采用123DCatch建立中藥材的3D模型

谷曉晨，闞紅星，楊青山，周建理

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽合肥 230031；2.安徽中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)藥信息工程學(xué)院，安徽合肥 230031）

采用123DCatch建立中藥材的3D模型

谷曉晨1，闞紅星2，楊青山1，周建理1

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽合肥 230031；2.安徽中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)藥信息工程學(xué)院，安徽合肥 230031）

目的 基于真實照片建立中藥材的3D模型。方法 利用123DCatch 3D合成軟件，對三七Panax notoginseng（Burkill）F.H.Chen ex C.H.Chow、竹黃Shiraia bambusicola Henn、杭白芷Angelica dahurica‘Hangbaizhi’Yuan et Shan、川木香Dolomiaea souliel（Franch.）C.Shih進行多視角拍攝和3D建模。結(jié)果 123DCatch可以快速地將多角度拍攝的二維藥材照片轉(zhuǎn)變?yōu)?D模型，4種中藥材的3D模型可以清晰完整地展示其性狀及鑒別特點。結(jié)論 3D建模技術(shù)可以完整地展示中藥材的性狀，在中藥性狀鑒定研究與教學(xué)研究方面具有良好的應(yīng)用前景。

3D建模技術(shù)；中藥材；教學(xué)應(yīng)用；性狀鑒定

基于真實照片的三維建模技術(shù)，是指計算機通過對不同視角的二維數(shù)碼照片的識別和計算，來重建物體的三維模型［1］。本研究通過Autodesk的123DCatch軟件建立3D電子模型。123DCatch是一款云端照片建模工具，其可以利用云計算的強大能力，可將二維數(shù)碼照片迅速轉(zhuǎn)換為逼真的三維模型。此外其合成的3D電子模型還是3D打印的前提與基礎(chǔ)。其合成的3D電子模型具有成像立體、靈活度高、表達完整、精確細致等特點。

本研究首次將3D建模技術(shù)運用于中藥材鑒別，先多角度平行拍攝藥材及其細節(jié)，再將照片載入123DCatch軟件以合成3D模型，旨在多角度展示藥材的鑒別特點。

1 材料

1.1 儀器 配有123DCatch for Windows 7軟件的計算機，佳能EOS 60D單反相機，長針，泡沫板。

1.2 藥材 實驗所用藥材均由安徽中醫(yī)藥大學(xué)中藥微性狀研究室收集，并經(jīng)安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院周建理教授鑒定。包括竹黃Shiraia bambusicola Henn、三七Panax notoginseng（Burkill）F.H.Chen ex C.H.Chow、杭白芷Angelica dahurica‘Hangbaizhi’Yuan et Shan、川木香Dolomiaea souliei（Franch.）C.Shih。

2 方法

2.1 藥材樣品的固定 將樣品用長針固定在泡沫板上，藥材須懸置以保證藥材的整體表達，同時保證了主體與背景存在距離，盡量使背景虛化。

2.2 拍攝 相機繞物一周拍攝。123DCatch合成軟件對照片的拍攝質(zhì)量要求較高，照片拍攝的質(zhì)量直接影響最終的3D建模效果。拍攝時光線要穩(wěn)定且不能過強或過暗，先圍繞物體轉(zhuǎn)一圈拍攝。然后拍攝細節(jié)。圍繞物體拍攝時，相隔的角度取決于拍攝物體的復(fù)雜程度，復(fù)雜程度越大，角度越密集。照片有重合部位才能合成。照片一般不少于20張，但也不宜過多，以免影響后續(xù)的合成速度。照片像素高可以保證圖像的清晰，但同時合成速度也下降。拍照時對焦要準確，使背景足夠虛化，否則云端處理無法識別背景與主體。

2.3 采用Autodesk 123DCatch進行3D建模 將2D照片拷貝至計算機。保證較高的網(wǎng)絡(luò)速度，且全部用英文顯示照片的存儲路徑。運行軟件后，先上傳照片（upload project data），再創(chuàng)立圖像（creat photo sence），接著下載圖像（download photo sence），即可將2D照片轉(zhuǎn)換成3D電子模型。

2.4 3D模型的存儲 將3D圖片存儲為3dp格式，在123DCatch操作界面上以360°全方位縮放展示，也可以導(dǎo)出到其他軟件上進行展示，如導(dǎo)出為obj格式以在ZBrush軟件上展示。

