二三維一體化的人體經絡查詢系統開發與實現

湯雄 袁崇皓

摘要：近年來，中醫進一步普及，經絡學說也越來越獲得應用與關注。二三維一體化的人體經絡查詢系統擬為針灸按摩臨床醫療以及針灸教學服務，采用文獻綜合法進行研究，利用MapGIS強大的數據管理能力和靈活的開發方式，以MapGIS 10為開發平臺，通過掃描得到人體經絡柵格數據，并在ArcGIS里面進行手工數字化得到經絡、穴位矢量數據和疾病表格等數據，以及在3ds MAX 2010里面手工建立人體經絡穴位模型。將所有二維和三維數據等信息存儲在GDB Catalog里面，利用MapGIS插件式開發且結合visual studio2010的C#語言自主開發MapGIS插件以實現系統二三維聯動、經絡循行等功能，將為人體經絡信息化研究提供一種全新的方向與思路，同時有望為針灸按摩的學習提供一個便捷高效的學習平臺。

關鍵詞：經絡腧穴;插件式開發;MapGIS;二三維一體化;人體經絡信息化

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）05-0073-03

經絡學說在中醫中占據極其重要的地位。傳統中醫認為，經絡是就像人體內氣血的“流通道路”，而“穴位”就像通道的十字路口，縱橫穿梭在經絡中，與經絡共同組成人體的“氣血交通網”[1]。而近年來，隨著中醫學的進一步普及，越來越多的人開始去了解、學習中醫學，而作為中醫最不可或缺的經絡穴，也逐漸揭開了神秘的面紗，國內的醫學、教育學、計算機學等行業也開始了對“經絡學”的探索，甚至于國外也開始了對“經絡學”的深刻研究[2]。

本系統以MapGIS 10作為開發平臺，設計實現本系統，采用C/S架構，并利用MapGIS插件式開發且結合Visual Studio2010的C#語言自主開發MapGIS插件以實現系統功能，為人體經絡信息化研究提供一種方向與思路，同時有望為針灸按摩以及教學中的初學者提供一個便捷高效的學習平臺，其空間查詢、屬性查詢、二三維聯動、三維經絡動態循行等功能可以幫助用戶進行有效的理解與記憶，是人體經絡信息化發展的一個新方向。

1 MapGIS插件式開發技術應用研究

MapGIS插件式開發因為其靈活多變，開發方式多樣的特點，被大眾所接受。廖婧[3]利用MapGIS K9組件式開發技術，通過直接拖拽其已有的控件和組件搭建一個簡潔、交互性強的GIS平臺，從時間和空間上全面實現對滑坡災害的預測，有力協助防災減災工作的開展與實施;吳德華[4]運用MapGIS 10良好的數據管理以及空間分析能力，采用“框架式”與“插件式”結合的方法，實現對二維地圖數據和三維景觀數據的統一管理，實現城市信息的資源共享以及可持續發展;湯雄[5]基于MapGIS 10的T-C-V結構，將GIS技術引入盲道的信息化建設中，科學管理城市盲道。周宇陽[6]采用 C#語言進行 MapGIS 10 Objects 桌面端上的二次開發，輔助加強湖南省測繪坐標轉換 HNCOOR 軟件的大地坐標轉換功能，提高了矢量文件和坐標系統轉換精度，減少了人工操作引起的誤差;徐曉慶[7]采用中地數碼的 MapGIS 10產品進行二次開發，能夠滿足不訪問互聯網以及分布式用戶對于GIS的一致性、實時性、統一性的數據環境的需求，能夠保證氣象部門在制圖時有關資料的保密而不外泄，滿足有關保密性的需求。

2 人體經絡數據采集與處理

2.1 二維數據

影像數據經比對國家標準經穴部位掛圖、網站信息和相關經絡穴位典籍，擇優進行使用。系統圖形數據經人體相對坐標系校正，保證量取的每一個尺寸符合醫學標準人體。人體相對坐標系根據2000年國民體質監測公報中公布的中國成年男性標準身高（169.7cm），按照國家標準人體模型長寬比（22：82）換算得到，最終確定坐標系中一個標準人長寬比為（0.455：1.697），對購買的國家標準經穴部位掛圖進行掃描得到人體經絡柵格數據，設置人體相對坐標系為“Xian_1980_3_Degree_GK_CM_102E”，并按標準個人長寬比校正配準。然后依次新建“穴位信息”點圖層、“經絡信息”線圖層，依照數據字典設置其有關字段信息，并對照柵格數據依次進行地圖矢量化后，對照按經絡穴位典籍文字輸入屬性，數字化后得到總經絡矢量線數據、矢量穴位矢量點數據、疾病表格數據。如圖1所示：

