物体VR成像技术在康复教学中的应用

牟 魏 王承烁 屠晨坤

（南京医科大学康达学院 江苏·连云港 222000）

康复治疗学是一个非常年轻的专业，但却是我国医疗卫生事业发展所必需的。康复治疗是一个大类，它又细分为物理治疗，作业治疗，言语治疗等。因国内康复还处于起步阶段，所以中国康复人才的培养多数并未细分，统一归类到康复治疗专业。

在康复治疗学的学习过程中，了解和使用现代化康复医疗设备是每一个康复专业学生必须掌握的。但总是受限于教学条件的不足，对于一些学校未曾引进的先进的设备，就只能停留在幻灯片或者书本上的平面展示图。学生很难详细了解这些先进设备的整体概况、结构和基本操作方法。无法接触学习这些先进设备，跟进康复最新治疗技术的发展，已经成为康复教学的一大难题。

虚拟现实（virtualreality,VR）技术有着极强的身临其境的浸没感，以及实时的互动性、丰富可扩展的内容，近年来在医学教学领域得到了广泛的应用。在新冠疫情促使网络教学发展的背景下，我们发现将物体VR成像技术与网络教学结合，开发相关学习所需设备的三维立体成像展示，让学生全方位了解设备的结构，将解决这一难题。

1 构建过程

我们以Object2VR软件作为开发工具，通过环物摄影技术，采集展示设备多个角度的图像，再将这些图像渲染、修饰、拼接，制作成一个完整的VR文件并通过相应的程序进行演示，可以随意拖动鼠标，从各个角度观看物品的每一个部位和结构。制作过程分为图像采集、图像修饰、VR文件制作三个过程。

1.1 图像采集

通过与教研室、学校附属医院康复科的合作，我们选定与课程相关的康复治疗设备进行图像采集。图像采集时，我们使用了相机，背景板、补光灯、三脚架等设备来保证采集图像的质量，使最终展示效果达到最佳。首先我们选择光线充足的拍摄场地，搭起背景板，视情况使用补光灯，减少采集图像阴影的产生，使图像呈现效果更加饱满自然，拼接时不会出现明显的个体差异。接着将相机固定在三脚架上并选择合适的位置放置转盘，保证转盘转动时不会脱离相机的拍摄范围；相机我们使用的是索尼A7M3相机，转盘转动360°的时间为80s，一个设备图像采集数为20张，所以我们设定相机快门释放时间为4s一次。同时注意展示物品需放置在转盘中心，保证转盘转动时展示物品不会在相机的视野中偏离；不对称物品，应将最高点正对转盘中心上方。

1.2 图像修饰

将采集图像分类依顺序编号，方便后续的操作。打开Adobe Photoshop CS6，对展示设备图像进行处理，同时保证图像大小相同，中心点在同一位置。接着打开Adobe Lightroom，对展示设备图像的亮度、对比度、饱和度等进行过调整，保证拼接后动画的流畅自然。

1.3 VR文件制作

以我们所制作的磁振热理疗仪为例。首先打开Object2VR软件，在看版台中导入图片。设定水平栏位为20栏，依次导入图片，图片格式为JPEG格式。应确保图片在水平方向依次呈现顺序的正确性，并选择VR文件保存位置。接着打开图片处理，打开裁剪参数，确保每一张图片中心位置一致。之后在显示参数中进行效果的预览。如效果不佳，可在图片处理中进行进一步的处理。打开热点设置，可以在想详细介绍的地方或重要部件处添加点型和多边形交互热点、区域型交互热点。设置ID、标题、皮肤ID等属性，并可以在热点列表里对所有热点进行归纳。进入皮肤编辑器，添加放大、缩小、平移、转动等按钮，方便展示预览。最后选择Flash格式，图像质量设为90，图像窗口尺寸根据图片大小设为640x228像素，帧率设为50，舞台缩放选择随窗口变化，关闭自动播放模式，速度设为1，延迟设为5，开启缩放，缩放倍数最大值设为6倍，开启自动移动模式，顺滑化，添加层级切片处理，最后进行文件导出。展示视频链接：https://www.ivrpano.com/website/pages/krpano/videoshow.html?uuid=d3627f8873d461d2。打开链接后，点击播放，再选择视角控制中的平面模式即可查看。

2 应用及结果分析

物体VR成像技术可适用于课堂教学、实践教学、网络教学等各种教学过程中，主要运用于治疗设备结构和工作原理的展示，治疗设备操作方式的预演。

在传统教学方式中把理论课和实践课分开进行，理论课一般通过平面图、幻灯片、视频等来展示设备的构成及工作原理，实践课是在理论课的基础上确认设备的构成，验证设备的工作原理，练习设备的操作方法。但理论课的展示，往往只能提供该展示设备某一个角度或几个角度的平面图，无法做到全方位的展示效果，真实性不强。同时，理论若无法结合实际，是缺乏趣味性的，是一种被动的知识灌输。教学任务的安排也使得实践课上学生对于展示设备的学习，是有时间约束的，可能无法保证完全掌握，课下也缺少再次接触的机会。这就导致学生对设备的构成及工作原理很难详尽地掌握，进而使实践课的效果大打折扣。

