动物组织学与胚胎学虚拟大体标本的简单制作

陈思怀 李德龙 高继业

摘要：为了实现组织胚胎学教学大体标本的多角度虚拟观察，应用Objiect2VR软件制作胚胎模型和实体标本的虚拟大体标本。结果创建出在水平或垂直方向360°能手动与自动旋转虚拟标本，标本能无极放大与缩小，标本结构名称能实现动态指示。

关键词：虚拟标本;虚拟现实;胚胎学

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

动物组织学与胚胎学是一门形态学科，尤其是胚胎学的理论与实验教学中常涉及动物胚胎发育、胎盘胎膜、畸形胎儿等大体标本的观察。学生的课前自主学习、课后巩固复习主要依托大体标本的图谱或教师提供标本主观察面的静态图片等教学资源完成。这与在实验室或标本室观察的立体模型标本或原色标本在立体感、沉浸感等方面存在较大体验差别;标本的静态图片也限制了多角度观察;也因为除模型标本外其余大体标本均由甲醛保存，刺激性气味阻碍了学生学习的积极性与认真性。但随着虚拟仿真技术的发展，场景虚拟、设备虚拟、操作虚拟等技术或平台相继应用多种学科的教学，解决了实验环境危险性、教学成本、反复操作、模拟计算等教学难点[1-3]。为此，本研究针对学生观察的大体标本，应用Objiect2VR软件制作360°或720°旋转的虚拟标本，为学生的仿真观察与远程（在线）学习奠定基础。

1 制作虚拟标本所需材料

胚胎模型（PVC材质）标本、实体原色标本、64位PC机、盆景转盘、数码相机、Objiect2VR软件、Flash player软件（9.0以上版本）、Photoshop软件（7.0以上版本）。

2 虚拟大体标本的制作

2.1 360°旋转虚拟标本的制作

选用甲醛保存的圆柱形或长方体原色标本瓶放置转盘中央，要求标本重心垂直线在圆盘中心。标本的主观察面作为首张照片拍摄，并每旋转30°拍摄一张，共计12张 。应用Photoshop或Windows画图工具进行图片的剪裁与编辑处理。从软件Objiect2VR的看版台添加图片，完成显示参数、用户数据、交互热点（标本的各种结构名称）等设置。选择输出格式（Flash/HTML5/Quicktime），本研究选择Flash格式为主。并完成图片、显示、播放、缩放、皮肤等输出设置 ，点击创建即可完成。

2.2 720°旋转虚拟标本的制作

因部分胚胎模型标本的额面（水平面）有结构，故除水平面可360°旋转外，还应实现垂直面360°旋转。图片拍摄要求除水平旋转转盘拍摄的12张照片外，把标本横向（侧向）按12个方位分别与转盘固定，并让转盘在垂直方向转动，每个固定方位同样每30°拍摄一张，共计11张。在软件的看版台的横向栏输入水平旋转的12张图片，再在纵向栏分别添加纵向旋转的11张照片。其余制作步骤同方法2.1。

3 制作结果

对于实体原色标本生成的*.SWF文件在Flash player播放器中打开可见主观察面的虚拟标本，点击虚拟标本皮肤上“左右向旋转”按钮或鼠标点住标本左右移动可实现标本的360°手动旋转（见图1），也可点击皮肤上自动旋转按钮开启标本的自动缓慢旋转;对于结构的观察可点击标本“放大或缩小”按钮或鼠标点住标本通过滚轮实现无极放大缩小（见图2）。对于模型标本生成的Flash文件在播放器中打开同样可见主观察面的虚拟标本，该标本同样实现无极放大与缩小，对于标本上展示的主要结构均建立结构名称热点，即鼠标指向任一结构时即刻弹出相应的结构名称，如当鼠标指示在标本的胎盘结构区域时，则显示“胎盘/Placenta”字样（见图3，图4）。同样该类虚拟标本点击皮肤相关按钮或鼠标拖动可实现水平方向的360°旋转，并且水平方向的任一图像可在垂直方向完成360°旋转，因而可观察到标本的底面与额面（断面）的形态结构（见图5，图6）。

4 讨论

目前开展物体环视制作主要有3D Studio Max、3DProductShow、PixMaker Pro、环视制作者、造型师等国内外软件[4，5]。但此类软件或因需专业知识基础，操作复杂，或因价格昂贵，甚至无法购买等原因限制了非专业人员的广泛应用。而Objiect2VR软件使用简单，能实现物体的三维虚拟，手动和自动方式进行水平或垂直方向360°旋转，实现对物体的多角度观察，能轻松建立热点，针对教学标本则利用热点简单实现结构名称的动态显示。以创建的Flash输出结果为例，文件大小只有几MB至十几MB，方便文件在网络的上传与下载。

随着虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）的发展，其模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面的仿真技术日趋完善。尤其场景VR在旅游、建筑、消防、游戏、室内装修等多种行业中得到广泛开发与普遍应用[6-8]。因此，针对动物医学包括动物学、解剖学、组胚学、病理学、寄生虫病学、产科学等学科的教学标本室（馆），应用诸如Unity3D、Pano2VR等软件制作虚拟场景，场景内的每个标本建立热点，而热点超链接的内容则是可水平或垂直方向360°旋转的虚拟标本。让参观者（学生）可在虚拟标本室漫游，对感兴趣的标本可点击多角度仔细观察。虚拟标本室发布于网络，则真正意义上实现学生对各类标本的在线浏览、自主学习。借助移动终端、PC机，则实现“任何人、任何时间、任何地点”的泛在学习。

参考文献：

[1] 张辉，余婷，王光利，等.微生物学虚拟仿真实验平台建设及应用评价[J].萍乡学院学报，2018，35（6）：89-93.

[2] 康译友，张永策，方丽，等.基于Virtools的三維交互虚拟精馏实验室的构建[J].计算机工程与设计，2011，32（2）：633-637.

[3] 吴健桦，吴琛耘，杨杨，等.医学寄生虫学虚拟实验软件的构建与应用探索[J].基础医学教育，2016，18（9）：747-750.

[4] 陈姣.基于遗传算法和3DMax在珠宝三维设计中的应用[J].现代电子技术，2020，43（7）：114-117.

[5] 杨景武.基于平面图像的虚拟现实技术（PixMaker）在解剖实验教学中的应用[J].现代教育技术，2004，14（5）：59-61.

[6] 刘爽.基于VR的三维虚拟场景漫游和交互系统研发[J].信息与电脑（理论版），2019（15）：71-73.

[7] 李宁，聂洪涛.博物馆虚拟现实场景可版权性分析[J].博物馆管理，2020（3）：46-52.

[8] 黄文杰.VR虚拟场景中的交互设计——以室内家装全景体验为例[D].江西：南昌大学，2018.

【通联编辑：唐一东】