VR虚拟现实实训室在兽医解剖学实训课中的应用

马世波 田启超 张瑞锋 张殿新

（沧州职业技术学院畜牧兽医系 河北 沧州 061001）

兽医解剖学是兽医专业课程中的一门非常重要的基础理论课程，也就是常说的专业基础课程。该课程主要研究的是畜禽有机体的形态结构。这就决定了此门课程的教学不能仅仅靠理论的讲解，为了更好地提高教学效果，需要大大提高实训课的课时比例，增加学生对畜禽有机体形态结构的直观、形象地认识，便于更好地牢固掌握。沧州职院要求实训课与理论课的课时比例至少要达到1：1。所以，实训课教学效果的优劣，直接影响到本门课程的教学质量。

1 传统地兽医解剖学实训课教学的限制与弊端

（1）实验动物经费问题，因为动物解剖实训需要多数量、多种类的实验动物，需要消耗大量经费，这限制了兽医解剖学实训课开设的次数，不能超出经费数目可承受的实训次数。并且实验动物的数量也受到了很大限制，只能是几个学生一组共同解剖一只实验动物，这就使得部分学生失去了实际动手操作的机会。（2）符合要求的健康畜禽不太好找，一般能买到的都或多或少有点问题，这样学生就不能正确的认知正常的组织形态，有时，甚至会把不正常的组织形态误认为是正常的，极大地影响教学效果等等。（3）用实体动物进行解剖实训，有时还会给师生的人身安全造成威胁，比如被动物咬伤、被动物体所带的细菌或病毒感染等。（4）因为实验动物或者时间、空间以及实训设备地限制，导致很多学生的实训参与度不高。从而降低了学生的实训积极性与主动性，很大地影响了实训课的教学效果。

2 畜牧兽医VR虚拟现实实训室的建设

（1）为了解决以上问题，沧州职院于2018年投资200余万元，参照廊坊职院VR虚拟实训室，建成了畜牧兽医VR虚拟现实实训室。主要有硬件和软件两部分组成。硬件部分，桌面式虚拟现实操作平台，包括裸眼高清3D立体显示器、3D跟踪眼镜、非跟踪眼镜、定位笔、触控笔等硬件配置。软件部分主要包括VR智慧课堂软件(含3D资源库、VR课堂编辑器等)、(鸡、猪、牛、犬)解剖VR智慧课堂软件、z-View软件等。（2）虚拟现实简称VR(Virtual Reality)，是指利用计算机多媒体技术生成的一个模拟的现实环境，此模拟环境具有逼真的听觉、视觉、触觉、嗅觉等。学生可以通过一些三维硬件设备与此虚拟现实环境中的物体进行互动即人机交互，学生可以通过感官、语言、手势甚至表情等比较自然的方式与计算机进行互动，使学生产生一种身临其境地“沉浸感”，仿佛自己置身于一个超越现实的虚拟综合学习环境中。学生置身在这个全新地环境中，极大地提高了学生的学习自主性，同时，也使学生的创造性思维更加活跃。

3 VR虚拟现实实训室在兽医解剖学实训课中的具体应用

（1）在畜牧兽医VR虚拟现实实训室的虚拟环境中，有虚拟鸡、猪、牛、犬等动物机体构造模型，学生可以借助于跟踪球、感觉手套等硬件设备，反复感知和认识动物机体内部各器官结构，从而使学生能够更加容易地理解动物解剖学的有关基础理论知识。（2）利用z-view软件提供的点对群展示功能，还可以实时将操作者的虚拟现实交互场景，展示至裸眼高清3D立体显示器及其他显示设备上。这样，可以实现一个学生身临其境地进行解剖实训操作，全体学生通过大屏幕显示器观看三维立体的操作效果。当然，旁观的学生也可以通过佩戴无反射器的眼镜，观察无重影的平面影像。通过多角度、多维度的空间了解畜禽机体的组织形态构造。（3）系统利用3D跟踪眼镜的多个反光点(与显示设备上的跟踪器配合使用的)来实现头部跟踪功能，使系统能够准确判断眼镜所在位置，从而根据眼镜视角的不同，转换不同视角下的显示内容，达到逼真的VR效果。使师生产生强烈的“沉浸感”，也就是感觉自己处于一个真实的操作空间，可以通过自主控制的人机交互功能，进行动物解剖实训虚拟练习，此种操作可以反复地、不同方式地、多角度地进行。（4）通过触控笔上的功能按键可以实现对象选择、菜单调用等操作。可以从VR智慧课堂软件中调出不同的实验动物。并且触控笔还能够对屏幕上显示的虚拟实验动物进行交互操作。比如，可以对实验动物进行3个自由度坐标轴移动及3个自由度坐标轴转动，从而，可以全方位的了解实验动物的组织构造及形态。

