基于游戲引擎的皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)探討

龍艷軍，楊志波*，陽 曉（.永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 永州 4500；.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，湖南 長沙 40007）

·教學(xué)研究·

基于游戲引擎的皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)探討

龍艷軍1，楊志波2*，陽 曉1
（1.永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 永州 425100；2.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，湖南 長沙 410007）

皮膚性病；數(shù)字學(xué)習(xí)港；繼續(xù)教育；游戲引擎

目前我國的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展才剛起步，計(jì)算機(jī)技術(shù)雖然得到了較大的普及和推廣，但在教育領(lǐng)域的應(yīng)用還很不成熟，導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育的這種教學(xué)模式中存在著“四大軟肋”:即時(shí)間分離、空間分離、師生分離、教管分離。如何改變這種狀況，是擺在廣大遠(yuǎn)程教育工作者和教育技術(shù)研究者面前的一大課題。通過引入游戲引擎技術(shù)，構(gòu)建出3D虛擬的學(xué)習(xí)空間，以皮膚性病專科相關(guān)的課程為藍(lán)本，進(jìn)行3D數(shù)字內(nèi)容建設(shè)。學(xué)生以虛擬化身的方式進(jìn)入虛擬的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，與老師、同學(xué)在虛擬場(chǎng)景中學(xué)習(xí)皮膚性病專科的相關(guān)知識(shí)，為達(dá)到職前教育和職后教育的有效銜接，加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源的開發(fā)與應(yīng)用，改變我國專科教育中地域和城鄉(xiāng)發(fā)展的不平衡、推進(jìn)臨床專科優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享、面向基層從業(yè)人員推進(jìn)專業(yè)化知識(shí)的再教育和大提高，拓展非學(xué)歷教育[1]，為各級(jí)各類基層醫(yī)務(wù)工作者提供普適性、公平性、專業(yè)性和低成本性的終身學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)在時(shí)間同步、空間一致、師生互動(dòng)、教管結(jié)合的新型現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育模式。

1 皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)的概念

皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)是一種基于Web技術(shù)和游戲引擎技術(shù)，將精心設(shè)計(jì)的皮膚性病相關(guān)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)融入到虛擬環(huán)境中，具有高度交互功能和沉浸式現(xiàn)實(shí)仿真功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育的智能化網(wǎng)絡(luò)集成平臺(tái)。依托該平臺(tái)來仿真一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的專修大學(xué)，即可以運(yùn)行3D虛擬學(xué)習(xí)空間、制作網(wǎng)絡(luò)課件、進(jìn)行實(shí)時(shí)演播以及對(duì)教學(xué)的全過程進(jìn)行跟蹤和檢查等。

從遠(yuǎn)程教育方面來看，皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)可以提高基層一線無法脫產(chǎn)進(jìn)修學(xué)習(xí)的醫(yī)務(wù)人員和各級(jí)別學(xué)校的學(xué)生的綜合分析能力和臨床診療技能，與自己敬仰的老師交流，見識(shí)自己聞所未聞、見所未見的罕見病種。把枯燥的被動(dòng)灌輸，變成快樂的自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)。

2 皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)的總體架構(gòu)

皮膚性病專科與臨床其他專科比較有其獨(dú)特的一面，大量的疾病圖像可通過數(shù)字技術(shù)融入到虛擬場(chǎng)景中。

學(xué)習(xí)者可以通過虛擬化身的方式在虛擬環(huán)境中多角度、全方位的“看到”這類模型，通過網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立完成；或協(xié)同其他學(xué)習(xí)者共同完成；或在專家、老師的指導(dǎo)下完成學(xué)習(xí)任務(wù)。皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)主要由主站入口（門戶網(wǎng)站）、虛擬學(xué)校、專家講堂、優(yōu)秀學(xué)生就業(yè)推薦平臺(tái)四個(gè)部分組成，其整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)總體架構(gòu)示意圖

2.1 主站入口是皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)的主網(wǎng)站平臺(tái)入口，提供用戶注冊(cè)、用戶登錄、初學(xué)者指南、網(wǎng)絡(luò)課件下載以及提供到虛擬專修學(xué)校、專家講堂、優(yōu)秀學(xué)生就業(yè)推薦平臺(tái)的鏈接等。

2.2 虛擬專修學(xué)校是皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)最主要的一個(gè)功能，學(xué)習(xí)者在主站入口成功注冊(cè)之后就可以登錄到虛擬專修學(xué)校中，學(xué)習(xí)者的虛擬化身被系統(tǒng)引至虛擬專修學(xué)校的門口后，就會(huì)有虛擬管理人員來和學(xué)習(xí)者交流，并將其引領(lǐng)到系部所在的辦公室向虛擬學(xué)生管理人員報(bào)到，辦理相關(guān)的入學(xué)手續(xù)，之后就會(huì)被分配到相應(yīng)的虛擬教室。虛擬專修學(xué)校是一個(gè)高度仿真的三維虛擬專修大學(xué)，其運(yùn)作方式與現(xiàn)實(shí)中的學(xué)校運(yùn)作方式相同，即涵蓋了入學(xué)、學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、考核、評(píng)價(jià)、推薦就業(yè)等全過程。

