基于網絡的互動虛擬醫學課程資源開發及應用研究

劉俊英，李光仲，王 東，薛海波，閆 鵬

(1.濱州醫學院附屬醫院；2．濱州醫學院基礎學院，山東 濱州 256603)

在基礎解剖、病理解剖、組織胚胎以及各臨床課的網絡課程中，有大量醫學實體標本、醫學場景、醫療儀器等需要展示，通常教學中只能展示這些內容的平面圖片或錄像，缺少立體感和真實性，且無互動功能，而互動虛擬課程資源則可以很好的解決以上問題。利用虛擬全景技術可以將在不同方位拍攝的物體或者空間的照片無縫的連接在一起，從而在視覺上形成對物體或空間的整體呈現，全面的向學生呈現相應內容的整體形態、真實結構以及顏色對比等，提高學生學習相應內容的興趣，調動其學習積極性，更利于學生的自主學習[1]。

一、網絡互動虛擬課程資源的應用優勢

(一)可以實現實時準確的交互操作。

在網絡互動虛擬課程資源中，學生可以自己掌握學習的進程和順序，同時也可以通過鼠標和鍵盤對相應的標本、醫學場景、醫療儀器等進行細節放大、整體縮小以及多角度觀察等操作，加深對相應實體形狀、基本結構和特征的了解，對相關內容進行全方位的觀察和學習，克服了傳統影視媒體只能按照一定的順序播放，缺乏交互操作的不足[2]。

(二)能夠真實的展示相關內容。

利用互動虛擬全景技術開發互動虛擬課程資源，可以應用照片、錄像或者數字圖象來創建虛擬標本、醫學場景、醫療儀器等虛擬資源，展示的內容真實感更高、圖像更豐富以及細節特征更鮮明；同時還可以將視頻、音頻利用各種鏈接加入，使演示具有強大的多場景交互功能，給學生帶來身臨其境的感覺。

(三)開發制作效率較高。

開發軟件使用簡單，教師比較容易掌握其使用方法，課程資源制作的周期較短，實用性較強，在醫學類網絡教學資源的開發中具有較大的優勢，有較好的推廣的應用價值。

二、互動虛擬課程資源在醫學網絡教育中的應用

(一)提高自主學習抽象知識效率。

利用基于網絡的互動虛擬課程資源，學生可以在瀏覽器中對相關資源實現交互式操作，對具有立體結構的醫學標本或陽性體征等教學資源進行充分的展示。在瀏覽器中，學生可以隨意地旋轉虛擬醫學資源、放大其局部結構，已實現從各個角度進行觀察和研究。特別是對于一些畸形標本，其形狀非常不規則，為更好地滿足教學要求，可以采用互動虛擬全景技術進行相關資源的設計，從而更加形象逼真地表達相關教學內容，便于學生直觀的認識實體形狀和結構[3]。

*通訊作者

(二)提高臨床實踐技能的學習效果。

網絡互動虛擬課程資源能夠在逼真的虛擬環境中以自然的方式進行交互，非常適合臨床實踐技能的學習，學生在接近真實的虛擬環境中更易于掌握相應的技能。如在傳統的內窺鏡診療教學中，只能通過講解、圖示或視頻來介紹內窺鏡在相應的檢查部位環繞觀察的情形，缺少相應的互動控制，學生無法自主控制學習進度和檢查部位的觀察視角。而利用網絡互動虛擬課程資源能夠虛擬出“真實的診療環境”，學生在虛擬的“診療環境”內可以任意選擇觀察的視角，交互地進行全方位的觀察和學習，全面了解相關診療部位的實際形狀、空間的位置分布、變形情況以及時序和顏色紋理等。通過在虛擬環境中進行有關的交互學習，提高相關技能的培訓的效率[4]。

(三)精密儀器設備的認識與操控。

醫療設備系統和實驗儀器可以利用網絡互動虛擬課程資源逼真地展示出來，學生可以在瀏覽器中無風險地對虛擬儀器進行各種旋轉和放大，從不同角度進行觀察，詳盡了解儀器設備的實體形狀、結構和使用方法，更快地學習相關儀器設備的操控知識[5]。

在實驗教學中，實物教學條件的不足完全可以通過互動虛擬課程資源加以彌補，而且真實感強、趣味性高的虛擬環境，可以使教學內容更加形象直觀，學生主動學習的積極性會得到極大的提高[6]。

(四)強化對醫療設施整體空間的了解與認知。

對于重癥監護室、高壓氧治療室、實驗中心或精密儀器室等一些學生不能直接深入其中進行觀察和體驗的特殊情境，利用網絡互動虛擬課程資源的虛擬場景可以容易的復現。通過虛擬全景圖，學生可以對相關設施進行全方位的環視和學習，這是傳統的文字、圖片以及錄像等展示方式所無法實現的。