4 利用VR虚拟现实实训室开展兽医解剖实训的优势

4.1 学生可以反复练习实训操作技能，多角度、全方位观察动物组织形态结构 由于这些虚拟训练系统可以反复使用，学生就可以反复练习动物解剖实训操作技能，直至完全掌握。而且，虚拟现实技术还可以多角度、全方位地展示动物机体组织结构。使学生能更加直观、形象地理解相关理论知识。

4.2 突出学生的“个性”训练，增加学生对动物解剖实训练习的参与度与主动性 每一位学生都可以自由地选择训练内容，并且按照适合自己的速度进行训练。不会受实验动物的品种及数量的限制。这种自主性地虚拟训练，极大地提高了学生对解剖实训练习的参与度与探索性，开拓了学生的创造性思维，提升了学生学习的主动性。

4.3 虚拟实训解决了开展动物解剖实训课最大的经费问题 兽医解剖学的实训课内容基本就是对各种畜禽的解剖，这就需要大量地配套经费购买各种实训动物。经常因为经费问题，导致实训动物短缺，比如，牛的解剖基本不做实训，因为价格比较贵；羊的解剖基本就是一个班一只或两只羊，几个学生一组共同解剖一只羊，这就导致很多学生失去动手的机会。从而使学生对实训课的参与度受到很大影响，因此实训效果不佳。虚拟现实技术的出现很好地解决了这个问题，虚拟训练不但可以有效避免实训材料及实训动物的消耗，而且还可以使学生反复进行同一实训的操作训练，这些过程都基本不会花费实训经费。

4.4 可以规避传统解剖实训带来的安全隐患 传统解剖实训因为是对动物实体进行解剖训练，有时难免会出现一些安全隐患，比如，某高校学生在对羊进行解剖实训时，导致好几个师生感染布氏杆菌；另外，有的学生在对狗或猫进行解剖实训时被咬伤或抓伤等。而虚拟训练系统没有任何危险，可以很好地规避类似危险的发生。

4.5 虚拟解剖实训可以通过自主控制的人机交互 通过视、听、触觉等可以感知虚拟现实的心脏跳动。传统动物解剖实训的过程一般都是先致死实验动物，然后解剖。在这种情形下，动物心跳就会停止，就不能再感知到正在跳动的心脏。而虚拟解剖实训可以通过自主控制的人机交互，从触觉和视觉两方面高度还原心脏的跳动，可以体验到正在跳动的心脏的运动方式。从而，加强对理论知识的理解与掌握。

4.6 可以有效解决解剖实训中动物合格性地问题 传统的解剖实训就是先买来实验动物，然后到实训场所进行动物解剖。但因兽医解剖学与动物病理学不同，它需要学生掌握的是畜禽机体的正常地形态结构，而在现实操作中，往往很难买到合格地实验动物，一般地或多或少都有点不正常，这就导致学生在认知上产生困难，因为没有正常的动物机体组织结构形态可供参考，甚至有很多同学误将不正常的、病态地组织结构当成正常的来学习。虚拟实训能很好地解决这一问题，(鸡、猪、牛、犬)解剖VR智慧课堂软件中存储有虚拟鸡、猪、牛、犬等正常地动物机体构造模型。学生可以通过硬件设备进行自主性地人机交互，多次感知动物机体内部各器官结构，这样很容易提高教学效果。

5 结语

鉴于畜牧兽医VR虚拟现实实训室在兽医解剖学实训课应用上的诸多优势，建议广大院校抓紧推广建设VR虚拟现实实训室，不光在畜牧兽医专业上有实用价值，在教学领域中的几乎每个专业中都具有非常大地应用价值。虚拟实训与传统的实训方式相比，实训的手段和方法实现了根本性地变革，改变了传统实训教学的单调模式，以三维、交互、动态的方式传授信息，充分体现了以学生为主体的教学理念，并且突破了时空以及实训设备的限制，使教学效果有了质的提升。