物體VR成像技術(shù)在康復(fù)教學(xué)中的應(yīng)用

牟 魏 王承爍 屠晨坤

（南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院 江蘇·連云港 222000）

康復(fù)治療學(xué)是一個(gè)非常年輕的專業(yè)，但卻是我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展所必需的?？祻?fù)治療是一個(gè)大類，它又細(xì)分為物理治療，作業(yè)治療，言語(yǔ)治療等。因國(guó)內(nèi)康復(fù)還處于起步階段，所以中國(guó)康復(fù)人才的培養(yǎng)多數(shù)并未細(xì)分，統(tǒng)一歸類到康復(fù)治療專業(yè)。

在康復(fù)治療學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，了解和使用現(xiàn)代化康復(fù)醫(yī)療設(shè)備是每一個(gè)康復(fù)專業(yè)學(xué)生必須掌握的。但總是受限于教學(xué)條件的不足，對(duì)于一些學(xué)校未曾引進(jìn)的先進(jìn)的設(shè)備，就只能停留在幻燈片或者書本上的平面展示圖。學(xué)生很難詳細(xì)了解這些先進(jìn)設(shè)備的整體概況、結(jié)構(gòu)和基本操作方法。無法接觸學(xué)習(xí)這些先進(jìn)設(shè)備，跟進(jìn)康復(fù)最新治療技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為康復(fù)教學(xué)的一大難題。

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtualreality,VR）技術(shù)有著極強(qiáng)的身臨其境的浸沒感，以及實(shí)時(shí)的互動(dòng)性、豐富可擴(kuò)展的內(nèi)容，近年來在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在新冠疫情促使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)發(fā)展的背景下，我們發(fā)現(xiàn)將物體VR成像技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)結(jié)合，開發(fā)相關(guān)學(xué)習(xí)所需設(shè)備的三維立體成像展示，讓學(xué)生全方位了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)，將解決這一難題。

1 構(gòu)建過程

我們以O(shè)bject2VR軟件作為開發(fā)工具，通過環(huán)物攝影技術(shù)，采集展示設(shè)備多個(gè)角度的圖像，再將這些圖像渲染、修飾、拼接，制作成一個(gè)完整的VR文件并通過相應(yīng)的程序進(jìn)行演示，可以隨意拖動(dòng)鼠標(biāo)，從各個(gè)角度觀看物品的每一個(gè)部位和結(jié)構(gòu)。制作過程分為圖像采集、圖像修飾、VR文件制作三個(gè)過程。

1.1 圖像采集

通過與教研室、學(xué)校附屬醫(yī)院康復(fù)科的合作，我們選定與課程相關(guān)的康復(fù)治療設(shè)備進(jìn)行圖像采集。圖像采集時(shí)，我們使用了相機(jī)，背景板、補(bǔ)光燈、三腳架等設(shè)備來保證采集圖像的質(zhì)量，使最終展示效果達(dá)到最佳。首先我們選擇光線充足的拍攝場(chǎng)地，搭起背景板，視情況使用補(bǔ)光燈，減少采集圖像陰影的產(chǎn)生，使圖像呈現(xiàn)效果更加飽滿自然，拼接時(shí)不會(huì)出現(xiàn)明顯的個(gè)體差異。接著將相機(jī)固定在三腳架上并選擇合適的位置放置轉(zhuǎn)盤，保證轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)脫離相機(jī)的拍攝范圍；相機(jī)我們使用的是索尼A7M3相機(jī)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)360°的時(shí)間為80s，一個(gè)設(shè)備圖像采集數(shù)為20張，所以我們?cè)O(shè)定相機(jī)快門釋放時(shí)間為4s一次。同時(shí)注意展示物品需放置在轉(zhuǎn)盤中心，保證轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)展示物品不會(huì)在相機(jī)的視野中偏離；不對(duì)稱物品，應(yīng)將最高點(diǎn)正對(duì)轉(zhuǎn)盤中心上方。

1.2 圖像修飾

將采集圖像分類依順序編號(hào)，方便后續(xù)的操作。打開Adobe Photoshop CS6，對(duì)展示設(shè)備圖像進(jìn)行處理，同時(shí)保證圖像大小相同，中心點(diǎn)在同一位置。接著打開Adobe Lightroom，對(duì)展示設(shè)備圖像的亮度、對(duì)比度、飽和度等進(jìn)行過調(diào)整，保證拼接后動(dòng)畫的流暢自然。

