計算機三維動畫技術在創傷骨科教學課件中的應用及優勢

于哲，馬保安，周勇，鄭聯合

第四軍醫大學唐都醫院全軍骨腫瘤研究所，西安710038

計算機三維動畫技術發展到今天已有30多年的歷史，技術已趨于成熟，其應用范圍不斷擴大，尤其被大量應用在現代醫學輔助教學的多媒體課件中［1-3］。由于其具有聲像圖文并茂，仿真不失美觀，操控便捷靈活等優點，特別為強調解剖和操作的外科學教學課件所青睞［4-5］。創傷骨科作為外科學領域特點鮮明的一門學科，其損傷過程往往發生在運動狀態中，手法復位過程也對骨折斷端的移位形式格外強調。因此，三維動畫技術對于重現其損傷過程，并模擬其復位手法顯得尤為實用和必要。該文結合創傷骨科教學特點，運用計算機三維動畫制作技術提出設計構想，以探索臨床課教學新的模式和方法，從而使臨床課教學更加直觀和有效。

1 創傷骨科三維動畫的制作方法

目前在國內，常用的三維動畫制作軟件主要是Autodesk公司的3DMAX和Maya。雖然三維動畫軟件的高級應用非常復雜并且較難掌握，但在多媒體應用方面，只需掌握三維動畫軟件的基本操作即可。三維動畫軟件的工作流程一般為“建模”、“材質”、“燈光”、“動畫”及“渲染”。以3DMAX為例，具體的操作是指軟件的選擇操作、視圖操作、基礎建模、二維圖形、修改器操作、基本材質制作、基礎關鍵幀動畫和渲染操作等。

在制作創傷骨科三維動畫時，應該以教材中受傷機制和手法復位圖解為依據，分別找出著力部位、暴力軌跡、各關節變化、骨折形態、錯位趨勢等各個技術環節，采用計算機3DMAX軟件，將軟件中人體模型按照骨折發生時人體受傷各個關鍵環節的姿態，分段逐幀制作成人體動作模型，然后將各段動作連接起來，形成連續的動作，再根據需要著色。從而形成完整、逼真、生動的創傷骨科動畫。還可以根據需要，插入透視片段，并將其動畫任意調整示范角度、燈光照明角度和播放速度，以使得畫面更加清晰、生動逼真。

2 三維動畫技術在創傷骨科課件中的應用效果

以《上肢骨與關節損傷》為例，教師在授課伊始首先設置一個動畫場景:以一名患者不慎跌倒手掌撐地，進而肩部撞擊地面的情形為例，向學生提出問題:“這樣的一個受傷情形會導致人體上肢的哪些部位發生骨折?”這樣的動畫場景既能引發學生的思考，也可以為整節課教學內容的展開設置懸念。在授課結束的時候，教師再結合授課內容將答案告訴學生。事實上這樣一個損傷場景幾乎可以涵蓋上肢骨與關節損傷課程標準中所設定的全部內容。如:橈骨遠端骨折(伸直型)、前臂尺橈骨雙骨折(間接暴力)、肘關節后脫位、伸直型肱骨髁上骨折(10歲以下的兒童)、肱骨干骨折(間接暴力)、肱骨外科頸骨折(老年骨質疏松的患者)、肩鎖關節脫位和鎖骨骨折(間接暴力)等。這樣的動畫場景配合其串聯效果容易讓學生形成深刻的記憶，也使得比較散亂的教學內容系統性更強。

另外，在講述一些骨折的受傷機制和分類時，三維動畫技術容易使得比較枯燥的授課內容活潑生動起來。以肱骨干骨折分類為例，為了講清楚三角肌粗隆和骨折移位方式之間的關系，教師往往要花費很長的時間和很繁瑣的語言來闡述其詳細機制，這其中還包含了比較復雜的解剖學知識，學生聽得吃力，聽后也非常容易混淆。有了三維動畫技術的輔助，學生可以對各部分肌肉牽引骨折斷端移動的情形一目了然。教師僅用很短的時間和很精練的語言略加描述，就能夠達到讓學生融會貫通的教學效果。

手法復位是骨折治療過程中的重要手段，也是課程標準中重點推崇的教學內容。而這部分內容側重于實踐技能，教師大量的語言描述往往比不上一個直觀生動的操作演示。在課堂上受到教室空間的局限，教師的操作演示往往很難讓每個學生都看得清楚，更無法直觀地了解手法復位過程骨折斷端移動的具體情形。三維動畫技術具有無可比擬的仿真效果，它不但可以通過各種特寫效果在大屏幕上清晰地呈現復位過程中的手法細節，還可以配合透視效果，讓學生真正看清楚復位操作中骨折斷端的漸變過程。不論是鎖骨骨折的挺胸張肩的復位操作，還是橈骨頭半脫位復位時環狀韌帶的修復狀態，有了三維動畫技術輔助，這些傳統授課中的所謂“難點”，豁然變得簡單而有趣。