2.2 三維數據

三維數據是指人體經絡穴位模型，以掃描得到人體經絡柵格數據為標準建立模型。首先將正面、側面以及背面分別單獨裁剪出來，導入到3Ds MAX中。接下來從胸部開始，拉一個“平面”，格數為3X3，在各視圖中對應好背景的位置，將其轉換為“可編輯多邊形”，在右視圖和前視圖中調整各點的位置，并將這一邊的胸部沿X軸進行鏡像，生成另一半，然后在堆棧區選擇“邊”進入邊的子物體，選擇下方三條邊，按住“SHIFT”鍵向下拉，這樣我們可以看到拉出了三個面，再往下拉一下。在堆棧區選擇“頂點”，調整各點的位置后，進入“邊”選擇下面三條邊，繼續向下拉三次，直到腹底，進入“頂點”，調整各點的位置，這樣就可以得出一個胸部和腹部的大體輪廓。然后從后視圖，也就是人體的背面選中上邊的3條線，向上3次拉伸出斜方肌，三角肌和肩胛肌群，調整各點，回到前視圖中選擇上面的4條邊向上拉伸出鎖骨，胸鎖乳突肌，和斜方肌，回到后視圖中，把斜方肌向上拉出，也就是后脖子，選中三條線，拉伸，與前視圖中的點合并。這樣，一個大體的身軀輪廓就出來了[8]。

采用同樣的方法，建立頭部、面部以及手部的模型后進行光滑處理得到人體模型。然后依照掃描得到人體經絡柵格數據為標準，將人體穴位假設為球體，建立穴位模型。模型全部建完后，成組，導出為obj格式，如圖2所示。

3 二三維一體化的人體經絡查詢系統設計

3.1 結構設計

本系統運用面向服務的系統工程思想進行需求分析、建模和系統設計，使用“面向服務的GIS架構技術”指導系統開發。系統總體構架包括各個數據管理模塊軟件的總體設計與集成等內容。系統框架如圖3所示，系統通過訪問最底層的 “人體經絡數據庫”實現對“穴位信息”“經絡信息”“經絡循行信息”的操作，并且在本系統中顯示用戶需要的數據，提供了交互式操作的界面。位于本系統和人體經絡數據庫中間的業務邏輯層包括MapGIS 10插件庫中的MapGIS.GDBManager.Plugin、MapGIS.DataConvert.Plugin、MapGIS.MapEditor.P-lugin、MapGIS.TDEEditor.Plugin等插件以及自行編譯生成的桌面插件：TDE_Data-Trans_Plugin、TDE_SceneRefMap_Plugin和TDE_AnimationModel_Plugin，在數據交換時，該層將繼承自表示層的操作命令傳遞給數據層，起到承上啟下的作用。

3.2 功能模塊設計

本系統設計了地圖基本操作、數據查詢、二三維聯動、三維動態經絡循行四個主體功能。地圖基本操作主要是方便用戶對人體經絡穴位的整體掌握。地圖基本操作主要包括地圖文檔的導入、導出、新建以及刪除，地圖的縮放、平移、更新和復位以及圖層的增加、刪除、導入導出等;數據查詢包括屬性查詢和空間查詢，在以往GIS查詢操作功能的基礎上，新增了將結果直接生成為一個新圖層的功能，圖層的存放位置可默認存放在本地數據庫，也可由用戶進行自定義，存儲用戶的查詢記錄以便下次使用;二三維聯動功能包括導入三維模型以及實現二維地圖文檔與三維人體經絡穴位模型同步運動;三維動態經絡循行可以將循經感傳現象動態的直觀地顯示在計算機上。系統的功能模塊圖如圖4所示。