1.3 VR文件制作

以我們所制作的磁振熱理療儀為例。首先打開Object2VR軟件，在看版臺(tái)中導(dǎo)入圖片。設(shè)定水平欄位為20欄，依次導(dǎo)入圖片，圖片格式為JPEG格式。應(yīng)確保圖片在水平方向依次呈現(xiàn)順序的正確性，并選擇VR文件保存位置。接著打開圖片處理，打開裁剪參數(shù)，確保每一張圖片中心位置一致。之后在顯示參數(shù)中進(jìn)行效果的預(yù)覽。如效果不佳，可在圖片處理中進(jìn)行進(jìn)一步的處理。打開熱點(diǎn)設(shè)置，可以在想詳細(xì)介紹的地方或重要部件處添加點(diǎn)型和多邊形交互熱點(diǎn)、區(qū)域型交互熱點(diǎn)。設(shè)置ID、標(biāo)題、皮膚ID等屬性，并可以在熱點(diǎn)列表里對(duì)所有熱點(diǎn)進(jìn)行歸納。進(jìn)入皮膚編輯器，添加放大、縮小、平移、轉(zhuǎn)動(dòng)等按鈕，方便展示預(yù)覽。最后選擇Flash格式，圖像質(zhì)量設(shè)為90，圖像窗口尺寸根據(jù)圖片大小設(shè)為640x228像素，幀率設(shè)為50，舞臺(tái)縮放選擇隨窗口變化，關(guān)閉自動(dòng)播放模式，速度設(shè)為1，延遲設(shè)為5，開啟縮放，縮放倍數(shù)最大值設(shè)為6倍，開啟自動(dòng)移動(dòng)模式，順滑化，添加層級(jí)切片處理，最后進(jìn)行文件導(dǎo)出。展示視頻鏈接：https://www.ivrpano.com/website/pages/krpano/videoshow.html?uuid=d3627f8873d461d2。打開鏈接后，點(diǎn)擊播放，再選擇視角控制中的平面模式即可查看。

2 應(yīng)用及結(jié)果分析

物體VR成像技術(shù)可適用于課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等各種教學(xué)過程中，主要運(yùn)用于治療設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理的展示，治療設(shè)備操作方式的預(yù)演。

在傳統(tǒng)教學(xué)方式中把理論課和實(shí)踐課分開進(jìn)行，理論課一般通過平面圖、幻燈片、視頻等來展示設(shè)備的構(gòu)成及工作原理，實(shí)踐課是在理論課的基礎(chǔ)上確認(rèn)設(shè)備的構(gòu)成，驗(yàn)證設(shè)備的工作原理，練習(xí)設(shè)備的操作方法。但理論課的展示，往往只能提供該展示設(shè)備某一個(gè)角度或幾個(gè)角度的平面圖，無法做到全方位的展示效果，真實(shí)性不強(qiáng)。同時(shí)，理論若無法結(jié)合實(shí)際，是缺乏趣味性的，是一種被動(dòng)的知識(shí)灌輸。教學(xué)任務(wù)的安排也使得實(shí)踐課上學(xué)生對(duì)于展示設(shè)備的學(xué)習(xí)，是有時(shí)間約束的，可能無法保證完全掌握，課下也缺少再次接觸的機(jī)會(huì)。這就導(dǎo)致學(xué)生對(duì)設(shè)備的構(gòu)成及工作原理很難詳盡地掌握，進(jìn)而使實(shí)踐課的效果大打折扣。

對(duì)于治療設(shè)備的展示還受限于學(xué)校的教學(xué)條件。醫(yī)學(xué)生是需要時(shí)刻關(guān)注最前沿的治療技術(shù)，最新的治療設(shè)備的。而學(xué)校并不能保證引進(jìn)每一種設(shè)備，這就導(dǎo)致學(xué)生的知識(shí)面大多停留于書本、落后于時(shí)代的進(jìn)展。盡管學(xué)校一般會(huì)與附屬醫(yī)院合作，開展見習(xí)課程，但這種課程一般課時(shí)較少，耗費(fèi)較高。

如果將VR成像技術(shù)應(yīng)用于日常教學(xué)中，上述問題都將得到有效解決。通過VR成像技術(shù)，我們可以很容易地構(gòu)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)中的設(shè)備完全相同的虛擬設(shè)備進(jìn)行展示。同時(shí)可以與醫(yī)院展開合作，對(duì)于學(xué)校未曾引進(jìn)的設(shè)備構(gòu)建虛擬設(shè)備，拓展學(xué)生的知識(shí)面，提高教學(xué)效果，減少教學(xué)耗費(fèi)。

在進(jìn)行設(shè)備展示時(shí)，學(xué)生通過相關(guān)軟件，可對(duì)虛擬設(shè)備進(jìn)行選轉(zhuǎn)、放大、縮小等操作。在一種身臨其境的真實(shí)感中，全方位地了解該設(shè)備的構(gòu)成、工作原理。同時(shí)結(jié)合老師對(duì)于細(xì)節(jié)或者重點(diǎn)處的注釋，達(dá)到更好的掌握效果。在熟悉之后，可自我進(jìn)行操作的預(yù)演，使實(shí)踐課從接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轵?yàn)證知識(shí)的掌握程度。課下也可通過 VR文件對(duì)該設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、操作方法再次復(fù)習(xí)。

