計(jì)算機(jī)三維動畫技術(shù)在創(chuàng)傷骨科教學(xué)課件中的應(yīng)用及優(yōu)勢

于哲，馬保安，周勇，鄭聯(lián)合

第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院全軍骨腫瘤研究所，西安710038

計(jì)算機(jī)三維動畫技術(shù)發(fā)展到今天已有30多年的歷史，技術(shù)已趨于成熟，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，尤其被大量應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)輔助教學(xué)的多媒體課件中［1-3］。由于其具有聲像圖文并茂，仿真不失美觀，操控便捷靈活等優(yōu)點(diǎn)，特別為強(qiáng)調(diào)解剖和操作的外科學(xué)教學(xué)課件所青睞［4-5］。創(chuàng)傷骨科作為外科學(xué)領(lǐng)域特點(diǎn)鮮明的一門學(xué)科，其損傷過程往往發(fā)生在運(yùn)動狀態(tài)中，手法復(fù)位過程也對骨折斷端的移位形式格外強(qiáng)調(diào)。因此，三維動畫技術(shù)對于重現(xiàn)其損傷過程，并模擬其復(fù)位手法顯得尤為實(shí)用和必要。該文結(jié)合創(chuàng)傷骨科教學(xué)特點(diǎn)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維動畫制作技術(shù)提出設(shè)計(jì)構(gòu)想，以探索臨床課教學(xué)新的模式和方法，從而使臨床課教學(xué)更加直觀和有效。

1 創(chuàng)傷骨科三維動畫的制作方法

目前在國內(nèi)，常用的三維動畫制作軟件主要是Autodesk公司的3DMAX和Maya。雖然三維動畫軟件的高級應(yīng)用非常復(fù)雜并且較難掌握，但在多媒體應(yīng)用方面，只需掌握三維動畫軟件的基本操作即可。三維動畫軟件的工作流程一般為“建?！?、“材質(zhì)”、“燈光”、“動畫”及“渲染”。以3DMAX為例，具體的操作是指軟件的選擇操作、視圖操作、基礎(chǔ)建模、二維圖形、修改器操作、基本材質(zhì)制作、基礎(chǔ)關(guān)鍵幀動畫和渲染操作等。

在制作創(chuàng)傷骨科三維動畫時(shí)，應(yīng)該以教材中受傷機(jī)制和手法復(fù)位圖解為依據(jù)，分別找出著力部位、暴力軌跡、各關(guān)節(jié)變化、骨折形態(tài)、錯(cuò)位趨勢等各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，采用計(jì)算機(jī)3DMAX軟件，將軟件中人體模型按照骨折發(fā)生時(shí)人體受傷各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的姿態(tài)，分段逐幀制作成人體動作模型，然后將各段動作連接起來，形成連續(xù)的動作，再根據(jù)需要著色。從而形成完整、逼真、生動的創(chuàng)傷骨科動畫。還可以根據(jù)需要，插入透視片段，并將其動畫任意調(diào)整示范角度、燈光照明角度和播放速度，以使得畫面更加清晰、生動逼真。

2 三維動畫技術(shù)在創(chuàng)傷骨科課件中的應(yīng)用效果

以《上肢骨與關(guān)節(jié)損傷》為例，教師在授課伊始首先設(shè)置一個(gè)動畫場景:以一名患者不慎跌倒手掌撐地，進(jìn)而肩部撞擊地面的情形為例，向?qū)W生提出問題:“這樣的一個(gè)受傷情形會導(dǎo)致人體上肢的哪些部位發(fā)生骨折?”這樣的動畫場景既能引發(fā)學(xué)生的思考，也可以為整節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的展開設(shè)置懸念。在授課結(jié)束的時(shí)候，教師再結(jié)合授課內(nèi)容將答案告訴學(xué)生。事實(shí)上這樣一個(gè)損傷場景幾乎可以涵蓋上肢骨與關(guān)節(jié)損傷課程標(biāo)準(zhǔn)中所設(shè)定的全部內(nèi)容。如:橈骨遠(yuǎn)端骨折(伸直型)、前臂尺橈骨雙骨折(間接暴力)、肘關(guān)節(jié)后脫位、伸直型肱骨髁上骨折(10歲以下的兒童)、肱骨干骨折(間接暴力)、肱骨外科頸骨折(老年骨質(zhì)疏松的患者)、肩鎖關(guān)節(jié)脫位和鎖骨骨折(間接暴力)等。這樣的動畫場景配合其串聯(lián)效果容易讓學(xué)生形成深刻的記憶，也使得比較散亂的教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性更強(qiáng)。

