動物組織學(xué)與胚胎學(xué)虛擬大體標(biāo)本的簡單制作

陳思懷 李德龍 高繼業(yè)

摘要：為了實現(xiàn)組織胚胎學(xué)教學(xué)大體標(biāo)本的多角度虛擬觀察，應(yīng)用Objiect2VR軟件制作胚胎模型和實體標(biāo)本的虛擬大體標(biāo)本。結(jié)果創(chuàng)建出在水平或垂直方向360°能手動與自動旋轉(zhuǎn)虛擬標(biāo)本，標(biāo)本能無極放大與縮小，標(biāo)本結(jié)構(gòu)名稱能實現(xiàn)動態(tài)指示。

關(guān)鍵詞：虛擬標(biāo)本;虛擬現(xiàn)實;胚胎學(xué)

Abstract： In order to realize the multi-angle virtual observation of the teaching gross specimen for histology and embryology， Objiect2VR software was used to make the virtual gross specimen of the embryo model and the solid specimen.The results showed that the virtual specimen can be rotated manually and automatically with 360 degree at horizontal or vertical direction.The name of specimen structure also can be indicated dynamically and zoomed in or out.

Key words： virtual specimen; virtual reality; embryology

動物組織學(xué)與胚胎學(xué)是一門形態(tài)學(xué)科，尤其是胚胎學(xué)的理論與實驗教學(xué)中常涉及動物胚胎發(fā)育、胎盤胎膜、畸形胎兒等大體標(biāo)本的觀察。學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)、課后鞏固復(fù)習(xí)主要依托大體標(biāo)本的圖譜或教師提供標(biāo)本主觀察面的靜態(tài)圖片等教學(xué)資源完成。這與在實驗室或標(biāo)本室觀察的立體模型標(biāo)本或原色標(biāo)本在立體感、沉浸感等方面存在較大體驗差別;標(biāo)本的靜態(tài)圖片也限制了多角度觀察;也因為除模型標(biāo)本外其余大體標(biāo)本均由甲醛保存，刺激性氣味阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與認真性。但隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，場景虛擬、設(shè)備虛擬、操作虛擬等技術(shù)或平臺相繼應(yīng)用多種學(xué)科的教學(xué)，解決了實驗環(huán)境危險性、教學(xué)成本、反復(fù)操作、模擬計算等教學(xué)難點[1-3]。為此，本研究針對學(xué)生觀察的大體標(biāo)本，應(yīng)用Objiect2VR軟件制作360°或720°旋轉(zhuǎn)的虛擬標(biāo)本，為學(xué)生的仿真觀察與遠程（在線）學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

1 制作虛擬標(biāo)本所需材料

胚胎模型（PVC材質(zhì)）標(biāo)本、實體原色標(biāo)本、64位PC機、盆景轉(zhuǎn)盤、數(shù)碼相機、Objiect2VR軟件、Flash player軟件（9.0以上版本）、Photoshop軟件（7.0以上版本）。

2 虛擬大體標(biāo)本的制作

2.1 360°旋轉(zhuǎn)虛擬標(biāo)本的制作

選用甲醛保存的圓柱形或長方體原色標(biāo)本瓶放置轉(zhuǎn)盤中央，要求標(biāo)本重心垂直線在圓盤中心。標(biāo)本的主觀察面作為首張照片拍攝，并每旋轉(zhuǎn)30°拍攝一張，共計12張 。應(yīng)用Photoshop或Windows畫圖工具進行圖片的剪裁與編輯處理。從軟件Objiect2VR的看版臺添加圖片，完成顯示參數(shù)、用戶數(shù)據(jù)、交互熱點（標(biāo)本的各種結(jié)構(gòu)名稱）等設(shè)置。選擇輸出格式（Flash/HTML5/Quicktime），本研究選擇Flash格式為主。并完成圖片、顯示、播放、縮放、皮膚等輸出設(shè)置 ，點擊創(chuàng)建即可完成。

2.2 720°旋轉(zhuǎn)虛擬標(biāo)本的制作

因部分胚胎模型標(biāo)本的額面（水平面）有結(jié)構(gòu)，故除水平面可360°旋轉(zhuǎn)外，還應(yīng)實現(xiàn)垂直面360°旋轉(zhuǎn)。圖片拍攝要求除水平旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤拍攝的12張照片外，把標(biāo)本橫向（側(cè)向）按12個方位分別與轉(zhuǎn)盤固定，并讓轉(zhuǎn)盤在垂直方向轉(zhuǎn)動，每個固定方位同樣每30°拍攝一張，共計11張。在軟件的看版臺的橫向欄輸入水平旋轉(zhuǎn)的12張圖片，再在縱向欄分別添加縱向旋轉(zhuǎn)的11張照片。其余制作步驟同方法2.1。

