動物組織學與胚胎學虛擬大體標本的簡單制作

陳思懷 李德龍 高繼業

摘要：為了實現組織胚胎學教學大體標本的多角度虛擬觀察，應用Objiect2VR軟件制作胚胎模型和實體標本的虛擬大體標本。結果創建出在水平或垂直方向360°能手動與自動旋轉虛擬標本，標本能無極放大與縮小，標本結構名稱能實現動態指示。

關鍵詞：虛擬標本;虛擬現實;胚胎學

Abstract： In order to realize the multi-angle virtual observation of the teaching gross specimen for histology and embryology， Objiect2VR software was used to make the virtual gross specimen of the embryo model and the solid specimen.The results showed that the virtual specimen can be rotated manually and automatically with 360 degree at horizontal or vertical direction.The name of specimen structure also can be indicated dynamically and zoomed in or out.

Key words： virtual specimen; virtual reality; embryology

動物組織學與胚胎學是一門形態學科，尤其是胚胎學的理論與實驗教學中常涉及動物胚胎發育、胎盤胎膜、畸形胎兒等大體標本的觀察。學生的課前自主學習、課后鞏固復習主要依托大體標本的圖譜或教師提供標本主觀察面的靜態圖片等教學資源完成。這與在實驗室或標本室觀察的立體模型標本或原色標本在立體感、沉浸感等方面存在較大體驗差別;標本的靜態圖片也限制了多角度觀察;也因為除模型標本外其余大體標本均由甲醛保存，刺激性氣味阻礙了學生學習的積極性與認真性。但隨著虛擬仿真技術的發展，場景虛擬、設備虛擬、操作虛擬等技術或平臺相繼應用多種學科的教學，解決了實驗環境危險性、教學成本、反復操作、模擬計算等教學難點[1-3]。為此，本研究針對學生觀察的大體標本，應用Objiect2VR軟件制作360°或720°旋轉的虛擬標本，為學生的仿真觀察與遠程（在線）學習奠定基礎。

1 制作虛擬標本所需材料

胚胎模型（PVC材質）標本、實體原色標本、64位PC機、盆景轉盤、數碼相機、Objiect2VR軟件、Flash player軟件（9.0以上版本）、Photoshop軟件（7.0以上版本）。

2 虛擬大體標本的制作

2.1 360°旋轉虛擬標本的制作

選用甲醛保存的圓柱形或長方體原色標本瓶放置轉盤中央，要求標本重心垂直線在圓盤中心。標本的主觀察面作為首張照片拍攝，并每旋轉30°拍攝一張，共計12張 。應用Photoshop或Windows畫圖工具進行圖片的剪裁與編輯處理。從軟件Objiect2VR的看版臺添加圖片，完成顯示參數、用戶數據、交互熱點（標本的各種結構名稱）等設置。選擇輸出格式（Flash/HTML5/Quicktime），本研究選擇Flash格式為主。并完成圖片、顯示、播放、縮放、皮膚等輸出設置 ，點擊創建即可完成。

2.2 720°旋轉虛擬標本的制作

因部分胚胎模型標本的額面（水平面）有結構，故除水平面可360°旋轉外，還應實現垂直面360°旋轉。圖片拍攝要求除水平旋轉轉盤拍攝的12張照片外，把標本橫向（側向）按12個方位分別與轉盤固定，并讓轉盤在垂直方向轉動，每個固定方位同樣每30°拍攝一張，共計11張。在軟件的看版臺的橫向欄輸入水平旋轉的12張圖片，再在縱向欄分別添加縱向旋轉的11張照片。其余制作步驟同方法2.1。

3 制作結果

對于實體原色標本生成的*.SWF文件在Flash player播放器中打開可見主觀察面的虛擬標本，點擊虛擬標本皮膚上“左右向旋轉”按鈕或鼠標點住標本左右移動可實現標本的360°手動旋轉（見圖1），也可點擊皮膚上自動旋轉按鈕開啟標本的自動緩慢旋轉;對于結構的觀察可點擊標本“放大或縮小”按鈕或鼠標點住標本通過滾輪實現無極放大縮小（見圖2）。對于模型標本生成的Flash文件在播放器中打開同樣可見主觀察面的虛擬標本，該標本同樣實現無極放大與縮小，對于標本上展示的主要結構均建立結構名稱熱點，即鼠標指向任一結構時即刻彈出相應的結構名稱，如當鼠標指示在標本的胎盤結構區域時，則顯示“胎盤/Placenta”字樣（見圖3，圖4）。同樣該類虛擬標本點擊皮膚相關按鈕或鼠標拖動可實現水平方向的360°旋轉，并且水平方向的任一圖像可在垂直方向完成360°旋轉，因而可觀察到標本的底面與額面（斷面）的形態結構（見圖5，圖6）。

4 討論

目前開展物體環視制作主要有3D Studio Max、3DProductShow、PixMaker Pro、環視制作者、造型師等國內外軟件[4，5]。但此類軟件或因需專業知識基礎，操作復雜，或因價格昂貴，甚至無法購買等原因限制了非專業人員的廣泛應用。而Objiect2VR軟件使用簡單，能實現物體的三維虛擬，手動和自動方式進行水平或垂直方向360°旋轉，實現對物體的多角度觀察，能輕松建立熱點，針對教學標本則利用熱點簡單實現結構名稱的動態顯示。以創建的Flash輸出結果為例，文件大小只有幾MB至十幾MB，方便文件在網絡的上傳與下載。

隨著虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）的發展，其模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面的仿真技術日趨完善。尤其場景VR在旅游、建筑、消防、游戲、室內裝修等多種行業中得到廣泛開發與普遍應用[6-8]。因此，針對動物醫學包括動物學、解剖學、組胚學、病理學、寄生蟲病學、產科學等學科的教學標本室（館），應用諸如Unity3D、Pano2VR等軟件制作虛擬場景，場景內的每個標本建立熱點，而熱點超鏈接的內容則是可水平或垂直方向360°旋轉的虛擬標本。讓參觀者（學生）可在虛擬標本室漫游，對感興趣的標本可點擊多角度仔細觀察。虛擬標本室發布于網絡，則真正意義上實現學生對各類標本的在線瀏覽、自主學習。借助移動終端、PC機，則實現“任何人、任何時間、任何地點”的泛在學習。

參考文獻：

[1] 張輝，余婷，王光利，等.微生物學虛擬仿真實驗平臺建設及應用評價[J].萍鄉學院學報，2018，35（6）：89-93.

[2] 康譯友，張永策，方麗，等.基于Virtools的三維交互虛擬精餾實驗室的構建[J].計算機工程與設計，2011，32（2）：633-637.

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[4] 陳姣.基于遺傳算法和3DMax在珠寶三維設計中的應用[J].現代電子技術，2020，43（7）：114-117.

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

[6] 劉爽.基于VR的三維虛擬場景漫游和交互系統研發[J].信息與電腦（理論版），2019（15）：71-73.

[7] 李寧，聶洪濤.博物館虛擬現實場景可版權性分析[J].博物館管理，2020（3）：46-52.

[8] 黃文杰.VR虛擬場景中的交互設計——以室內家裝全景體驗為例[D].江西：南昌大學，2018.

【通聯編輯：唐一東】