物體VR成像技術在康復教學中的應用

牟 魏 王承爍 屠晨坤

（南京醫科大學康達學院 江蘇·連云港 222000）

康復治療學是一個非常年輕的專業，但卻是我國醫療衛生事業發展所必需的。康復治療是一個大類，它又細分為物理治療，作業治療，言語治療等。因國內康復還處于起步階段，所以中國康復人才的培養多數并未細分，統一歸類到康復治療專業。

在康復治療學的學習過程中，了解和使用現代化康復醫療設備是每一個康復專業學生必須掌握的。但總是受限于教學條件的不足，對于一些學校未曾引進的先進的設備，就只能停留在幻燈片或者書本上的平面展示圖。學生很難詳細了解這些先進設備的整體概況、結構和基本操作方法。無法接觸學習這些先進設備，跟進康復最新治療技術的發展，已經成為康復教學的一大難題。

虛擬現實（virtualreality,VR）技術有著極強的身臨其境的浸沒感，以及實時的互動性、豐富可擴展的內容，近年來在醫學教學領域得到了廣泛的應用。在新冠疫情促使網絡教學發展的背景下，我們發現將物體VR成像技術與網絡教學結合，開發相關學習所需設備的三維立體成像展示，讓學生全方位了解設備的結構，將解決這一難題。

1 構建過程

我們以Object2VR軟件作為開發工具，通過環物攝影技術，采集展示設備多個角度的圖像，再將這些圖像渲染、修飾、拼接，制作成一個完整的VR文件并通過相應的程序進行演示，可以隨意拖動鼠標，從各個角度觀看物品的每一個部位和結構。制作過程分為圖像采集、圖像修飾、VR文件制作三個過程。

1.1 圖像采集

通過與教研室、學校附屬醫院康復科的合作，我們選定與課程相關的康復治療設備進行圖像采集。圖像采集時，我們使用了相機，背景板、補光燈、三腳架等設備來保證采集圖像的質量，使最終展示效果達到最佳。首先我們選擇光線充足的拍攝場地，搭起背景板，視情況使用補光燈，減少采集圖像陰影的產生，使圖像呈現效果更加飽滿自然，拼接時不會出現明顯的個體差異。接著將相機固定在三腳架上并選擇合適的位置放置轉盤，保證轉盤轉動時不會脫離相機的拍攝范圍；相機我們使用的是索尼A7M3相機，轉盤轉動360°的時間為80s，一個設備圖像采集數為20張，所以我們設定相機快門釋放時間為4s一次。同時注意展示物品需放置在轉盤中心，保證轉盤轉動時展示物品不會在相機的視野中偏離；不對稱物品，應將最高點正對轉盤中心上方。

1.2 圖像修飾

將采集圖像分類依順序編號，方便后續的操作。打開Adobe Photoshop CS6，對展示設備圖像進行處理，同時保證圖像大小相同，中心點在同一位置。接著打開Adobe Lightroom，對展示設備圖像的亮度、對比度、飽和度等進行過調整，保證拼接后動畫的流暢自然。

1.3 VR文件制作

以我們所制作的磁振熱理療儀為例。首先打開Object2VR軟件，在看版臺中導入圖片。設定水平欄位為20欄，依次導入圖片，圖片格式為JPEG格式。應確保圖片在水平方向依次呈現順序的正確性，并選擇VR文件保存位置。接著打開圖片處理，打開裁剪參數，確保每一張圖片中心位置一致。之后在顯示參數中進行效果的預覽。如效果不佳，可在圖片處理中進行進一步的處理。打開熱點設置，可以在想詳細介紹的地方或重要部件處添加點型和多邊形交互熱點、區域型交互熱點。設置ID、標題、皮膚ID等屬性，并可以在熱點列表里對所有熱點進行歸納。進入皮膚編輯器，添加放大、縮小、平移、轉動等按鈕，方便展示預覽。最后選擇Flash格式，圖像質量設為90，圖像窗口尺寸根據圖片大小設為640x228像素，幀率設為50，舞臺縮放選擇隨窗口變化，關閉自動播放模式，速度設為1，延遲設為5，開啟縮放，縮放倍數最大值設為6倍，開啟自動移動模式，順滑化，添加層級切片處理，最后進行文件導出。展示視頻鏈接：https://www.ivrpano.com/website/pages/krpano/videoshow.html?uuid=d3627f8873d461d2。打開鏈接后，點擊播放，再選擇視角控制中的平面模式即可查看。

2 應用及結果分析

物體VR成像技術可適用于課堂教學、實踐教學、網絡教學等各種教學過程中，主要運用于治療設備結構和工作原理的展示，治療設備操作方式的預演。

在傳統教學方式中把理論課和實踐課分開進行，理論課一般通過平面圖、幻燈片、視頻等來展示設備的構成及工作原理，實踐課是在理論課的基礎上確認設備的構成，驗證設備的工作原理，練習設備的操作方法。但理論課的展示，往往只能提供該展示設備某一個角度或幾個角度的平面圖，無法做到全方位的展示效果，真實性不強。同時，理論若無法結合實際，是缺乏趣味性的，是一種被動的知識灌輸。教學任務的安排也使得實踐課上學生對于展示設備的學習，是有時間約束的，可能無法保證完全掌握，課下也缺少再次接觸的機會。這就導致學生對設備的構成及工作原理很難詳盡地掌握，進而使實踐課的效果大打折扣。

