增强现实图书引领未来医学教育

王恬宇，冯智烨，李嘉绅，白志坤

(东北农业大学 动物医学学院实验动物与比较医学重点实验室，哈尔滨 150030)

1 理解增强现实图书

“增强现实图书”的概念是Mark Billinghurst在首次创建AR弹出式书籍“蛋白魔书”(Protein Magic Book， PMB)中提出的[1]。目前，AR图书的主流形式是将实体书籍与手机等终端设备相结合。虚拟现实的内容通常利用用户最熟悉的形式构建一个社交或学术虚拟世界。在使用过程中，用户需要下载书籍配套的APP，通过扫描书籍的指定区域即可得到三维立体展示的内容。增强现实图书可涉及诸多领域，能让教育方式更加丰富多元化。AR技术的引入让传授教育的过程更具趣味且有张力，实现了在纸上的“动态”教育。

2 医学教育中的AR图书

2.1 AR医学教材

AR图书正在不断应用于教育的各个领域。AR学习资源中心能够提供包含生物学、物理学、环境科学、语言学、数学等多个基于标记的增强现实学习内容[2]，AR医学教材早已不是空中楼阁。2018年，中国医学第九版人卫教材融入了AR技术，将纸质书上的黑白结构图转化为3D可操控的彩色模型，带给了学生耳目一新的学习体验。目前，增强现实走入了大学教材，学生可以借助书中的文字理解和软件模型演示来完成自主学习，这样有助于培养大学生的抽象思维，进而营造新潮、多元的校园环境。

2.2 阅读优势

AR技术正在引领一种新鲜有趣的阅读文化形式。栩栩如生的3D立体形象与传统单调的平面图形图像相比，AR图书具有更强的知识拓展化表现能力。尤其针对复杂的医学模型，立体化的感观方便了晦涩难懂的专业性知识教学。AR技术的硬件要求较低，使用者通过常用的移动设备即可体验。这样的方式非常适合医学教育发展，直观具体的3D体验能让学生享受学习知识的过程，让学习不再枯燥。实验表明，增强现实技术的使用对学生的学习成果有所贡献。AR可以对学生的学习态度产生积极影响，从而提升学生的学习动力。在调查学生如何与AR系统相互作用的过程中，“蛋白魔书”的AR系统评估了学生对氨基酸学习的感知。结果显示，AR具有便携性，能够提供清晰的氨基酸图像，还能对模型进行详细观察，因此，学生喜欢使用AR进行学习[3-4]。

2.3 设计理念

AR医学教材设计的目的在于提供优质的教学体验、模拟学习场景、帮助学生思考、深入展开情境化教学。AR图书借助智能终端将静态的图画扩展到多方位的视听体验，学生不仅能学到知识，还能通过虚拟现实技术体会到未知事物的真实性，减少教学模型资源的购入。通常情况下，实验室中的医学教用模型数量有限，价格昂贵且容易损坏，将教材引入AR模型不仅可以激发学生的体验乐趣，还能够实现教学资源的共享化。所有医学院校均可以引入AR教学，从而进一步推动AR技术的发展，实现现代化教育的变革和传统读书模式的更新换代。

3 AR图书发展现况

3.1 图书设计

如今，国内外都具备优秀的AR开源库和软件开发工具包，比如国内的Hi AR、Easy AR等增强现实开发网站都为开发人员提供了便利的平台，但在使用这些平台时，需要制作者拥有编程基础。现阶段，许多轻量级AR制作工具已被研发，不需要开发者具有编程基础，只需进行简单地拖拉、设置等操作就能够完成AR作品的制作。通过轻量级AR制作工具，增强现实技术可以打破需要专业技术团队来进行制作的要求，允许教育者创建场景，可根据书籍信息将模型注入学习体验并嵌入数据，实现教学内容在现实环境和虚拟环境中的无缝教学。

3.2 出版应用

国内已有多本AR实体图书出版。目前出版的AR图书主要包括加入AR技术的儿童涂本和具有视听功能的AR图书。AR在少儿图书出版方面已初具雏形，如2014年出版的AR儿童绘本《西游记的故事》和2016年出版的《科学跑出来》系列图书，都受到了许多儿童的喜爱。AR图书已经随着时代发展受到了越来越多投资者的关注，技术的更迭也会让AR场景与动画更加绚丽丰富[5-7]。

3.3 发展瓶颈

在课堂上，由于材料开发的时间较长，资源共享存在一定的局限性，教师能利用的AR资源较少，没有精良的辅助工具能够及时处理出现的技术问题。与增强现实的潜力相比，很少会有教师为了新潮有效的教学方法而去进行实践，大部分教师缺乏关于增强技术实施的概念框架，现实系统中也没有这样的框架，导致应用程序课堂上的技术通常都较为肤浅，没有一定的生产力。

在市场上，虽然部分AR图书取得了很好的评价，但AR市场仍不容乐观。一方面是出版行业并不擅长，出版社懂得AR研发技术的人员太少，许多AR图书操作繁琐，甚至无法打开界面。另一方面，投入成本要远远高于传统图书，一本昂贵的AR图书仅仅几张图片可以扫描，很难给予用户满意的使用感。国内出版社通常要与技术公司共同开发AR图书或外包，而要想更好地发展数字出版，就必须拥有一批既懂出版又能灵活融入AR技术的复合型编辑队伍[8]。但受到出版方相关技术人员较少、出版成本高、市场需求小等因素影响，大部分出版社只是浅尝辄止。基于研究现状及问题积极研发AR关键技术成为了重点，如何使AR技术更加轻量化也是项目攻克的重点与难点。

4 前景展望

目前，我国高等医学教育资源质量参差不齐，部分地区教学资源有限，实验室教具配备不全，而AR教育模式可以突破时域限制，为学生模拟数字化实验室环境，减少“填鸭式”的被动教学，增强医学教育的真实感，实现优质教学资源共享化。AR图书也不只是停留在教学辅助阶段，还可以利用AR虚拟成像进行模拟手术实验或考试，大大降低成本与风险，促进医学向着高质量、高水平的方向发展。目前，5G的大门已被敲开，互联网将会催生出更加丰富的终端形态，AR将走进人们的日常生活，沉浸式体验将成为科技发展的热门。虚拟图书将会成为新的教学工具，会引导人们打破常规，能够让学生在方寸之地体会到世界的广袤。