體驗(yàn)式教學(xué)舌診演示軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
——基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)條件下

關(guān)慧波，趙中楠，郭紅微，于 淼

(1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，哈爾濱 150040； 2.哈爾濱理工大學(xué)，哈爾濱 150040；3.黑龍江工程學(xué)院，哈爾濱 150010)

1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR)，是一種將真實(shí)世界的信息和虛擬世界的信息進(jìn)行“無(wú)縫”集成的新技術(shù)。這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)，從而促進(jìn)用戶對(duì)于現(xiàn)實(shí)的感官和認(rèn)知的強(qiáng)化。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)中醫(yī)教育發(fā)展的作用

在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，中醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)校的教育方法也在尋求信息化建設(shè)，以期推動(dòng)我國(guó)中醫(yī)中藥事業(yè)的不斷創(chuàng)新發(fā)展。依托增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將教科書中抽象的藥材與現(xiàn)實(shí)景象結(jié)合起來(lái)，能使學(xué)生更專注于學(xué)習(xí)，從而達(dá)到加深學(xué)習(xí)效果的作用。使用AR技術(shù)能夠更好地展示藥飲片，增強(qiáng)了互動(dòng)性、趣味性、準(zhǔn)確性，使學(xué)生更直觀地了解各種中藥，取得更好的認(rèn)知效果。

3 中醫(yī)診斷學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題

中醫(yī)診斷學(xué)教學(xué)一直缺乏專用的教學(xué)儀器設(shè)備和形象化的教學(xué)手段。中醫(yī)舌診是我國(guó)醫(yī)學(xué)中最古老、最有效的診斷方法之一，但傳統(tǒng)舌診課程主要依靠照片進(jìn)行目測(cè)診察，其結(jié)果受照片分辨率和采樣準(zhǔn)確性的影響，觀察者的主觀意識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及環(huán)境因素也會(huì)對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，如果出現(xiàn)誤差，將對(duì)未來(lái)的舌診臨床實(shí)踐造成很大影響，不利于開(kāi)展舌診的學(xué)術(shù)交流。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以與中醫(yī)舌診的教材交互應(yīng)用，能夠豐富教學(xué)過(guò)程中呈現(xiàn)的內(nèi)容，在教材中可以插入音頻、視頻，吸引學(xué)生注意力，學(xué)生可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備抓取教材中的附件信息，將教材中的內(nèi)容直接顯示在移動(dòng)設(shè)備上。通過(guò)AR技術(shù)提供的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境可以使學(xué)生嵌入與現(xiàn)實(shí)相關(guān)的實(shí)際環(huán)境中，體驗(yàn)真實(shí)問(wèn)診環(huán)境，迅速地將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)診環(huán)境中，做到學(xué)以致用。真實(shí)型與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型教學(xué)方法比較如表1所示。

表1 真實(shí)型與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型教學(xué)方法比較Tab.1 Comparison of real and augmented reality teaching methods

4 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的舌診診斷教育模型

針對(duì)中醫(yī)舌診診斷的特性和需求，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一套舌診診斷學(xué)習(xí)交互平臺(tái)。借助智能手機(jī)的強(qiáng)大功能，以AR為核心技術(shù)，設(shè)計(jì)了舌診診斷相關(guān)的案例和學(xué)習(xí)資源，制訂基于舌診實(shí)際問(wèn)診環(huán)境的學(xué)習(xí)活動(dòng)方案，并進(jìn)行實(shí)證研究。軟件系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的舌診診斷教育模型系統(tǒng)框架Fig.1 System framework of education model for tongue diagnosis based on augmented reality technology

研究需要構(gòu)建基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用模型，該模型包括基礎(chǔ)層、體驗(yàn)層、應(yīng)用層、歸納層。以該模型為基礎(chǔ)做出學(xué)習(xí)軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)模型是在前期調(diào)研中逐步研究和改進(jìn)的系統(tǒng)。筆者對(duì)前期模型進(jìn)行不斷擴(kuò)展和細(xì)化，基于AR技術(shù)建立了更符合中醫(yī)舌診診斷教學(xué)的開(kāi)發(fā)模型，具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 中醫(yī)舌診診斷教學(xué)的開(kāi)發(fā)模型Fig.2 Development model of tongue diagnosis teaching in traditional Chinese medicine

中醫(yī)舌診診斷教學(xué)的開(kāi)發(fā)模型具體制作過(guò)程如下：第一，圖文信息制作。依托患者的舌診實(shí)例圖片進(jìn)行圖文編排，以不同的形式合理呈現(xiàn)不同的知識(shí)要點(diǎn)，通過(guò)AR技術(shù)將患者圖片信息作用于某個(gè)特定對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)注釋，讓學(xué)生可以憑借注釋信息提取圖片3D圖像，更好地掌握學(xué)習(xí)要領(lǐng)。第二，音頻視頻信息制作。針對(duì)舌診診斷信息，將現(xiàn)實(shí)臨床問(wèn)診情況的音視頻信息插入教材中，通過(guò)特定的信息抓取，將理論與實(shí)際相結(jié)合，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造一個(gè)“真實(shí)情境”，讓學(xué)生在模擬的“真實(shí)”環(huán)境中體驗(yàn)、學(xué)習(xí)。第三，三維模型的創(chuàng)建和優(yōu)化。主要運(yùn)用3Ds MAX軟件創(chuàng)建三維模型，能夠使疊加對(duì)象看起來(lái)更加栩栩如生。本軟件采用分組建模的方式建立初步模型，將舌診信息劃分為若干個(gè)部分，詳細(xì)編輯每部分細(xì)節(jié)，使模擬場(chǎng)景更加真實(shí)。第四，基于通用模型設(shè)計(jì)舌診圖譜識(shí)記軟件。根據(jù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育軟件的通用模型，以實(shí)物化形式體現(xiàn)各種教學(xué)對(duì)象的實(shí)體影像，將虛擬現(xiàn)實(shí)以實(shí)物再現(xiàn)的方式與授課內(nèi)容互動(dòng)結(jié)合。以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，衍生出在線和離線等不同學(xué)習(xí)形式，包括軟件內(nèi)容設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)、軟件元素設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證其有效性。

5 前景展望

軟件設(shè)計(jì)應(yīng)為中醫(yī)診斷教學(xué)提供專用教學(xué)儀器設(shè)備和形象化的教學(xué)手段，滿足學(xué)生臨床環(huán)境中對(duì)中醫(yī)診斷能力訓(xùn)練的需要，實(shí)現(xiàn)更加理想的真實(shí)世界與虛擬實(shí)際的交互，在教學(xué)演示環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)出更優(yōu)化的軟件模型。