三、課程資源制作范例及其應用

(一)課程資源的制作范例。

下面我們介紹一個醫學標本展示范例的制作，根據教學設計及標本展示的要求，采用PixMaker虛擬全景制作軟件制作此醫學標本展示范例，可使其效果最為逼真，其制作的主要步驟包括：

1．靜態圖像的拍攝及后期處理。首先，使用數碼照相機拍攝標本沿順時針方向的環視照片。每拍攝一張照片，就將放置標本的轉盤順時針旋轉一定的角度，相鄰兩張照片要有四分之一左右的重疊區域。然后，將按順序編號的全部照片放在同一文件夾內，再應用圖像軟件對照片的對比度、亮度、色調、銳化等進行相應的處理，使全部照片的大小相同，整體視覺效果一致[7]。

2．圖片導入。將后處理過的照片輸入到PixMaker的處理窗口。全部照片導入后，使用影像編輯欄中的編輯工具，可對照片做次序、刪除、旋轉、復制等操作。

3．圖片拼接。將導入的全部照片無縫地連接在一起，形成一個360°的“標本影視”全景圖。完成拼接后，在PixMaker的顯示區域即會出現一幅360°環繞的立體標本。我們可以用鼠標指針操縱圖片，橫向拖動鼠標可以左右移動圖片，按住“Shift”鍵并上下移多鼠標指針可以放大和縮小“標本”的影像。用鼠標指針點擊場景圖片內任意位置，可停止場景的移動，操作方式非常靈活方便。

4．在標本影視上增加各種注釋鏈接。在完成標本影視的制作后，可應用軟件的熱點編輯命令，在標本圖片上增加各種注釋性鏈，接指向另一資源的場景、網頁、音頻文件或視頻文件等，從而對標本上相應部分進行更詳細的介紹和說明。增加各種注釋的點都會在標本圖片上顯示一個小圖框，學習者可以點擊該小圖框進行互動。

5．標本影視的導出。PixMaker具有多種輸出格式，可根據網絡教學的實際需要選擇相應的格式輸出標本影視。基于網絡的課程資源可以選擇多種方式導出，如網頁格式“web page(.html)”或可以單獨播放的明信片格式“Postcard(.exe)”等[8]。

(二)課程資源在網絡教學中的應用。

在相應的教學網頁中嵌入上述發布的標本影視文件，并在網絡課程中設計其鏈接，然后將相關網頁和文件傳至服務器的同一目錄中。至此學生即可上網瀏覽該標本影視的內容，并可控制標本影視的轉動、縮放以及移動等各種交互運動，以便仔細觀察標本的各部位，實現如同直接觀察標本一樣的學習效果。

(三)應用分析。

對于整體形狀極不規則的一些醫學立體標本，不易采用基于幾何模型的虛擬技術進行較全面的表達，而采用基于圖像的互動虛擬技術則可非常逼真地表達這些教學內容。在網絡資源開發過程和實施應用中，應切實結合影視圖像質量與數據量及網絡傳輸速度的關系，以確保影視圖像的流式播放[9]。

四、結束語

通過網絡互動虛擬課程資源的開發，可以使網絡課程的教育性與技術性更加完善，更加符合學生的認知規律，從而構建一種全新的教學環境和教學手段。具有強大的交互性、沉浸度以及多感知等人性化特性的網絡互動虛擬課程資源，為學生提供了一種可以進行交互操作、自主探索的學習環境和學習方法[10]，從而極大地改變傳統的教學觀念和思維方式，激發學生的學習積極性，提高醫學教育質量。

[1]周樹海.讓虛擬全景技術進入網絡課程[J].中國遠程教育,2007(5):65-67.

[2]陳 敏,劉曉秋,伍勝男.QTVR技術及其在教育教學中的應用[J].中國現代教育裝備,2006(11):36-38.

[3]李光仲,劉俊英,王云創，等.計算機模擬技術在醫學物理學教學中的應用研究[J].中國醫學物理學雜志,2009,26(4),1352-1360.

[4]范立冬,李曙光.虛擬現實技術在醫學訓練中的應用[J].創傷外科雜志,2008,10(6)：568-570.

[5]李光仲,劉俊英.基于靜態圖像的互動虛擬現實技術在醫學物理學教學中的應用研究[J].中國醫學物理學雜志，2010,27(5):2196-2200.

[6]余勝泉,古素梅.基于靜態圖像的虛擬現實技術及其在教育中的應用[J].現代教育技術,2000(3):47-51.

[7]劉俊英,李光仲.基于靜態圖像的互動虛擬全景技術在醫學教育中的應用研究[J].中國醫學教育技術,2011,25(6)：620-622.

[8]楊景武.基于平面圖像的虛擬全景技術(PixMaker)在解剖實驗教學中的應用[J].現代教育技術,2004,14(5):59-61.

[9]張 力.應用虛擬全景技術提高網絡教學質量的研究[J].電化教育研究,2003,122(6):56-60.

[10]史志國,田秋艷,艾 婷.基于虛擬全景技術的教學應用研究[J].現代教育科學2008(1):127.