增強現實圖書引領未來醫學教育

王恬宇，馮智燁，李嘉紳，白志坤

(東北農業大學 動物醫學學院實驗動物與比較醫學重點實驗室，哈爾濱 150030)

1 理解增強現實圖書

“增強現實圖書”的概念是Mark Billinghurst在首次創建AR彈出式書籍“蛋白魔書”(Protein Magic Book， PMB)中提出的[1]。目前，AR圖書的主流形式是將實體書籍與手機等終端設備相結合。虛擬現實的內容通常利用用戶最熟悉的形式構建一個社交或學術虛擬世界。在使用過程中，用戶需要下載書籍配套的APP，通過掃描書籍的指定區域即可得到三維立體展示的內容。增強現實圖書可涉及諸多領域，能讓教育方式更加豐富多元化。AR技術的引入讓傳授教育的過程更具趣味且有張力，實現了在紙上的“動態”教育。

2 醫學教育中的AR圖書

2.1 AR醫學教材

AR圖書正在不斷應用于教育的各個領域。AR學習資源中心能夠提供包含生物學、物理學、環境科學、語言學、數學等多個基于標記的增強現實學習內容[2]，AR醫學教材早已不是空中樓閣。2018年，中國醫學第九版人衛教材融入了AR技術，將紙質書上的黑白結構圖轉化為3D可操控的彩色模型，帶給了學生耳目一新的學習體驗。目前，增強現實走入了大學教材，學生可以借助書中的文字理解和軟件模型演示來完成自主學習，這樣有助于培養大學生的抽象思維，進而營造新潮、多元的校園環境。

2.2 閱讀優勢

AR技術正在引領一種新鮮有趣的閱讀文化形式。栩栩如生的3D立體形象與傳統單調的平面圖形圖像相比，AR圖書具有更強的知識拓展化表現能力。尤其針對復雜的醫學模型，立體化的感觀方便了晦澀難懂的專業性知識教學。AR技術的硬件要求較低，使用者通過常用的移動設備即可體驗。這樣的方式非常適合醫學教育發展，直觀具體的3D體驗能讓學生享受學習知識的過程，讓學習不再枯燥。實驗表明，增強現實技術的使用對學生的學習成果有所貢獻。AR可以對學生的學習態度產生積極影響，從而提升學生的學習動力。在調查學生如何與AR系統相互作用的過程中，“蛋白魔書”的AR系統評估了學生對氨基酸學習的感知。結果顯示，AR具有便攜性，能夠提供清晰的氨基酸圖像，還能對模型進行詳細觀察，因此，學生喜歡使用AR進行學習[3-4]。

2.3 設計理念

AR醫學教材設計的目的在于提供優質的教學體驗、模擬學習場景、幫助學生思考、深入展開情境化教學。AR圖書借助智能終端將靜態的圖畫擴展到多方位的視聽體驗，學生不僅能學到知識，還能通過虛擬現實技術體會到未知事物的真實性，減少教學模型資源的購入。通常情況下，實驗室中的醫學教用模型數量有限，價格昂貴且容易損壞，將教材引入AR模型不僅可以激發學生的體驗樂趣，還能夠實現教學資源的共享化。所有醫學院校均可以引入AR教學，從而進一步推動AR技術的發展，實現現代化教育的變革和傳統讀書模式的更新換代。

3 AR圖書發展現況

3.1 圖書設計

如今，國內外都具備優秀的AR開源庫和軟件開發工具包，比如國內的Hi AR、Easy AR等增強現實開發網站都為開發人員提供了便利的平臺，但在使用這些平臺時，需要制作者擁有編程基礎。現階段，許多輕量級AR制作工具已被研發，不需要開發者具有編程基礎，只需進行簡單地拖拉、設置等操作就能夠完成AR作品的制作。通過輕量級AR制作工具，增強現實技術可以打破需要專業技術團隊來進行制作的要求，允許教育者創建場景，可根據書籍信息將模型注入學習體驗并嵌入數據，實現教學內容在現實環境和虛擬環境中的無縫教學。

3.2 出版應用

國內已有多本AR實體圖書出版。目前出版的AR圖書主要包括加入AR技術的兒童涂本和具有視聽功能的AR圖書。AR在少兒圖書出版方面已初具雛形，如2014年出版的AR兒童繪本《西游記的故事》和2016年出版的《科學跑出來》系列圖書，都受到了許多兒童的喜愛。AR圖書已經隨著時代發展受到了越來越多投資者的關注，技術的更迭也會讓AR場景與動畫更加絢麗豐富[5-7]。

3.3 發展瓶頸

在課堂上，由于材料開發的時間較長，資源共享存在一定的局限性，教師能利用的AR資源較少，沒有精良的輔助工具能夠及時處理出現的技術問題。與增強現實的潛力相比，很少會有教師為了新潮有效的教學方法而去進行實踐，大部分教師缺乏關于增強技術實施的概念框架，現實系統中也沒有這樣的框架，導致應用程序課堂上的技術通常都較為膚淺，沒有一定的生產力。

在市場上，雖然部分AR圖書取得了很好的評價，但AR市場仍不容樂觀。一方面是出版行業并不擅長，出版社懂得AR研發技術的人員太少，許多AR圖書操作繁瑣，甚至無法打開界面。另一方面，投入成本要遠遠高于傳統圖書，一本昂貴的AR圖書僅僅幾張圖片可以掃描，很難給予用戶滿意的使用感。國內出版社通常要與技術公司共同開發AR圖書或外包，而要想更好地發展數字出版，就必須擁有一批既懂出版又能靈活融入AR技術的復合型編輯隊伍[8]。但受到出版方相關技術人員較少、出版成本高、市場需求小等因素影響，大部分出版社只是淺嘗輒止。基于研究現狀及問題積極研發AR關鍵技術成為了重點，如何使AR技術更加輕量化也是項目攻克的重點與難點。

4 前景展望

目前，我國高等醫學教育資源質量參差不齊，部分地區教學資源有限，實驗室教具配備不全，而AR教育模式可以突破時域限制，為學生模擬數字化實驗室環境，減少“填鴨式”的被動教學，增強醫學教育的真實感，實現優質教學資源共享化。AR圖書也不只是停留在教學輔助階段，還可以利用AR虛擬成像進行模擬手術實驗或考試，大大降低成本與風險，促進醫學向著高質量、高水平的方向發展。目前，5G的大門已被敲開，互聯網將會催生出更加豐富的終端形態，AR將走進人們的日常生活，沉浸式體驗將成為科技發展的熱門。虛擬圖書將會成為新的教學工具，會引導人們打破常規，能夠讓學生在方寸之地體會到世界的廣袤。