在虛擬專修學(xué)校中，學(xué)生按系統(tǒng)的規(guī)定去虛擬教室上課、去虛擬實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)、去虛擬醫(yī)院實(shí)習(xí)。

除了上課、實(shí)驗(yàn)以及實(shí)習(xí)以外，學(xué)習(xí)者可以利用課余時(shí)間去專修學(xué)校的虛擬圖書館查閱圖書或期刊資料；去虛擬學(xué)生俱樂部交友、聊天、聚會(huì)、參加社團(tuán)組織、參與論壇或某項(xiàng)競(jìng)賽活動(dòng)；去虛擬校園中的虛擬商場(chǎng)進(jìn)行購物或買書等，以豐富校園文化內(nèi)涵[1]。

2.3 專家講堂是皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)的一個(gè)特色功能，主要目的是提高學(xué)習(xí)港的知名度和讓學(xué)習(xí)者的知識(shí)與時(shí)俱進(jìn)，緊跟時(shí)代步伐。學(xué)習(xí)港會(huì)聘請(qǐng)有關(guān)皮膚性病的知名專家、學(xué)者定期進(jìn)行講座，專家、學(xué)者坐在帶攝像頭的計(jì)算機(jī)前就可以講堂授課，學(xué)習(xí)者可以實(shí)時(shí)地在任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)前聽課。

2.4 優(yōu)秀學(xué)生就業(yè)推薦平臺(tái)是皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)的另一個(gè)特色功能，學(xué)習(xí)平臺(tái)會(huì)自動(dòng)的統(tǒng)計(jì)出學(xué)習(xí)者在虛擬專修學(xué)校中的學(xué)習(xí)情況，如上課情況、實(shí)驗(yàn)情況、實(shí)習(xí)情況，評(píng)選出優(yōu)秀的學(xué)員，為用人單位提供一個(gè)選擇優(yōu)秀人員的平臺(tái)。

3 皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 使用3D Max構(gòu)建虛擬學(xué)校的單體元素模型

3D Max是美國歐特克軟件公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件，該軟件已廣泛應(yīng)用于廣告、工業(yè)設(shè)計(jì)、游戲、輔助教學(xué)等領(lǐng)域。在皮膚病學(xué)習(xí)平臺(tái)的建設(shè)中，我們以某醫(yī)學(xué)院校園實(shí)地場(chǎng)景為原型，使用3DS Max建模軟件構(gòu)建出虛擬的人物、教學(xué)樓、辦公樓、教學(xué)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)習(xí)醫(yī)院等相關(guān)的3D模型，然后分類導(dǎo)出為Unity3D軟件能夠識(shí)別的格式，即FBX文件，完成虛擬場(chǎng)景單體元素模型庫的建設(shè)。

3.2 使用Unity3D和SmartFoxServer游戲引擎技術(shù)構(gòu)建多人交互系統(tǒng)

Unity3D[2]是由Unity Technologies開發(fā)的一個(gè)讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、虛擬世界等互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎。

SmartFoxServer[3](簡(jiǎn)稱SFS)是大型多用戶應(yīng)用和網(wǎng)游的快速開發(fā)平臺(tái)，也是一個(gè)跨平臺(tái)的Socket服務(wù)器。主要是用來創(chuàng)建多玩家網(wǎng)游應(yīng)用程序，并提供強(qiáng)大的制作工具，各種回復(fù)制網(wǎng)游、房間制網(wǎng)游以及大型多人在線虛擬世界的程序設(shè)計(jì)都可以勝任，支持Flash、Unity3D等眾多開發(fā)平臺(tái)[4]。

3.3 利用Flash Media Server構(gòu)建專家講堂

Flash Media Server（簡(jiǎn)稱FMS）是一款可伸縮、高性能的流媒體服務(wù)器，它支持包括網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)聊天、在線游戲和其他各種交互功能，F(xiàn)MS已成為流媒體視頻和實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域業(yè)界領(lǐng)先的解決方案。系統(tǒng)的運(yùn)行需要構(gòu)建FMS服務(wù)器，學(xué)生和教師只需要通過客戶端瀏覽器連上Internet，訪問FMS服務(wù)器發(fā)布的視頻會(huì)議頁面可以隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻會(huì)議[5]，皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)的專家講堂部分采用了FMS技術(shù)，所產(chǎn)生的視頻文件數(shù)據(jù)量小，非常適合于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)傳輸。

3.4 構(gòu)建高可擴(kuò)展性的系統(tǒng)架構(gòu)

皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)主要是將上述幾項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行整合來進(jìn)行3D數(shù)字教學(xué)資源建設(shè)，構(gòu)建一個(gè)基于Web的大型多用戶同時(shí)在線以及可高可用性、負(fù)載均衡、高可擴(kuò)展性的網(wǎng)站系統(tǒng)[6]，通過優(yōu)化組合，皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)可以支持幾萬至幾十萬用戶同時(shí)在線，該平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)?/p>

負(fù)載均衡層，使用免費(fèi)開源的 Linux Virual Server來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，一般情況下由2個(gè)服務(wù)器組成一組，實(shí)現(xiàn)主/備服務(wù)器。用戶的請(qǐng)求首先達(dá)到負(fù)載均衡層，然后負(fù)載均衡設(shè)備根據(jù)指定的算法把負(fù)載轉(zhuǎn)發(fā)到第2層的某個(gè)應(yīng)用服務(wù)器集群，應(yīng)用服務(wù)器集群響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求并進(jìn)行相應(yīng)的處理（如進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接、讀寫文件等操作），處理完后把結(jié)果返還給用戶，或者先返還給負(fù)載均衡器，然后封包后再返還用戶。

Web層由Apache服務(wù)器、SFS服務(wù)器以及FMS服務(wù)器組成，為了實(shí)現(xiàn)高可用性、高可擴(kuò)展性的功能，每類服務(wù)器均可采用2臺(tái)或2臺(tái)以上的物理服務(wù)器來組成集群。為求得一致的性能，可以使用硬件配置完全相同的服務(wù)器。

Memcache層是一個(gè)高性能、分布式的內(nèi)存對(duì)象緩存系統(tǒng)，主要應(yīng)用在大負(fù)載、高并發(fā)的網(wǎng)站上。由于其操作都是在內(nèi)存中進(jìn)行，因此數(shù)據(jù)存取的效率非常高，能極大的提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，ThinkPHP能夠很好的支持Memcache技術(shù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要由免費(fèi)開源的MySQL數(shù)據(jù)庫集群服務(wù)器和免費(fèi)開源的Moosefs分布式文件系統(tǒng)集群服務(wù)器組成。MySQL數(shù)據(jù)庫集群服務(wù)器一般采用主/從復(fù)制結(jié)構(gòu)即可滿應(yīng)用需求，在高負(fù)載的網(wǎng)站系統(tǒng)中可增加MySQL數(shù)據(jù)庫的讀寫分離的機(jī)制，以提高性能和可靠性。

4 結(jié)語

皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)突破時(shí)空的限制，學(xué)習(xí)者可隨時(shí)隨地進(jìn)行專業(yè)職業(yè)技能的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。學(xué)習(xí)者在多人交互的虛擬環(huán)境下，通過參與的各項(xiàng)活動(dòng)和情景模擬，獲得個(gè)人體驗(yàn)，感受主動(dòng)學(xué)習(xí)的樂趣，能更有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者高級(jí)認(rèn)知能力的發(fā)展[7]。

伴隨著國家互聯(lián)網(wǎng)帶寬的不斷擴(kuò)充以及進(jìn)戶工程的逐步實(shí)施，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育、終身非學(xué)歷教育將會(huì)使更多的人受益。皮膚性病學(xué)習(xí)平臺(tái)中通過精心設(shè)計(jì)的3D虛擬教育教學(xué)環(huán)境，不僅可以極大的提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，還可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源的重用，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益明顯。

[1]李寶敏.遠(yuǎn)程教育中學(xué)習(xí)者為主體的校園文化建設(shè)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2008，12(18):71-74.

[2]百度文庫.Unity3D[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/2299410.htm，2013-03-07.

[3]gotoAndPlay.Smart Fox Server Massive Multiplayer Platform[EB/ OL].http://www.smartfoxserver.com/_cn/，2011-06-27.

[4]陳燕玲.周杰.孫大松.基于SmartFoxServer 2X平臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)用程序開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2012，1(197):140-144.

[5]吳征遠(yuǎn).基于FMS的網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，23(1):83-86.

[6]田 逸.高考中國網(wǎng)高可用、負(fù)載均衡、可擴(kuò)展設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[EB/ OL].http://sery.blog.51cto.com/10037/252992，2009-12-31.

[7]李 欣.分布式認(rèn)知視角下的智能授導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].電化教育研究，2008（1）:52-58.

（本文編輯 禹純順）

Discussion on the Learning Platform Construction of Dermatovenereology Based on Game Engines

LONG Yanjun1,YANG Zhibo2*,YANG Xiao1
（1.Yongzhou Vocational Technical College,Changsha,Hunan 425100,China;2.The Second Affiliated Hospital of Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410007,China）

dermatovenereology;digital learning harbor;continuing education;game engines

R75；G420

A

doi:10.3969/j.issn.1674－070X.2014.12.017.059.03

2014－08－23

湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃一般項(xiàng)目（XJK013CCR002）；湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（14C1139）。

龍艷軍，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式技術(shù)、虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境研究。

*楊志波，男，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail:dr.yang888@126.com。