基于游戲引擎的皮膚性病學習平臺建設(shè)探討

龍艷軍，楊志波*，陽 曉（.永州職業(yè)技術(shù)學院，湖南 永州 4500；.湖南中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院，湖南 長沙 40007）

·教學研究·

基于游戲引擎的皮膚性病學習平臺建設(shè)探討

龍艷軍1，楊志波2*，陽 曉1
（1.永州職業(yè)技術(shù)學院，湖南 永州 425100；2.湖南中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院，湖南 長沙 410007）

皮膚性病；數(shù)字學習港；繼續(xù)教育；游戲引擎

目前我國的網(wǎng)絡(luò)遠程教育的發(fā)展才剛起步，計算機技術(shù)雖然得到了較大的普及和推廣，但在教育領(lǐng)域的應(yīng)用還很不成熟，導致在網(wǎng)絡(luò)遠程教育的這種教學模式中存在著“四大軟肋”:即時間分離、空間分離、師生分離、教管分離。如何改變這種狀況，是擺在廣大遠程教育工作者和教育技術(shù)研究者面前的一大課題。通過引入游戲引擎技術(shù)，構(gòu)建出3D虛擬的學習空間，以皮膚性病?？葡嚓P(guān)的課程為藍本，進行3D數(shù)字內(nèi)容建設(shè)。學生以虛擬化身的方式進入虛擬的學習場景，與老師、同學在虛擬場景中學習皮膚性病?？频南嚓P(guān)知識，為達到職前教育和職后教育的有效銜接，加強優(yōu)質(zhì)教育資源的開發(fā)與應(yīng)用，改變我國?？平逃械赜蚝统青l(xiāng)發(fā)展的不平衡、推進臨床專科優(yōu)質(zhì)教學資源共享、面向基層從業(yè)人員推進專業(yè)化知識的再教育和大提高，拓展非學歷教育[1]，為各級各類基層醫(yī)務(wù)工作者提供普適性、公平性、專業(yè)性和低成本性的終身學習機會。力爭實現(xiàn)在時間同步、空間一致、師生互動、教管結(jié)合的新型現(xiàn)代遠程教育模式。

1 皮膚性病學習平臺的概念

皮膚性病學習平臺是一種基于Web技術(shù)和游戲引擎技術(shù)，將精心設(shè)計的皮膚性病相關(guān)專業(yè)知識點融入到虛擬環(huán)境中，具有高度交互功能和沉浸式現(xiàn)實仿真功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠程教育的智能化網(wǎng)絡(luò)集成平臺。依托該平臺來仿真一個現(xiàn)實中的專修大學，即可以運行3D虛擬學習空間、制作網(wǎng)絡(luò)課件、進行實時演播以及對教學的全過程進行跟蹤和檢查等。

從遠程教育方面來看，皮膚性病學習平臺可以提高基層一線無法脫產(chǎn)進修學習的醫(yī)務(wù)人員和各級別學校的學生的綜合分析能力和臨床診療技能，與自己敬仰的老師交流，見識自己聞所未聞、見所未見的罕見病種。把枯燥的被動灌輸，變成快樂的自主學習、終身學習。

2 皮膚性病學習平臺的總體架構(gòu)

皮膚性病?？婆c臨床其他專科比較有其獨特的一面，大量的疾病圖像可通過數(shù)字技術(shù)融入到虛擬場景中。

學習者可以通過虛擬化身的方式在虛擬環(huán)境中多角度、全方位的“看到”這類模型，通過網(wǎng)絡(luò)獨立完成；或協(xié)同其他學習者共同完成；或在專家、老師的指導下完成學習任務(wù)。皮膚性病學習平臺主要由主站入口（門戶網(wǎng)站）、虛擬學校、專家講堂、優(yōu)秀學生就業(yè)推薦平臺四個部分組成，其整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 皮膚性病學習平臺總體架構(gòu)示意圖

2.1 主站入口是皮膚性病學習平臺的主網(wǎng)站平臺入口，提供用戶注冊、用戶登錄、初學者指南、網(wǎng)絡(luò)課件下載以及提供到虛擬專修學校、專家講堂、優(yōu)秀學生就業(yè)推薦平臺的鏈接等。

2.2 虛擬專修學校是皮膚性病學習平臺最主要的一個功能，學習者在主站入口成功注冊之后就可以登錄到虛擬專修學校中，學習者的虛擬化身被系統(tǒng)引至虛擬專修學校的門口后，就會有虛擬管理人員來和學習者交流，并將其引領(lǐng)到系部所在的辦公室向虛擬學生管理人員報到，辦理相關(guān)的入學手續(xù)，之后就會被分配到相應(yīng)的虛擬教室。虛擬專修學校是一個高度仿真的三維虛擬專修大學，其運作方式與現(xiàn)實中的學校運作方式相同，即涵蓋了入學、學習、實驗、實訓、考核、評價、推薦就業(yè)等全過程。

