獸醫(yī)病理學(xué)虛擬大體標(biāo)本的制作及其在教學(xué)資源中的應(yīng)用

唐發(fā)書　李德龍　陳思懷

摘 要：為了將獸醫(yī)病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大體標(biāo)本制作成數(shù)字化虛擬標(biāo)本，通過連續(xù)標(biāo)本圖片拍攝，應(yīng)用Objiect2VR軟件進(jìn)行編輯與制作。生成的虛擬3D標(biāo)本線上線下均可觀看，能360°自動(dòng)與手動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)放大縮小，其標(biāo)本解讀信息、器官組織結(jié)構(gòu)、病變名稱等實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)指示即可彈出相應(yīng)文字的熱點(diǎn)關(guān)聯(lián)。所創(chuàng)建的虛擬標(biāo)本可在標(biāo)本室VR、自動(dòng)評(píng)分試題、虛擬圖譜等實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源中拓展應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬標(biāo)本;虛擬現(xiàn)實(shí);虛擬圖譜;病理學(xué)

中圖分類號(hào) G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）03-0152-03

Preparation of Virtual Specimen of Veterinary Pathology and Application in Teaching Resources

TANG Fashu et al.

（College of Veterinary Medicine，Southwest University， Chongqing 402460， China）

Abstract： In order to make the virtual specimen in veterinary pathology experimental teaching， the virtual specimen were edited and made by using Objiect2VR software. The results showed that the virtual 3D specimen could be viewed both on-line and off-line， and rotated automatically or manually at 360℃with stepless zoom-in and zoom-out， also the hot-spot realized association between specimen interpretation information， tissue structure， lesion name and corresponding words. The virtual specimen could be used in experimental teaching resources including the laboratory VR， automatic grading test questions， virtual atlas .

Key words： Virtual specimen; Virtual reality; Virtual atlas; Pathology

動(dòng)物病理大體標(biāo)本觀察是獸醫(yī)病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容之一。病理標(biāo)本因其收集、典型病變、制作均不容易，適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大體標(biāo)本顯得尤為珍貴。但由于標(biāo)本的保存隨時(shí)間易褪色、搬運(yùn)與學(xué)生使用中的損毀等原因，迫切需要對(duì)標(biāo)本進(jìn)行數(shù)字化保存[1]。由于病理標(biāo)本的立體性、病變需多角度觀察等特點(diǎn)，觀察大體標(biāo)本不能簡(jiǎn)單以一張靜態(tài)圖片完成，需要能360°旋轉(zhuǎn)的立體虛擬標(biāo)本。目前，對(duì)于此類標(biāo)本在高等醫(yī)學(xué)院校中制作構(gòu)建的報(bào)道較多，但在國(guó)內(nèi)高等農(nóng)林院校中還未見虛擬大體標(biāo)本的相關(guān)建設(shè)報(bào)道[2-4]。同時(shí)，構(gòu)建好的數(shù)字化大體標(biāo)本未見進(jìn)一步應(yīng)用于其他教學(xué)資源（課件）的報(bào)道。為此，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的獸醫(yī)病理大體標(biāo)本采用相關(guān)軟件制作虛擬數(shù)字化標(biāo)本并擴(kuò)展應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，以期為病理標(biāo)本的數(shù)字化保存、學(xué)生的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)在線課程建設(shè)、高仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以及其他形態(tài)課程如動(dòng)物解剖學(xué)、動(dòng)物胚胎學(xué)、寄生蟲病學(xué)、產(chǎn)科學(xué)等大體標(biāo)本的虛擬建設(shè)與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 虛擬大體標(biāo)本的制作

1.1 制作過程 選用畜禽病理原色或非原色福爾馬林浸漬標(biāo)本瓶放置蛋糕轉(zhuǎn)盤（手動(dòng)型）中央，要求標(biāo)本重心垂直線在圓盤中心。標(biāo)本的主觀察面（主要病變觀察面）作為首張照片拍攝面，并旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤30°拍攝第2張，以此方法連續(xù)12張，在圖片拍攝全程保持?jǐn)?shù)碼相機(jī)（或智能手機(jī)）位置固定，拍攝參數(shù)相同。應(yīng)用Objiect2VR3.0軟件，從其看版臺(tái)導(dǎo)入圖片，要求橫向水平欄位12張，縱向垂直欄位0張。完成顯示參數(shù)（首張標(biāo)本主觀察面圖片的欄位值為“0”，控制標(biāo)本的旋轉(zhuǎn)為水平環(huán)繞）、用戶數(shù)據(jù)（包括標(biāo)本名稱、制作時(shí)間、作者、版權(quán)等信息）、交互熱點(diǎn)（標(biāo)本的各種結(jié)構(gòu)與病變名稱熱點(diǎn)和標(biāo)本解讀信息熱點(diǎn)）以及輸出設(shè)置（圖片與顯示設(shè)定、播放設(shè)定、縮放數(shù)值、皮膚控制器）等選項(xiàng)設(shè)置或創(chuàng)建。選擇3種輸出格式（HTML5/ Flash /Quicktime）中的一種，點(diǎn)擊創(chuàng)建即可完成。