对于治疗设备的展示还受限于学校的教学条件。医学生是需要时刻关注最前沿的治疗技术，最新的治疗设备的。而学校并不能保证引进每一种设备，这就导致学生的知识面大多停留于书本、落后于时代的进展。尽管学校一般会与附属医院合作，开展见习课程，但这种课程一般课时较少，耗费较高。

如果将VR成像技术应用于日常教学中，上述问题都将得到有效解决。通过VR成像技术，我们可以很容易地构建一个与现实中的设备完全相同的虚拟设备进行展示。同时可以与医院展开合作，对于学校未曾引进的设备构建虚拟设备，拓展学生的知识面，提高教学效果，减少教学耗费。

在进行设备展示时，学生通过相关软件，可对虚拟设备进行选转、放大、缩小等操作。在一种身临其境的真实感中，全方位地了解该设备的构成、工作原理。同时结合老师对于细节或者重点处的注释，达到更好的掌握效果。在熟悉之后，可自我进行操作的预演，使实践课从接受知识转变为验证知识的掌握程度。课下也可通过 VR文件对该设备的基本结构、工作原理、操作方法再次复习。

我们与教研室老师展开深入交流，确定将VR成像技术引入日常教学工作中。对老师进行软件及相关操作的培训，与医院展开合作，构建学校未曾引进设备的虚拟设备。同时，与学生组织的康复社团展开合作，成立制作小组，举行设备展示大赛。加强学生对治疗设备研究的兴趣，拓展VR成像技术在日常教学中的应用形式。

为验证VR成像技术在教学上的效果，我们对两个班级进行相同内容，不同教学形式的对比。其中一个班级采用传统教学方式，另一个班级引入VR成像技术。在最终的设备操作考核与调查问卷中。我们得出结论：引入VR成像技术教学的班级学生对于设备的掌握程度明显比传统教学方式效果更好，同时对于治疗设备相关知识的接受程度更高，更有兴趣去自主研究这些治疗设备。

3 实际应用的优点和仍需改进的地方

3.1 优点

将理论向实际靠拢，通过加强对视觉感官的刺激，提高学生的学习和参与积极性。全方位的展示使得展示效果达到最佳，对于工作原理及操作方法的讲解更具有真实性。能够跟进最前沿的治疗技术和最新的设备，拓宽学生的知识面，调高学生的创新能力。

教学上，在VR成像技术引入康复教学中，可以消除传统教学内容，更新教学案例，优化和更新专业教材和教学内容，并使其与时俱进，结合起来，设计出与发展相适应的教材，节约教学资源的同时，提高了教学质量与教学效率。

3.2 仍需改进的地方

加强VR成像技术与网络教学、线下教学的结合度，课程系统优化，可以通过网络平台上传虚拟设备VR文件，让学生课前预习，并以讲解者的身份主动向大家展示自己的掌握理解程度，由老师查漏补缺。让学生成为课堂的领导者，主动思考。提高学生主动性的同时，也能提高教学效率。课后由教学平台布置考核，通过VR成像技术使得考核更加直观，准确。在同步操作的同时，复述虚拟设备的结构、工作原理，避免学生对知识的死记硬背，无法应用到实践中去。同时，定期推送给学生课程外有关前沿治疗技术设备的虚拟文件，拓宽学生知识面的同时，鼓励学生自己去了解更对的前沿技术、高端设备。

VR成像技术在教学中的应用将对老师产生更高的素质要求，加强师资队伍的建设势在必行。首先是教学平台与VR软件的使用，我们将定期对老师进行操作培训，保证每位老师能够制作VR文件，能够通过教学平台完成教学任务。其次是老师必须以身作则，带动学生去了解，跟进前沿技术、先进设备。因此，通过与医院的合作，老师将定期去医院参与培训与讲座。

4 综述

通过教学成果对比，发现将VR成像技术引入康复教学中，能有效解决康复理论教学质量不佳，实践受限的难题。同时激发学生的自主性，拓宽学生的知识面，使学生对康复专业有更深刻的认识。

当然VR成像技术不仅能应用于设备的展示，还能应用于实验场景的沉浸式体验、教学互动等。但受限于研发所需的财力和人力支持，尚未能引入教学中。在未来教育中，虚拟技术教学与传统教学将并驾齐驱，产生新的虚拟结合的教育教学模式，极大地改变传统教学观念和思维方式。随着科技的发展，新生代的不断创新，相信这些都将实现。