對于治療設備的展示還受限于學校的教學條件。醫學生是需要時刻關注最前沿的治療技術，最新的治療設備的。而學校并不能保證引進每一種設備，這就導致學生的知識面大多停留于書本、落后于時代的進展。盡管學校一般會與附屬醫院合作，開展見習課程，但這種課程一般課時較少，耗費較高。

如果將VR成像技術應用于日常教學中，上述問題都將得到有效解決。通過VR成像技術，我們可以很容易地構建一個與現實中的設備完全相同的虛擬設備進行展示。同時可以與醫院展開合作，對于學校未曾引進的設備構建虛擬設備，拓展學生的知識面，提高教學效果，減少教學耗費。

在進行設備展示時，學生通過相關軟件，可對虛擬設備進行選轉、放大、縮小等操作。在一種身臨其境的真實感中，全方位地了解該設備的構成、工作原理。同時結合老師對于細節或者重點處的注釋，達到更好的掌握效果。在熟悉之后，可自我進行操作的預演，使實踐課從接受知識轉變為驗證知識的掌握程度。課下也可通過 VR文件對該設備的基本結構、工作原理、操作方法再次復習。

我們與教研室老師展開深入交流，確定將VR成像技術引入日常教學工作中。對老師進行軟件及相關操作的培訓，與醫院展開合作，構建學校未曾引進設備的虛擬設備。同時，與學生組織的康復社團展開合作，成立制作小組，舉行設備展示大賽。加強學生對治療設備研究的興趣，拓展VR成像技術在日常教學中的應用形式。

為驗證VR成像技術在教學上的效果，我們對兩個班級進行相同內容，不同教學形式的對比。其中一個班級采用傳統教學方式，另一個班級引入VR成像技術。在最終的設備操作考核與調查問卷中。我們得出結論：引入VR成像技術教學的班級學生對于設備的掌握程度明顯比傳統教學方式效果更好，同時對于治療設備相關知識的接受程度更高，更有興趣去自主研究這些治療設備。

3 實際應用的優點和仍需改進的地方

3.1 優點

將理論向實際靠攏，通過加強對視覺感官的刺激，提高學生的學習和參與積極性。全方位的展示使得展示效果達到最佳，對于工作原理及操作方法的講解更具有真實性。能夠跟進最前沿的治療技術和最新的設備，拓寬學生的知識面，調高學生的創新能力。

教學上，在VR成像技術引入康復教學中，可以消除傳統教學內容，更新教學案例，優化和更新專業教材和教學內容，并使其與時俱進，結合起來，設計出與發展相適應的教材，節約教學資源的同時，提高了教學質量與教學效率。

3.2 仍需改進的地方

加強VR成像技術與網絡教學、線下教學的結合度，課程系統優化，可以通過網絡平臺上傳虛擬設備VR文件，讓學生課前預習，并以講解者的身份主動向大家展示自己的掌握理解程度，由老師查漏補缺。讓學生成為課堂的領導者，主動思考。提高學生主動性的同時，也能提高教學效率。課后由教學平臺布置考核，通過VR成像技術使得考核更加直觀，準確。在同步操作的同時，復述虛擬設備的結構、工作原理，避免學生對知識的死記硬背，無法應用到實踐中去。同時，定期推送給學生課程外有關前沿治療技術設備的虛擬文件，拓寬學生知識面的同時，鼓勵學生自己去了解更對的前沿技術、高端設備。

VR成像技術在教學中的應用將對老師產生更高的素質要求，加強師資隊伍的建設勢在必行。首先是教學平臺與VR軟件的使用，我們將定期對老師進行操作培訓，保證每位老師能夠制作VR文件，能夠通過教學平臺完成教學任務。其次是老師必須以身作則，帶動學生去了解，跟進前沿技術、先進設備。因此，通過與醫院的合作，老師將定期去醫院參與培訓與講座。

4 綜述

通過教學成果對比，發現將VR成像技術引入康復教學中，能有效解決康復理論教學質量不佳，實踐受限的難題。同時激發學生的自主性，拓寬學生的知識面，使學生對康復專業有更深刻的認識。

當然VR成像技術不僅能應用于設備的展示，還能應用于實驗場景的沉浸式體驗、教學互動等。但受限于研發所需的財力和人力支持，尚未能引入教學中。在未來教育中，虛擬技術教學與傳統教學將并駕齊驅，產生新的虛擬結合的教育教學模式，極大地改變傳統教學觀念和思維方式。隨著科技的發展，新生代的不斷創新，相信這些都將實現。