1.2 制作結(jié)果 創(chuàng)建的虛擬標(biāo)本以Flash輸出格式為例，生成的*.SWF文件在Flash player播放器中打開或直接把*.SWF拖進(jìn)Flash player可見主觀察面的虛擬標(biāo)本，點(diǎn)擊虛擬標(biāo)本皮膚控制器上“<>”按鈕實(shí)現(xiàn)標(biāo)本的相應(yīng)方向水平360°旋轉(zhuǎn);或鼠標(biāo)點(diǎn)住標(biāo)本左右移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)本的手動(dòng)旋轉(zhuǎn)（見圖1A，B）;點(diǎn)擊皮膚控制器“っ”按鈕實(shí)現(xiàn)標(biāo)本的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊標(biāo)本信息“i”按鈕可顯示標(biāo)本名稱、作者等基本信息（見圖1C）;對(duì)于器官結(jié)構(gòu)或病變的觀察可點(diǎn)擊標(biāo)本“+-”按鈕或鼠標(biāo)點(diǎn)住標(biāo)本通過滾輪均能實(shí)現(xiàn)無級(jí)放大與縮小（見圖1D）;對(duì)于創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)，鼠標(biāo)在每個(gè)觀察面上指示標(biāo)本中器官的任意位置，則彈出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)名稱或病變名稱;鼠標(biāo)指示病變處即刻彈出“病灶—肉芽組織”，移開鼠標(biāo)則顯示文字消失。標(biāo)本解讀信息則實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)指示“標(biāo)本解讀標(biāo)志”即刻顯示該標(biāo)本的病變描述（見圖1E，F(xiàn)）。

2 虛擬大體標(biāo)本在教學(xué)資源中的應(yīng)用

2.1 在虛擬標(biāo)本室（VR）中的應(yīng)用 根據(jù)標(biāo)本室空間分區(qū)，分別放置血液循環(huán)障礙、萎縮變性、壞死修復(fù)、炎癥、腫瘤、系統(tǒng)病理以及其他等類型大體標(biāo)本，應(yīng)用帶超廣角（魚眼）鏡頭的數(shù)碼相機(jī)在云臺(tái)支架上對(duì)標(biāo)本室和各類標(biāo)本區(qū)均旋轉(zhuǎn)拍攝6～12張圖片，再應(yīng)用拼接軟件如PTGui PRO完成全景圖拼接，生成的全景圖導(dǎo)入VR（Virtul Reality，VR）制作軟件如Pano2VR Pro輸出7200旋轉(zhuǎn)的VR。要求標(biāo)本室的場(chǎng)景與各類標(biāo)本區(qū)的場(chǎng)景建立熱點(diǎn)，即在標(biāo)本室漫游時(shí)可轉(zhuǎn)場(chǎng)至各類標(biāo)本區(qū)的場(chǎng)景。該場(chǎng)景中的每個(gè)標(biāo)本再與制作的可3600旋轉(zhuǎn)虛擬大體標(biāo)本建立超鏈接，即實(shí)現(xiàn)觀察者對(duì)任一標(biāo)本能無級(jí)放大、多角度觀察標(biāo)本的組織結(jié)構(gòu)和病變結(jié)構(gòu)。

2.2 在自動(dòng)評(píng)分試題（庫(kù)）構(gòu)建中的應(yīng)用 傳統(tǒng)的驗(yàn)課程大體標(biāo)本識(shí)別考試以PPT中嵌入靜態(tài)圖片或擁擠在標(biāo)本室現(xiàn)場(chǎng)考核等形式進(jìn)行，這些方式存在影響學(xué)生的判讀或考試進(jìn)程難組織管理等缺點(diǎn)。針對(duì)大體標(biāo)本的識(shí)別和病變描述為考核內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)考試，可采用自動(dòng)評(píng)分試題制作軟件如Wondershare Quizcreator制作試卷，該類試卷在提交后能對(duì)客觀題自動(dòng)評(píng)分。該軟件的優(yōu)勢(shì)是各類題型的題干可插入圖片或視頻。因此，考核標(biāo)本識(shí)別可創(chuàng)建單項(xiàng)與多項(xiàng)選擇題，考核標(biāo)本病變描述則以填空題或簡(jiǎn)答題型出現(xiàn)，并在題干中導(dǎo)入要考核且未創(chuàng)建病變名稱與標(biāo)本解讀熱點(diǎn)的虛擬大體標(biāo)本（*.SWF文件）。進(jìn)行題目作答時(shí)可點(diǎn)擊標(biāo)本，仿真真實(shí)標(biāo)本觀察。試題發(fā)布在有局域網(wǎng)如數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的主機(jī)端電腦上或課程網(wǎng)頁(yè)，考試既公平又便于組織;同時(shí)該類試題也可作為學(xué)生練習(xí)題，自我檢測(cè)學(xué)習(xí)效果。