在虛擬專修學校中，學生按系統(tǒng)的規(guī)定去虛擬教室上課、去虛擬實驗室做實驗、去虛擬醫(yī)院實習。

除了上課、實驗以及實習以外，學習者可以利用課余時間去專修學校的虛擬圖書館查閱圖書或期刊資料；去虛擬學生俱樂部交友、聊天、聚會、參加社團組織、參與論壇或某項競賽活動；去虛擬校園中的虛擬商場進行購物或買書等，以豐富校園文化內(nèi)涵[1]。

2.3 專家講堂是皮膚性病學習平臺的一個特色功能，主要目的是提高學習港的知名度和讓學習者的知識與時俱進，緊跟時代步伐。學習港會聘請有關(guān)皮膚性病的知名專家、學者定期進行講座，專家、學者坐在帶攝像頭的計算機前就可以講堂授課，學習者可以實時地在任何一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機前聽課。

2.4 優(yōu)秀學生就業(yè)推薦平臺是皮膚性病學習平臺的另一個特色功能，學習平臺會自動的統(tǒng)計出學習者在虛擬專修學校中的學習情況，如上課情況、實驗情況、實習情況，評選出優(yōu)秀的學員，為用人單位提供一個選擇優(yōu)秀人員的平臺。

3 皮膚性病學習平臺的技術(shù)實現(xiàn)

3.1 使用3D Max構(gòu)建虛擬學校的單體元素模型

3D Max是美國歐特克軟件公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件，該軟件已廣泛應(yīng)用于廣告、工業(yè)設(shè)計、游戲、輔助教學等領(lǐng)域。在皮膚病學習平臺的建設(shè)中，我們以某醫(yī)學院校園實地場景為原型，使用3DS Max建模軟件構(gòu)建出虛擬的人物、教學樓、辦公樓、教學設(shè)備、實驗設(shè)備、實習醫(yī)院等相關(guān)的3D模型，然后分類導出為Unity3D軟件能夠識別的格式，即FBX文件，完成虛擬場景單體元素模型庫的建設(shè)。

3.2 使用Unity3D和SmartFoxServer游戲引擎技術(shù)構(gòu)建多人交互系統(tǒng)

Unity3D[2]是由Unity Technologies開發(fā)的一個讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、虛擬世界等互動內(nèi)容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。

SmartFoxServer[3](簡稱SFS)是大型多用戶應(yīng)用和網(wǎng)游的快速開發(fā)平臺，也是一個跨平臺的Socket服務(wù)器。主要是用來創(chuàng)建多玩家網(wǎng)游應(yīng)用程序，并提供強大的制作工具，各種回復制網(wǎng)游、房間制網(wǎng)游以及大型多人在線虛擬世界的程序設(shè)計都可以勝任，支持Flash、Unity3D等眾多開發(fā)平臺[4]。

3.3 利用Flash Media Server構(gòu)建專家講堂

Flash Media Server（簡稱FMS）是一款可伸縮、高性能的流媒體服務(wù)器，它支持包括網(wǎng)絡(luò)實時聊天、在線游戲和其他各種交互功能，F(xiàn)MS已成為流媒體視頻和實時通信領(lǐng)域業(yè)界領(lǐng)先的解決方案。系統(tǒng)的運行需要構(gòu)建FMS服務(wù)器，學生和教師只需要通過客戶端瀏覽器連上Internet，訪問FMS服務(wù)器發(fā)布的視頻會議頁面可以隨時進行實時的視頻會議[5]，皮膚性病學習平臺的專家講堂部分采用了FMS技術(shù)，所產(chǎn)生的視頻文件數(shù)據(jù)量小，非常適合于網(wǎng)絡(luò)的實時傳輸。

3.4 構(gòu)建高可擴展性的系統(tǒng)架構(gòu)

皮膚性病學習平臺主要是將上述幾項技術(shù)進行整合來進行3D數(shù)字教學資源建設(shè)，構(gòu)建一個基于Web的大型多用戶同時在線以及可高可用性、負載均衡、高可擴展性的網(wǎng)站系統(tǒng)[6]，通過優(yōu)化組合，皮膚性病學習平臺可以支持幾萬至幾十萬用戶同時在線，該平臺的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 皮膚性病學習平臺系統(tǒng)架構(gòu)拓撲