另外，在講述一些骨折的受傷機(jī)制和分類時(shí)，三維動畫技術(shù)容易使得比較枯燥的授課內(nèi)容活潑生動起來。以肱骨干骨折分類為例，為了講清楚三角肌粗隆和骨折移位方式之間的關(guān)系，教師往往要花費(fèi)很長的時(shí)間和很繁瑣的語言來闡述其詳細(xì)機(jī)制，這其中還包含了比較復(fù)雜的解剖學(xué)知識，學(xué)生聽得吃力，聽后也非常容易混淆。有了三維動畫技術(shù)的輔助，學(xué)生可以對各部分肌肉牽引骨折斷端移動的情形一目了然。教師僅用很短的時(shí)間和很精練的語言略加描述，就能夠達(dá)到讓學(xué)生融會貫通的教學(xué)效果。

手法復(fù)位是骨折治療過程中的重要手段，也是課程標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)推崇的教學(xué)內(nèi)容。而這部分內(nèi)容側(cè)重于實(shí)踐技能，教師大量的語言描述往往比不上一個(gè)直觀生動的操作演示。在課堂上受到教室空間的局限，教師的操作演示往往很難讓每個(gè)學(xué)生都看得清楚，更無法直觀地了解手法復(fù)位過程骨折斷端移動的具體情形。三維動畫技術(shù)具有無可比擬的仿真效果，它不但可以通過各種特寫效果在大屏幕上清晰地呈現(xiàn)復(fù)位過程中的手法細(xì)節(jié)，還可以配合透視效果，讓學(xué)生真正看清楚復(fù)位操作中骨折斷端的漸變過程。不論是鎖骨骨折的挺胸張肩的復(fù)位操作，還是橈骨頭半脫位復(fù)位時(shí)環(huán)狀韌帶的修復(fù)狀態(tài)，有了三維動畫技術(shù)輔助，這些傳統(tǒng)授課中的所謂“難點(diǎn)”，豁然變得簡單而有趣。

3 三維動畫在創(chuàng)傷骨科教學(xué)中的優(yōu)勢

3．1 形式豐富

三維動畫教學(xué)能最大限度地體現(xiàn)各種教學(xué)思路，將人物運(yùn)動、骨骼模型、重要軟組織(血管、神經(jīng)、肌肉)解剖、石膏固定、內(nèi)固定物安裝等診療要素有機(jī)地融為一體，使教學(xué)過程以更加豐富的表現(xiàn)形式進(jìn)行，而且可以表現(xiàn)得清晰美感，易于學(xué)生記憶和運(yùn)用。創(chuàng)傷骨科疾病病種多樣、重復(fù)感強(qiáng)、容易讓學(xué)生感覺講授過程頗為枯燥，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是大量的板書、掛圖或羅列圖片的多媒體幻燈片，既浪費(fèi)時(shí)間，又難以理解。而借助三維動畫技術(shù)，我們可以將創(chuàng)傷骨科的損傷過程、分型機(jī)制、手法復(fù)位和預(yù)后功能等用多種形式的動畫全面地展示，有利于學(xué)生對疾病的全面理解。

3．2 形象直觀

創(chuàng)傷骨科的專業(yè)性很強(qiáng)，知識抽象。在教學(xué)時(shí)有些知識如果只靠教師語言傳遞，學(xué)生往往理解起來比較困難，而利用三維動畫形式則能彌補(bǔ)這一缺陷。創(chuàng)傷骨科疾病的損傷機(jī)制復(fù)雜，許多創(chuàng)傷的變化細(xì)節(jié)學(xué)生很難見到，三維動畫教學(xué)則較好地解決了這一問題。三維動畫表現(xiàn)方式形象、直觀，可將不易表述的教學(xué)內(nèi)容用仿真、動感、特寫等方式直觀地表現(xiàn)出來。如:講述骨折的解剖基礎(chǔ)時(shí)，由于各個(gè)骨骼解剖不同，鄰近的神經(jīng)、肌肉、血管較多，單純平面示意圖不能準(zhǔn)確展示骨骼和各種軟組織的毗鄰關(guān)系，三維動畫既可以給出立體的造型，還可以通過“層層剝離”表現(xiàn)手法展現(xiàn)各種解剖結(jié)構(gòu)的層次，更容易使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生深刻印象。

3．3 交互性強(qiáng)

創(chuàng)傷骨科三維動畫教學(xué)可以給學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)主動性，大大優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)的填鴨式模式，給教和學(xué)雙方帶來信息交流及思維方式的革命性變化。三維動畫課件能夠設(shè)計(jì)出友好的操作界面，交互性強(qiáng)。例如:在操作界面上可以使用按鈕和圖標(biāo)，使用者可方便地進(jìn)行多種動態(tài)變換，根據(jù)學(xué)生的接受情況靈活地跳躍至特定素材，從而對教學(xué)內(nèi)容擁有更加靈活的選擇權(quán)和控制權(quán)。教學(xué)過程中，教學(xué)和學(xué)習(xí)的進(jìn)度與內(nèi)容可由師生自由選擇，以滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。同時(shí)學(xué)生能夠親身感受到教師在備課過程中集思廣益、敬業(yè)負(fù)責(zé)的治學(xué)態(tài)度，會對教師的辛勞肅然起敬，進(jìn)而提高了學(xué)習(xí)過程的能動性和交互性，容易創(chuàng)造出師生相互配合、積極和諧地完成教學(xué)任務(wù)的融洽局面。