3 制作結(jié)果

對于實體原色標(biāo)本生成的*.SWF文件在Flash player播放器中打開可見主觀察面的虛擬標(biāo)本，點擊虛擬標(biāo)本皮膚上“左右向旋轉(zhuǎn)”按鈕或鼠標(biāo)點住標(biāo)本左右移動可實現(xiàn)標(biāo)本的360°手動旋轉(zhuǎn)（見圖1），也可點擊皮膚上自動旋轉(zhuǎn)按鈕開啟標(biāo)本的自動緩慢旋轉(zhuǎn);對于結(jié)構(gòu)的觀察可點擊標(biāo)本“放大或縮小”按鈕或鼠標(biāo)點住標(biāo)本通過滾輪實現(xiàn)無極放大縮?。ㄒ妶D2）。對于模型標(biāo)本生成的Flash文件在播放器中打開同樣可見主觀察面的虛擬標(biāo)本，該標(biāo)本同樣實現(xiàn)無極放大與縮小，對于標(biāo)本上展示的主要結(jié)構(gòu)均建立結(jié)構(gòu)名稱熱點，即鼠標(biāo)指向任一結(jié)構(gòu)時即刻彈出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)名稱，如當(dāng)鼠標(biāo)指示在標(biāo)本的胎盤結(jié)構(gòu)區(qū)域時，則顯示“胎盤/Placenta”字樣（見圖3，圖4）。同樣該類虛擬標(biāo)本點擊皮膚相關(guān)按鈕或鼠標(biāo)拖動可實現(xiàn)水平方向的360°旋轉(zhuǎn)，并且水平方向的任一圖像可在垂直方向完成360°旋轉(zhuǎn)，因而可觀察到標(biāo)本的底面與額面（斷面）的形態(tài)結(jié)構(gòu)（見圖5，圖6）。

4 討論

目前開展物體環(huán)視制作主要有3D Studio Max、3DProductShow、PixMaker Pro、環(huán)視制作者、造型師等國內(nèi)外軟件[4，5]。但此類軟件或因需專業(yè)知識基礎(chǔ)，操作復(fù)雜，或因價格昂貴，甚至無法購買等原因限制了非專業(yè)人員的廣泛應(yīng)用。而Objiect2VR軟件使用簡單，能實現(xiàn)物體的三維虛擬，手動和自動方式進行水平或垂直方向360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對物體的多角度觀察，能輕松建立熱點，針對教學(xué)標(biāo)本則利用熱點簡單實現(xiàn)結(jié)構(gòu)名稱的動態(tài)顯示。以創(chuàng)建的Flash輸出結(jié)果為例，文件大小只有幾MB至十幾MB，方便文件在網(wǎng)絡(luò)的上傳與下載。

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）的發(fā)展，其模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面的仿真技術(shù)日趨完善。尤其場景VR在旅游、建筑、消防、游戲、室內(nèi)裝修等多種行業(yè)中得到廣泛開發(fā)與普遍應(yīng)用[6-8]。因此，針對動物醫(yī)學(xué)包括動物學(xué)、解剖學(xué)、組胚學(xué)、病理學(xué)、寄生蟲病學(xué)、產(chǎn)科學(xué)等學(xué)科的教學(xué)標(biāo)本室（館），應(yīng)用諸如Unity3D、Pano2VR等軟件制作虛擬場景，場景內(nèi)的每個標(biāo)本建立熱點，而熱點超鏈接的內(nèi)容則是可水平或垂直方向360°旋轉(zhuǎn)的虛擬標(biāo)本。讓參觀者（學(xué)生）可在虛擬標(biāo)本室漫游，對感興趣的標(biāo)本可點擊多角度仔細觀察。虛擬標(biāo)本室發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)，則真正意義上實現(xiàn)學(xué)生對各類標(biāo)本的在線瀏覽、自主學(xué)習(xí)。借助移動終端、PC機，則實現(xiàn)“任何人、任何時間、任何地點”的泛在學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1] 張輝，余婷，王光利，等.微生物學(xué)虛擬仿真實驗平臺建設(shè)及應(yīng)用評價[J].萍鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報，2018，35（6）：89-93.

[2] 康譯友，張永策，方麗，等.基于Virtools的三維交互虛擬精餾實驗室的構(gòu)建[J].計算機工程與設(shè)計，2011，32（2）：633-637.

[3] 吳健樺，吳琛耘，楊楊，等.醫(yī)學(xué)寄生蟲學(xué)虛擬實驗軟件的構(gòu)建與應(yīng)用探索[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2016，18（9）：747-750.

[4] 陳姣.基于遺傳算法和3DMax在珠寶三維設(shè)計中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2020，43（7）：114-117.

[5] 楊景武.基于平面圖像的虛擬現(xiàn)實技術(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.

[6] 劉爽.基于VR的三維虛擬場景漫游和交互系統(tǒng)研發(fā)[J].信息與電腦（理論版），2019（15）：71-73.

[7] 李寧，聶洪濤.博物館虛擬現(xiàn)實場景可版權(quán)性分析[J].博物館管理，2020（3）：46-52.

[8] 黃文杰.VR虛擬場景中的交互設(shè)計——以室內(nèi)家裝全景體驗為例[D].江西：南昌大學(xué)，2018.

【通聯(lián)編輯：唐一東】