4 系統實現

系統界面主要分為主界面和各功能界面，各界面整體布局實現系統，但各界面又獨自完成各自的功能，互不影響。系統主界面分為四部分，從上到下依次是：菜單欄、工具欄、圖層樹、地圖顯示窗口、數據庫樹和狀態欄，如圖5所示，供用戶進行基本的地圖操作和顯示地圖文件。

以三維動態經絡循行模塊為例。雙擊菜單欄的下拉命令，彈出動畫軌跡對話框，經絡循行將以動畫形式進行演示。G3DpathOperate.cs三維路徑操作類對象監聽到鼠標雙擊事件，通過GetCamera接口獲取當前場景的相機，在該監聽事件后通過回調函數設置路徑節點等信息，然后將交互拾取到的點進行窗口坐標轉邏輯坐標，并基于轉換后的坐標點搭建路徑漫游的節點，并通過G3DpathOperate的SetPathInfo接口、SetInsertInfo接口設定路徑信息和差值信息，利用DrawPathInfo接口將路徑繪制出來。最后播放經絡循行的動畫，通過G3DAnimFLY.cs的CreateAnimFLY接口創建動畫，最后調用Begin（）方法開始經絡循行。在插件命令Command類的OnCreate（）方法中限定該功能激活的限制條件是場景必須處于激活狀態，并在OnClick（）方法中設置軌跡動畫窗體顯示方式是停靠窗口。首先初始化G3DpathOperate.cs三維路徑操作類對象，監聽鼠標雙擊事件，并先通過GetCamera接口獲取當前場景的相機，以此為基礎，初始化G3DpathOperate.cs對象，在該監聽事件后通過回調函數設置路徑節點等信息，然后將交互拾取到的點進行窗口坐標轉邏輯坐標，并基于轉換后的坐標點搭建路徑漫游的節點，并通過G3DpathOperate的SetPathInfo接口、SetInsertInfo接口設定路徑信息和差值信息，利用DrawPathInfo接口將路徑繪制出來。最后播放經絡循行的動畫，通過G3DAnimFLY.cs的CreateAnimFLY接口創建動畫，最后調用Begin（）方法開始經絡循行，End（）方法暫停經絡循行，如圖6和圖7所示。

5 結束語

本系統帶的實現遵循軟件工程的軟件生命周期設計方法，使用文獻綜合法進行研究，使用MapGIS插件式開發與C#.Net + MapGIS K10 Plugin開發桌面插件相結合的方法實現本系統。在二維基本功能的基礎上，開發設計出三維經絡循行演示與虛擬仿真體驗，在人體經絡GIS信息系統方面，是一種新的實現方式，能為后來研究者提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1] 王樅，蔡銘潔，涂序彥.經絡系統與信息網絡研究[J].中國醫學影像技術，2003，19（S1）：160-162.

[2] 吳德華.面向針灸臨床治療與教學的人體經絡空間決策支持系統研究[J].中國針灸，2016，36（1）：95-98.

[3] 廖婧，潘以恒，吳麗清，等.基于MapGIS組件式開發的河南省滑坡監測預警系統設計與實現[J].安全與環境工程，2016，23（5）：126-132.

[4] 吳德華，謝家豪，羅成，等.基于MapGIS 10的二三維城市規劃地理信息平臺設計[J].湖南城市學院學報（自然科學版），2015，24（1）：51-53.

[5] 湯雄，吳德華，黃龍，等.基于縱生式開發模式的城市盲道管理信息系統設計與實現[J].電腦知識與技術，2019，15（7）：23-24.

[6] 周宇陽.基于MapGIS 10編程輔助HNCOOR軟件轉換矢量文件坐標系[J].國土資源導刊，2017，14（4）：77-80.

[7] 徐曉慶，姜娜娜，王凡，等.基于MapGIS二次開發的氣象專題圖繪制[J].電腦編程技巧與維護，2015（19）：73-75.

[8] max人體建模教程[EB/OL].[2021-05-22].http：//wenku.baidu.com/view/84790f84bceb19e8b8f6bab4.

【通聯編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-11-08

作者簡介：湯雄（1997—），女，湖南益陽人，助理工程師，學士，研究方向為空間數據庫與空間決策支持;袁崇皓（1998—），男，廣東廣州人，學士，主要研究方向為地理信息工程。