3 結(jié)果

123DCatch合成的川木香、三七、竹黃、杭白芷的3D藥材模型可以完整地展現(xiàn)各藥材的性狀，清晰展現(xiàn)出其所具備的鑒別特點。

圖1展現(xiàn)的是123DCatch操作界面，在界面中是合成的川木香3D圖像。通過操作區(qū)菜單或快捷方式對圖像進行空間操作，如旋轉(zhuǎn)、位移、縮放、測距，以完整地觀察川木香的性狀，其性狀鑒別特點為絲瓜絡(luò)狀的纖維網(wǎng)及斷面黃棕色的放射狀花紋，以及多數(shù)清晰的裂隙。

圖1 123DCatch操作界面上合成的川木香3D模型

圖2是三七的3D模型截圖，此模型可以清晰地展現(xiàn)出三七的“銅皮”“鐵骨”“獅子頭”等鑒別特點。圖3是杭白芷的3D模型，其鑒別特點“疙瘩丁”也很明顯。

圖2 三七的3D模型截圖

圖3 杭白芷的3D模型截圖

將藥材竹黃存儲為3dp格式，在123DCatch操作界面上進行旋轉(zhuǎn)，可以從6個角度展示截圖（圖4），能夠清晰地看出竹黃所具備的性狀特征，如瘤狀子座，略呈橢圓形或紡錘形，隆起的背部有不規(guī)則的橫溝，基部凹陷，常有竹的殘留枝竿。

圖4 從6個角度展示的竹黃3D模型截圖

4 討論

4.1 3D建模技術(shù)在藥材鑒定教學(xué)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)中藥材性狀鑒定教學(xué)以現(xiàn)場教學(xué)為主，以書本與藥材為基礎(chǔ)，帶領(lǐng)學(xué)生觀察藥材，進行性狀鑒別。這種教學(xué)方法存在不足之處，如用于教學(xué)的藥材常結(jié)構(gòu)不全或遭受污染，或珍貴藥材稀缺。123DCatch軟件的3D建模技術(shù)可以解決以上教學(xué)難題，可以將羚羊角、野山參、牛黃等珍貴藥材制成3D電子模型，或通過3D打印技術(shù)制作藥材的實體模型。

4.2 3D建模技術(shù)在藥材鑒定研究中的應(yīng)用 在藥材性狀鑒別研究方面，常規(guī)的圖文記錄難以完整、形象地展示藥材的局部鑒別特征。3D電子模型可以多角度地、完整地、形象地展現(xiàn)藥材的鑒別特征，且也有利于鑒定數(shù)據(jù)的收集整理，較傳統(tǒng)的圖文鑒定方法更加科學(xué)可靠。總之，利用3D建模技術(shù)建立中藥植物及藥材飲片的電子模型，可以實現(xiàn)資源共享，有利于學(xué)生掌握不能通過實體觀察的藥材的特點，有利于完整地表達某種中藥材的鑒別特征，有利于藥材鑒定數(shù)據(jù)的分類。

［1］徐正則.基于真實照片自動創(chuàng)建三維模型在影視動畫制作中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電影技術(shù)，2012，10（3）：26.

Establishment of Three－dimensional Models of Chinese Medicinal Materials Using 123D Catch

GU Xiao－chen1，KAN Hong－xing2，YANG Qing－shan1，ZHOU Jian－li1
（1.School of Pharmacy，Anhui University of Chinese Medicine，Anhui Hefei 230031，China；2.School of Medical Informatics Engineering，Anhui University of Chinese Medicine，Anhui Hefei 230031，China）

Objective To establish the three－dimensional（3D）models of Chinese medicinal materials based on real pictures.Methods The pictures of Panax notoginseng（Burkill）F.H.Chen ex C.H.Chow，Shiraia bambusicola Henn，Angelica dahurica‘Hangbaizhi’Yuan et Shan，and Dolomiaea souliei（Franch.）C.Shih were taken from different angles，and 3Dmodeling was performed using 123DCatch.Results With 123DCatch，the two－dimensional pictures of medicinal materials taken from different angles could be rapidly converted into 3Dmodels.The 3Dmodels of the four Chinese medicinal materials could clearly and fully exhibit their properties and characteristics for identification.Conclusion 3Dmodeling can fully exhibit the properties of Chinese medicinal materials and holds promise for teaching and research on identification of properties of Chinese medicinal materials.

3Dmodeling；Chinese medicinal material；teaching application；identification of properties

R286

A

10.3969／j.issn.2095－7246.2014.01.029

2013－09－03）

國家自然科學(xué)基金項目（81303177）

谷曉晨（1989－），女，碩士研究生

周建理，jlzhou55＠sina.com