我們與教研室老師展開深入交流，確定將VR成像技術(shù)引入日常教學(xué)工作中。對(duì)老師進(jìn)行軟件及相關(guān)操作的培訓(xùn)，與醫(yī)院展開合作，構(gòu)建學(xué)校未曾引進(jìn)設(shè)備的虛擬設(shè)備。同時(shí)，與學(xué)生組織的康復(fù)社團(tuán)展開合作，成立制作小組，舉行設(shè)備展示大賽。加強(qiáng)學(xué)生對(duì)治療設(shè)備研究的興趣，拓展VR成像技術(shù)在日常教學(xué)中的應(yīng)用形式。

為驗(yàn)證VR成像技術(shù)在教學(xué)上的效果，我們對(duì)兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行相同內(nèi)容，不同教學(xué)形式的對(duì)比。其中一個(gè)班級(jí)采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，另一個(gè)班級(jí)引入VR成像技術(shù)。在最終的設(shè)備操作考核與調(diào)查問卷中。我們得出結(jié)論：引入VR成像技術(shù)教學(xué)的班級(jí)學(xué)生對(duì)于設(shè)備的掌握程度明顯比傳統(tǒng)教學(xué)方式效果更好，同時(shí)對(duì)于治療設(shè)備相關(guān)知識(shí)的接受程度更高，更有興趣去自主研究這些治療設(shè)備。

3 實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)和仍需改進(jìn)的地方

3.1 優(yōu)點(diǎn)

將理論向?qū)嶋H靠攏，通過加強(qiáng)對(duì)視覺感官的刺激，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)和參與積極性。全方位的展示使得展示效果達(dá)到最佳，對(duì)于工作原理及操作方法的講解更具有真實(shí)性。能夠跟進(jìn)最前沿的治療技術(shù)和最新的設(shè)備，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，調(diào)高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

教學(xué)上，在VR成像技術(shù)引入康復(fù)教學(xué)中，可以消除傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，更新教學(xué)案例，優(yōu)化和更新專業(yè)教材和教學(xué)內(nèi)容，并使其與時(shí)俱進(jìn)，結(jié)合起來，設(shè)計(jì)出與發(fā)展相適應(yīng)的教材，節(jié)約教學(xué)資源的同時(shí)，提高了教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率。

3.2 仍需改進(jìn)的地方

加強(qiáng)VR成像技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、線下教學(xué)的結(jié)合度，課程系統(tǒng)優(yōu)化，可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳虛擬設(shè)備VR文件，讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)，并以講解者的身份主動(dòng)向大家展示自己的掌握理解程度，由老師查漏補(bǔ)缺。讓學(xué)生成為課堂的領(lǐng)導(dǎo)者，主動(dòng)思考。提高學(xué)生主動(dòng)性的同時(shí)，也能提高教學(xué)效率。課后由教學(xué)平臺(tái)布置考核，通過VR成像技術(shù)使得考核更加直觀，準(zhǔn)確。在同步操作的同時(shí)，復(fù)述虛擬設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理，避免學(xué)生對(duì)知識(shí)的死記硬背，無法應(yīng)用到實(shí)踐中去。同時(shí)，定期推送給學(xué)生課程外有關(guān)前沿治療技術(shù)設(shè)備的虛擬文件，拓寬學(xué)生知識(shí)面的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自己去了解更對(duì)的前沿技術(shù)、高端設(shè)備。

VR成像技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用將對(duì)老師產(chǎn)生更高的素質(zhì)要求，加強(qiáng)師資隊(duì)伍的建設(shè)勢(shì)在必行。首先是教學(xué)平臺(tái)與VR軟件的使用，我們將定期對(duì)老師進(jìn)行操作培訓(xùn)，保證每位老師能夠制作VR文件，能夠通過教學(xué)平臺(tái)完成教學(xué)任務(wù)。其次是老師必須以身作則，帶動(dòng)學(xué)生去了解，跟進(jìn)前沿技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備。因此，通過與醫(yī)院的合作，老師將定期去醫(yī)院參與培訓(xùn)與講座。

4 綜述

通過教學(xué)成果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)將VR成像技術(shù)引入康復(fù)教學(xué)中，能有效解決康復(fù)理論教學(xué)質(zhì)量不佳，實(shí)踐受限的難題。同時(shí)激發(fā)學(xué)生的自主性，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，使學(xué)生對(duì)康復(fù)專業(yè)有更深刻的認(rèn)識(shí)。

當(dāng)然VR成像技術(shù)不僅能應(yīng)用于設(shè)備的展示，還能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的沉浸式體驗(yàn)、教學(xué)互動(dòng)等。但受限于研發(fā)所需的財(cái)力和人力支持，尚未能引入教學(xué)中。在未來教育中，虛擬技術(shù)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)將并駕齊驅(qū)，產(chǎn)生新的虛擬結(jié)合的教育教學(xué)模式，極大地改變傳統(tǒng)教學(xué)觀念和思維方式。隨著科技的發(fā)展，新生代的不斷創(chuàng)新，相信這些都將實(shí)現(xiàn)。