3 三維動畫在創傷骨科教學中的優勢

3．1 形式豐富

三維動畫教學能最大限度地體現各種教學思路，將人物運動、骨骼模型、重要軟組織(血管、神經、肌肉)解剖、石膏固定、內固定物安裝等診療要素有機地融為一體，使教學過程以更加豐富的表現形式進行，而且可以表現得清晰美感，易于學生記憶和運用。創傷骨科疾病病種多樣、重復感強、容易讓學生感覺講授過程頗為枯燥，傳統的教學模式是大量的板書、掛圖或羅列圖片的多媒體幻燈片，既浪費時間，又難以理解。而借助三維動畫技術，我們可以將創傷骨科的損傷過程、分型機制、手法復位和預后功能等用多種形式的動畫全面地展示，有利于學生對疾病的全面理解。

3．2 形象直觀

創傷骨科的專業性很強，知識抽象。在教學時有些知識如果只靠教師語言傳遞，學生往往理解起來比較困難，而利用三維動畫形式則能彌補這一缺陷。創傷骨科疾病的損傷機制復雜，許多創傷的變化細節學生很難見到，三維動畫教學則較好地解決了這一問題。三維動畫表現方式形象、直觀，可將不易表述的教學內容用仿真、動感、特寫等方式直觀地表現出來。如:講述骨折的解剖基礎時，由于各個骨骼解剖不同，鄰近的神經、肌肉、血管較多，單純平面示意圖不能準確展示骨骼和各種軟組織的毗鄰關系，三維動畫既可以給出立體的造型，還可以通過“層層剝離”表現手法展現各種解剖結構的層次，更容易使學生對教學內容產生深刻印象。

3．3 交互性強

創傷骨科三維動畫教學可以給學生提供更多的學習主動性，大大優于傳統教學的填鴨式模式，給教和學雙方帶來信息交流及思維方式的革命性變化。三維動畫課件能夠設計出友好的操作界面，交互性強。例如:在操作界面上可以使用按鈕和圖標，使用者可方便地進行多種動態變換，根據學生的接受情況靈活地跳躍至特定素材，從而對教學內容擁有更加靈活的選擇權和控制權。教學過程中，教學和學習的進度與內容可由師生自由選擇，以滿足學生的個性化學習需求。同時學生能夠親身感受到教師在備課過程中集思廣益、敬業負責的治學態度，會對教師的辛勞肅然起敬，進而提高了學習過程的能動性和交互性，容易創造出師生相互配合、積極和諧地完成教學任務的融洽局面。

3．4 易于講清疑難知識

創傷骨科三維動畫教學優化了教學方法，其通過模擬臨床醫師的手法細節、展現骨折斷端透視動畫等素材，使單純應用普通教學手段難以講清楚的重點、難點知識，尤其是一些抽象難懂的知識更加容易被學生理解。例如:可以通過Colles骨折手法復位的三維動畫演示來講解橈骨遠端骨折的治療特點，學生既能直觀地觀察手法復位操作中骨折斷端移動的細節過程，也能容易理解為什么教師一再強調要將患者復位后的手腕置于掌屈尺偏位，使抽象的知識點容易理解記憶，而且印象深刻。

4 三維動畫技術應用于創傷骨科教學領域的注意事項

創傷骨科三維動畫技術具有上述眾多難以替代的優點，是未來骨科課堂教學和臨床教學發展的必然趨勢。但三維動畫作為輔助教學、提高質量的手段，仍有必要與傳統多媒體教學形式有機結合，才能更恰當地發揮其應有的價值。創傷骨科三維動畫教學應該以現代教育思想、理論作指導，教師要學習和掌握教學設計指導思想來指導自己的多媒體教學，科學地設計骨科多媒體課件，在課堂學習中要確立學生的主體地位，有機地結合傳統教學手段與三維動畫課件的優點，充分發揮多媒體形式豐富的教學優勢［6-7］。

需要指出的是，三維動畫制作不要指望“臨時抱佛腳”或者一蹴而就。教師一定要注意平日對教學素材的積累，特別是一些生動的場景，有時可能會在頭腦中曇花一現，教師要及時捕捉住思維中的創新點和精彩要素，恰當地運用到三維動畫創作中去，美輪美奐的課件只可能出自具有高度責任心的教師手中。另外，對于平日與計算機制作聲像媒體領域接觸較少的臨床醫師來講，要在較短的時間內把3DMAX學得精通是比較困難的事情。必要時可以請相關技術人員輔助制作。總之，在骨科教學領域中，三維動畫技術的應用空間非常之大，當前在創傷骨科中的應用還只是處于起步探索階段，相信隨著計算機仿真和虛擬現實技術的不斷發展，骨科教學將會更加全面和便捷。

［1］趙明良．廣告學專業的三維動畫教學［J］．企業科技與發展，2009，240(24):195-197

［2］李文清．三維動畫在教學的應用及在生物化學中的設計［J］．軟件導刊:教育技術，2009，1(1):85-86

［3］王立．三維動畫影像解析技術在體育教育訓練中的應用研究［J］．新聞天地:論文版，2009，(Z1):117-118

［4］劉琳．將三維動畫引入醫學CAI課件的重要意義［J］．網絡財富，2009，18(9):94-95

［5］陳俊，李健．從《分娩機制》的制作看三維動畫在醫學教育中的應用［J］．中國醫學教育技術，2005，19(4):294-296

［6］尹良軍，秦晉，程昀，等．現階段骨科多媒體教學的思考［J］．中國醫藥導報，2009，6(31):94-95

［7］崔建偉．三維動畫和虛擬現實技術在多媒體課件制作中的應用［J］．遼寧師專學報，2009，11(4):47-48