3．4 易于講清疑難知識

創(chuàng)傷骨科三維動畫教學(xué)優(yōu)化了教學(xué)方法，其通過模擬臨床醫(yī)師的手法細(xì)節(jié)、展現(xiàn)骨折斷端透視動畫等素材，使單純應(yīng)用普通教學(xué)手段難以講清楚的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識，尤其是一些抽象難懂的知識更加容易被學(xué)生理解。例如:可以通過Colles骨折手法復(fù)位的三維動畫演示來講解橈骨遠(yuǎn)端骨折的治療特點(diǎn)，學(xué)生既能直觀地觀察手法復(fù)位操作中骨折斷端移動的細(xì)節(jié)過程，也能容易理解為什么教師一再強(qiáng)調(diào)要將患者復(fù)位后的手腕置于掌屈尺偏位，使抽象的知識點(diǎn)容易理解記憶，而且印象深刻。

4 三維動畫技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)傷骨科教學(xué)領(lǐng)域的注意事項(xiàng)

創(chuàng)傷骨科三維動畫技術(shù)具有上述眾多難以替代的優(yōu)點(diǎn)，是未來骨科課堂教學(xué)和臨床教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。但三維動畫作為輔助教學(xué)、提高質(zhì)量的手段，仍有必要與傳統(tǒng)多媒體教學(xué)形式有機(jī)結(jié)合，才能更恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。創(chuàng)傷骨科三維動畫教學(xué)應(yīng)該以現(xiàn)代教育思想、理論作指導(dǎo)，教師要學(xué)習(xí)和掌握教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想來指導(dǎo)自己的多媒體教學(xué)，科學(xué)地設(shè)計(jì)骨科多媒體課件，在課堂學(xué)習(xí)中要確立學(xué)生的主體地位，有機(jī)地結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)手段與三維動畫課件的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮多媒體形式豐富的教學(xué)優(yōu)勢［6-7］。

需要指出的是，三維動畫制作不要指望“臨時(shí)抱佛腳”或者一蹴而就。教師一定要注意平日對教學(xué)素材的積累，特別是一些生動的場景，有時(shí)可能會在頭腦中曇花一現(xiàn)，教師要及時(shí)捕捉住思維中的創(chuàng)新點(diǎn)和精彩要素，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到三維動畫創(chuàng)作中去，美輪美奐的課件只可能出自具有高度責(zé)任心的教師手中。另外，對于平日與計(jì)算機(jī)制作聲像媒體領(lǐng)域接觸較少的臨床醫(yī)師來講，要在較短的時(shí)間內(nèi)把3DMAX學(xué)得精通是比較困難的事情。必要時(shí)可以請相關(guān)技術(shù)人員輔助制作?？傊诠强平虒W(xué)領(lǐng)域中，三維動畫技術(shù)的應(yīng)用空間非常之大，當(dāng)前在創(chuàng)傷骨科中的應(yīng)用還只是處于起步探索階段，相信隨著計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，骨科教學(xué)將會更加全面和便捷。

［1］趙明良．廣告學(xué)專業(yè)的三維動畫教學(xué)［J］．企業(yè)科技與發(fā)展，2009，240(24):195-197

［2］李文清．三維動畫在教學(xué)的應(yīng)用及在生物化學(xué)中的設(shè)計(jì)［J］．軟件導(dǎo)刊:教育技術(shù)，2009，1(1):85-86

［3］王立．三維動畫影像解析技術(shù)在體育教育訓(xùn)練中的應(yīng)用研究［J］．新聞天地:論文版，2009，(Z1):117-118

［4］劉琳．將三維動畫引入醫(yī)學(xué)CAI課件的重要意義［J］．網(wǎng)絡(luò)財(cái)富，2009，18(9):94-95

［5］陳俊，李健．從《分娩機(jī)制》的制作看三維動畫在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用［J］．中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2005，19(4):294-296

［6］尹良軍，秦晉，程昀，等．現(xiàn)階段骨科多媒體教學(xué)的思考［J］．中國醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，2009，6(31):94-95

［7］崔建偉．三維動畫和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在多媒體課件制作中的應(yīng)用［J］．遼寧師專學(xué)報(bào)，2009，11(4):47-48