三维互动模型在牙体窝洞分类教学的应用

薛超然，胡祥翔，任 杰，卢 褀，柳 茜，项 涛，谭 静，赖春霞

(四川大学 a.华西口腔医院 口腔疾病研究国家重点实验室；b.华西口腔医学院国家级口腔医学实验教学示范中心；c.实验室与设备管理处，成都 610041)

·软件开发与应用·

三维互动模型在牙体窝洞分类教学的应用

薛超然a，胡祥翔a，任 杰a，卢 褀a，柳 茜b，项 涛b，谭 静b，赖春霞c

(四川大学 a.华西口腔医院 口腔疾病研究国家重点实验室；b.华西口腔医学院国家级口腔医学实验教学示范中心；c.实验室与设备管理处，成都 610041)

基于三维模型制作软件及前期调查结果，自主开发制作应用于牙体牙髓病学实验课教学的口腔医学G. V. Black窝洞分类三维互动教学模型。该教学模型分为“授课模型”文件与“测验模型”文件，具有三维浏览、标注交流等多种功能。实验表明，该类三维技术运用于口腔医学实验教学，具有直观、清晰、互动性强、无损耗、一次投入能长期使用等特点，可以进一步拓展其运用的广度与深度。

三维互动；口腔医学；窝洞分类；教育

当代牙科材料与技术发展迅猛，人们对牙体窝洞分类有了各种新的定义，但掌握G. V. Black基于龋损发生部位的牙体窝洞分类法则[1]仍是目前口腔医学教学的基础与重点。传统的窝洞分类教学一般通过文字描述或模型展示，受到文字不直观、模型易损、数量有限、占据空间、种类单一、缺乏互动等诸多限制。

随着计算机技术的发展，三维模型已被广泛运用于口腔医学教学中，如Gergo Mitov等人关于MorphoDent的教学评价[2]，Julijana Vuchkova等人关于三维模型可视化软件在口腔影像学中应用的研究[3]，以及Danielle Mowery等人所介绍的Tooth Atlas 3D软件[4]，均展示出三维数字模型在弥补传统示教模型不足以及辅助口腔医学形态学教学方面的巨大潜力。

尽管目前市面上的口腔医学三维模型软件种类繁多，在国外已有众多院校使用，但其多针对口腔正常解剖生理结构，在疾病治疗等方面涉足相对较少，例如G. V. Black窝洞分类三维模型。基于此，我们希望自行制作G. V. Black窝洞分类定位三维互动模型，弥补该类三维模型的空缺，丰富实验教学资源，提升牙体牙髓实验课教学质量。

1 材料与方法

1.1 用户需求调查

通过访谈式调查，了解四川大学华西口腔医学院已参与口腔内科学实验课的本科生、研究生及相关教师对于三维牙体窝洞互动分类模型的需求及期望。

1.2 原始牙体三维模型搭建

我们参照《口腔解剖生理学》(第7版)[5]，使用3D STUDIO MAX 2010和Maya搭建右侧下颌第一恒磨牙三维原始模型，并对模型进行蒙皮，其中，“授课模型”蒙皮效果为：牙合面、颊面及舌面点隙裂沟区域涂为黄色，代表I类洞；近中面、远中面涂为红色，代表II类洞；颊、舌面颈1/3涂为蓝色，代表V类洞。“测验模型”则未进行蒙皮。最后，转化文件为U3D格式。

1.3 互动教学模型制作

利用Adobe Acrobat分别将1.2中“授课模型”与“测试模型”添加至便携文件格式(portable document format，PDF)的“授课模型”文件与“测验模型”文件，并对文件进行编辑，添加相关文字、图片、三维模型注释等，以便授课或测试使用。

2 结果

制作完成的G. V. Black窝洞分类三维互动“授课模型”文件与“测验模型”文件，如图1所示。其中，“授课模型”文件分为前后两页：第一页为G.V. Black关于窝洞分类知识点的回顾，包含二维图片和文字说明；第二页左侧为“授课模型”(按照G. V. Black窝洞分类法则着色后的右侧下颌第一恒磨牙三维窝洞分类模型)，并利用软件中的“添加3D注释”功能在模型上添加窝洞位置标示，页面右侧为模型使用方法介绍。而“测验模型”文件仅一页，页面中央为“测试模型”(纯色的右侧下颌第一恒磨牙三维模型)，用户可利用“添加3D注释”在模型表面任意位置标示作为考察点，以便考试使用。

G. V. Black窝洞分类三维互动模型的功能包括：

1)三维浏览。用户可对两种文件中的三维模型进行旋转、移动、缩放等操作，以方便观察。

2)标注交流。用户可在模型上各位置进行标注，并添加文字说明。其实际意义为：对“测试模型”文件而言，教师可利用Adobe Reader软件自行在考试前对三维模型表面任意位置进行标注，并录入相关问题。例如：对牙体牙合面近中边缘嵴标注，并附带“请问该处龋损应制备G. V. Black窝洞分类中何类，该类窝洞的制备特点是什么”等问题；考试中，通过点击“标注列表”中预先设置的问题进行考察，而模型会根据所选标注位置自动旋转、缩放以适应学生观察，具有较强的用户体验。对“授课模型”而言，学生可将相关提问标注于三维模型表面任意位置，并利用标注文件导入、导出功能实现标注交流，增加互动。

