)文件，從每個(gè)組件的每個(gè)彎曲處的橫截面中心點(diǎn)獲得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在Maya中，根據(jù)模型一步一步確定坐標(biāo)然后劃定樣條線，將坐標(biāo)輸入樣條線各點(diǎn)并施加動(dòng)畫(huà)約束，確保神經(jīng)沖動(dòng)沿神經(jīng)分布移動(dòng)。

2.3 輸出渲染與動(dòng)畫(huà)制作

動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)完成后，整個(gè)過(guò)程以Targa文件格式呈現(xiàn)為序列幀。使用AE導(dǎo)入序列幀后，檢查圖片的排列是否有任何錯(cuò)誤，無(wú)誤后將其渲染為視頻，從而確保最終動(dòng)畫(huà)視頻的清晰度，根據(jù)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識(shí)與視頻腳本用AE加載字幕、轉(zhuǎn)場(chǎng)、背景音樂(lè)等后期處理，最終輸出MP4格式，例如，痛覺(jué)神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程，包括多邊形建模模型光滑處理、添加紋理和表面材質(zhì)、上色、透明化體現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，渲染輸出和合成動(dòng)畫(huà)（如下圖所示）。

神經(jīng)傳導(dǎo)通路模型動(dòng)畫(huà)

3 總結(jié)與體會(huì)

神經(jīng)傳導(dǎo)通路在醫(yī)學(xué)專業(yè)中即是難點(diǎn)又是重點(diǎn)。神經(jīng)傳導(dǎo)通路的三維動(dòng)畫(huà)模型可以直接應(yīng)用于醫(yī)學(xué)知識(shí)科學(xué)和專業(yè)知識(shí)教育的普及，它可以直接顯示相對(duì)位置，各器官的外部結(jié)構(gòu)和神經(jīng)傳導(dǎo)過(guò)程，避免了單純文字性描述帶來(lái)的抽象感覺(jué)和對(duì)知識(shí)的理解困難。通過(guò)神經(jīng)傳導(dǎo)通路三維動(dòng)畫(huà)模型的動(dòng)態(tài)演示，充分調(diào)動(dòng)了自主學(xué)習(xí)的興趣，有助于理解和掌握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉芳，藺海燕，潘昌霖，許家軍，楊向群.角色扮演在“神經(jīng)傳導(dǎo)通路”教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2017（08）：58-59.

[2]金曉芳，盧秋群，吳怡，等.淺談三維耳蝸醫(yī)學(xué)動(dòng)畫(huà)制作及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2014（10）：38-40.

[3]江媛.在MAYA環(huán)境中實(shí)現(xiàn)“人頭部建?！钡闹谱鞣椒╗J].電子制作，2014（01）：78.

[4]陳沛，郜鑫磊，汪銘.生理學(xué)三維動(dòng)畫(huà)的制作技巧及體會(huì)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2016，30：142（02）：42-44.