2.3 在虛擬電子圖譜中的應(yīng)用 虛擬圖譜通常采用相關(guān)軟件制作，有真實(shí)書籍樣式和翻頁(yè)效果的虛擬3D圖譜。圖譜內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)課程相關(guān)的光學(xué)顯微鏡下各種染色的圖片、電子顯微鏡圖片、大體標(biāo)本的主觀察面圖片。這些圖片常常以文字、數(shù)字、字母、符號(hào)等對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)注說明，但最終以靜態(tài)圖片呈現(xiàn)。對(duì)于大體標(biāo)本僅主觀察面圖片，不能完全反映標(biāo)本的病理信息。為此，可選用電子虛擬圖譜（雜志或相冊(cè)）制作軟件如FLIP Flash AIbum、FLBook、iebook等，利用該類軟件可添加Flash動(dòng)畫的功能，在空白頁(yè)導(dǎo)入交互性虛擬大體標(biāo)本，生成*.SWF或*.exe文件，運(yùn)行相應(yīng)文件，在虛擬圖譜頁(yè)面能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、放大縮小、病變結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)名稱顯示的功能，拓展了虛擬圖譜的裝載內(nèi)容。

3 討論

目前，三維物體數(shù)字化主要用于商品、建筑物、博物館、儀器等物體的展示。實(shí)現(xiàn)虛擬三維的3D技術(shù)主要有Pulse3D、X3D、JAVA3D、SHOEKWAVE3DH、VIEWPOINT等5種[5]。主要涉及3D Studio Max、Maya、JQuery、Unity3D、3DProductShow、PixMaker Pro、KRpano、造型師、環(huán)視制作者等國(guó)內(nèi)外軟件[6-8]。但這些軟件或因價(jià)格貴甚至購(gòu)買困難，或因需專業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)限制了普通使用者的廣泛應(yīng)用。本研究使用Objiect2VR軟件開展獸醫(yī)病理大體標(biāo)本的環(huán)視制作，該軟件價(jià)格便宜、操作者不需相關(guān)軟件知識(shí)基礎(chǔ)、制作步驟簡(jiǎn)單，可生成HTML5、Flash、Quicktime等格式文件。HTML5為第5代網(wǎng)頁(yè)編程語(yǔ)言，筆記本、臺(tái)式機(jī)、智能手機(jī)均方便運(yùn)行瀏覽;Flash文件播放簡(jiǎn)單，傳輸方便;Quicktime格式的文件為*.mov，多種視頻播放器均能播放，但虛擬標(biāo)本的交互性受限，不適合教學(xué)應(yīng)用的虛擬三維物體輸出格式。

虛擬的大體標(biāo)本除在標(biāo)本室VR、實(shí)驗(yàn)考試題、虛擬圖譜等教學(xué)資源中拓展應(yīng)用以外，還可選擇性應(yīng)用于以下方面：首先，對(duì)標(biāo)本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化保存，解決珍貴病理標(biāo)本因各種原因造成的損毀[9]。其次，在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)上，替代教師傳統(tǒng)教學(xué)以靜態(tài)圖片講解的抽象，虛擬標(biāo)本實(shí)現(xiàn)高仿真;減少每次實(shí)驗(yàn)課前的標(biāo)本準(zhǔn)備、搬運(yùn)以及多次運(yùn)輸震蕩對(duì)標(biāo)本的損毀;虛擬標(biāo)本可在水平方向3600旋轉(zhuǎn)，因而可多角度，全方位觀察;虛擬標(biāo)本可無級(jí)放大縮小，便于對(duì)病變細(xì)節(jié)觀察。再次，虛擬標(biāo)本上傳課程主頁(yè)或?qū)W習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)與學(xué)習(xí)，本研究制作的虛擬標(biāo)本建立器官的組織結(jié)構(gòu)、病變名稱、標(biāo)本解讀信息等熱點(diǎn)，鼠標(biāo)指示相應(yīng)位置即刻彈出相關(guān)的信息，替代了《實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》的描述與教師指導(dǎo)確認(rèn)，方便學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。結(jié)合病理切片的數(shù)字掃描，即數(shù)字切片，實(shí)現(xiàn)真實(shí)切片標(biāo)本顯微鏡下的全息仿真[10]。獸醫(yī)病理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容除如尸體剖檢、白細(xì)胞吞噬活動(dòng)以及不同類型缺氧等操作性、綜合性實(shí)驗(yàn)外，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的線上教學(xué)、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)均能開展。雖然仿真虛擬不能完全替代真實(shí)標(biāo)本的觀察學(xué)習(xí)，但在課前自主學(xué)習(xí)、課后拓展學(xué)習(xí)以及泛在學(xué)習(xí)等方面具有廣泛的教學(xué)應(yīng)用。

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（責(zé)編：張宏民）

基金項(xiàng)目：西南大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究項(xiàng)目（SYJ2020012）。

作者簡(jiǎn)介：唐發(fā)書（1964—），男，重慶梁平人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事獸醫(yī)病理學(xué)教學(xué)與科研工作。 *通訊作者? 收稿日期：2020-11-26