負載均衡層，使用免費開源的 Linux Virual Server來實現(xiàn)負載均衡，一般情況下由2個服務(wù)器組成一組，實現(xiàn)主/備服務(wù)器。用戶的請求首先達到負載均衡層，然后負載均衡設(shè)備根據(jù)指定的算法把負載轉(zhuǎn)發(fā)到第2層的某個應(yīng)用服務(wù)器集群，應(yīng)用服務(wù)器集群響應(yīng)這個請求并進行相應(yīng)的處理（如進行數(shù)據(jù)庫連接、讀寫文件等操作），處理完后把結(jié)果返還給用戶，或者先返還給負載均衡器，然后封包后再返還用戶。

Web層由Apache服務(wù)器、SFS服務(wù)器以及FMS服務(wù)器組成，為了實現(xiàn)高可用性、高可擴展性的功能，每類服務(wù)器均可采用2臺或2臺以上的物理服務(wù)器來組成集群。為求得一致的性能，可以使用硬件配置完全相同的服務(wù)器。

Memcache層是一個高性能、分布式的內(nèi)存對象緩存系統(tǒng)，主要應(yīng)用在大負載、高并發(fā)的網(wǎng)站上。由于其操作都是在內(nèi)存中進行，因此數(shù)據(jù)存取的效率非常高，能極大的提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，ThinkPHP能夠很好的支持Memcache技術(shù)。

數(shù)據(jù)存儲層主要由免費開源的MySQL數(shù)據(jù)庫集群服務(wù)器和免費開源的Moosefs分布式文件系統(tǒng)集群服務(wù)器組成。MySQL數(shù)據(jù)庫集群服務(wù)器一般采用主/從復制結(jié)構(gòu)即可滿應(yīng)用需求，在高負載的網(wǎng)站系統(tǒng)中可增加MySQL數(shù)據(jù)庫的讀寫分離的機制，以提高性能和可靠性。

4 結(jié)語

皮膚性病學習平臺突破時空的限制，學習者可隨時隨地進行專業(yè)職業(yè)技能的遠程學習和訓練。學習者在多人交互的虛擬環(huán)境下，通過參與的各項活動和情景模擬，獲得個人體驗，感受主動學習的樂趣，能更有效地促進學習者高級認知能力的發(fā)展[7]。

伴隨著國家互聯(lián)網(wǎng)帶寬的不斷擴充以及進戶工程的逐步實施，網(wǎng)絡(luò)遠程教育、終身非學歷教育將會使更多的人受益。皮膚性病學習平臺中通過精心設(shè)計的3D虛擬教育教學環(huán)境，不僅可以極大的提高學習者的學習效果，增強用戶體驗，還可實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育教學資源的重用，經(jīng)濟、社會效益明顯。

[1]李寶敏.遠程教育中學習者為主體的校園文化建設(shè)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2008，12(18):71-74.

[2]百度文庫.Unity3D[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/2299410.htm，2013-03-07.

[3]gotoAndPlay.Smart Fox Server Massive Multiplayer Platform[EB/ OL].http://www.smartfoxserver.com/_cn/，2011-06-27.

[4]陳燕玲.周杰.孫大松.基于SmartFoxServer 2X平臺的移動應(yīng)用程序開發(fā)[J].計算機與現(xiàn)代化，2012，1(197):140-144.

[5]吳征遠.基于FMS的網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)設(shè)計[J].山東理工大學學報（自然科學版），2009，23(1):83-86.

[6]田 逸.高考中國網(wǎng)高可用、負載均衡、可擴展設(shè)計與實現(xiàn)[EB/ OL].http://sery.blog.51cto.com/10037/252992，2009-12-31.

[7]李 欣.分布式認知視角下的智能授導系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].電化教育研究，2008（1）:52-58.

（本文編輯 禹純順）

Discussion on the Learning Platform Construction of Dermatovenereology Based on Game Engines

LONG Yanjun1,YANG Zhibo2*,YANG Xiao1
（1.Yongzhou Vocational Technical College,Changsha,Hunan 425100,China;2.The Second Affiliated Hospital of Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410007,China）

dermatovenereology;digital learning harbor;continuing education;game engines

R75；G420

A

doi:10.3969/j.issn.1674－070X.2014.12.017.059.03

2014－08－23

湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃一般項目（XJK013CCR002）；湖南省教育廳科學研究項目（14C1139）。

龍艷軍，男，碩士，高級工程師，研究方向:計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式技術(shù)、虛擬實驗實訓環(huán)境研究。

*楊志波，男，教授，博士研究生導師，E-mail:dr.yang888@126.com。