3)相关知识回顾。可添加窝洞分类法则文字及图片甚至视频等文件，丰富教学内容，拓展学生思维。

图1 G. V. Black窝洞分类定位三维互动模型

3 讨论

3.1 模型设计思路

在传统授课中，我们利用等比例放大且制备有窝洞的牙体实体模型辅助教学，尽管其能在一定程度上加强学生对窝洞的理解，但由于模型间可区分度不高，尤其是后牙，学生易将邻牙合面洞与颊牙合面洞等双面洞混淆，误判其均为二类洞，而又将后牙邻面的单面洞错判为一类洞。为改变这种现状，我们曾利用分区着色的纸盒代表牙齿，以增强传统模型间的区分度，使其更加直观，利于学生理解和记忆。尽管如此，这些模型仍然存在着模型易损、数量有限、占据空间、种类单一、缺乏互动的局限。于是，我们将当前热门的三维技术应用于窝洞模型，一方面，建立多用途的牙体原始模型，即可通过对其加工，供各类牙体相关实验课程使用；另一方面，进一步制作教学文件，融入牙体分区着色的思想，利用Adobe Reader作为浏览系统，完成G. V. Black窝洞分类定位三维互动模型，同时配备相应“测验模型”文件，利用浏览系统本身的功能，完善教学体系，实现三维浏览、标注交流、相关知识回顾等教学功能。

3.2 关于现有三维模型医学教学软件的改进

经过前期研究以及对相关文献的回顾，我们认为对现有基于三维模型的医学数字化教学软件应有以下四个方面的改进：

1)变被动接受为主动探究。增加在完整器官模型上自行设计制作目的模型的功能，并增加评价功能，让使用者通过自己的思考与探究对所学习的知识有更深入的理解。

2)让学生更加了解自己。增加学习效果评价功能。通过内置及互联网共享的小测试以及思考题等方式，让学生了解自己对于目标知识的掌握水平及薄弱环节，从而进一步有针对性地学习，加深巩固所学知识。

3)学而时习之。增加复习功能。利用艾宾浩斯遗忘曲线科学规划复习时间，并加入提醒功能，使学生对所学知识能够不断重温，不断巩固，达到增强记忆的目的。

4)独乐乐不如众乐乐。增加分享功能。利用互联网分享的便利性，让所有使用者共享自己的学习心得、学习笔记，并利用后台处理来收集学生的易错知识点等(匿名)，不断对题库进行更新，汇聚大家智慧，共同进步。

3.3 激发参与模型开发师生的创造力，培养创新型人才

本模型的研发借助国家级大学生科研创新计划，通过教师启发指导，学生具体设计实施，大大激发了参与学生的积极性和创造力。课题组主动联系三维建模专业技术人员，利用所学专业知识和数据检索能力，完善现有模型和软件，成为培养创新型口腔医学人才的又一途径。

4 结束语

三维技术运用于口腔医学实验教学，具有直观、清晰、互动性强、无损耗、一次投入能长期使用等特点。该模型的开发是对G. V. Black窝洞分类教学的积极尝试，让我们看到了三维技术在口腔医学教学领域应用的广阔前景，顺应了目前培养创新人才和教材数字化、立体化的发展方向。但将其更好地运用于教学，拓展其运用广度与深度，实现多学科的交流与共享，寻找更加有效的互动教学功能，仍需进一步探索。

[1]Black G V. Operative dentistry[M]. Chicago: Medico-Dental Publishing Company, 1955.

[2] Mitov G, Dillschneider T, Abed M R, et al. Introducing and evaluating MorphoDent, a Web-based learning program in dental morphology[J]. Journal of Dental Education, 2010, 74(10): 1133-1139.

[3] Vuchkova J, Maybury T S, Farah C S. Testing the educational potential of 3D visualization software in oral radiographic interpretation[J]. Journal of Dental Education, 2011, 75(11): 1417-1425.

[4] Mowery D, Clayton M, Hu J, et al. Tooth atlas 3D, version 6.3.0[J]. Journal of Dental Education, 2010, 74(11): 1261-1264.

[5] 王美青.口腔解剖生理学[M].7版.北京：人民卫生出版社, 2012：42.

Application of Three-dimensional Interactive Model in Education of Classification on Tooth Cavity

XUE Chaorana，HU Xiangxianga，REN Jiea，LU Qia，LIU Qianb，XIANG Taob，TAN Jingb，LAI Chunxiac

(a.State Key Laboratory of Oral Diseases, West China Hospital of Stomatology；b. National Stomatological Demonstration
Central Lab of West China School；c. Laboratory and Equitment Management, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

The purpose of the project is to develop the three-dimensional interactive model of G.V. Black’s classifications of tooth cavity on the basis of 3D software and results of preliminary investigation on user requirement, and put it into the teaching of endodontic experiment class. The files of 3D-based interactive models for teaching and test have been made, and have several major functions, such as 3D browsing, annotation co mmunication. The application of 3D technique in experiment class of stomatology has the advantages of explicitness, clear-explained, strong, none-attrition, invested once for long-term use, and we can expand the breadth and depth of it in the future.

3D interactive；stomatology；classification of tooth cavity;education

2014-07-10；修改日期: 2015-03-19

2013年国家级大学生创新训练计划基金资助项目(201310610083)。

薛超然(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：口腔医学。

柳 茜(1972-)，女，硕士，副教授，研究方向：牙体牙髓病学,口腔医学教育。

TP317.4；G642.0；R78

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.021