王浩宇 ， 马占邦 ， 杨樣如 ， 毛瑞涵 ， 刘 成 ， 吴泽灿 ， 白志坤 ， 罗继龙

(1.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 ， 黑龙江 哈尔滨 150030 ;2.东北农业大学动物科学技术学院 ， 黑龙江 哈尔滨 150030)

家畜解剖学学科目前在教学上主要采用录像、图片和实体标本来向学生展示动物体的形态结构。这些工具在使用方式和展现效果上的局限，使该学科的教学效果大打折扣[1]。而虚拟现实是一种计算机仿真系统，用来模拟真实的生活环境和对象。利用计算机模拟出的虚拟环境，并借助视觉、听觉、嗅觉等交互式，体验者可以沉浸到虚拟世界中去[2]。该技术弥补了传统教学工具的不足。从1965年虚拟现实基本思想形成开始，虚拟现实技术已走过半个世纪的研究历程。美国作为发源地，率先将该技术应用在飞机制造和航空航天等领域；日本建立VR知识库并在VR游戏的研究上做出了卓越的贡献；我国也不甘落后，在众多高校和科研单位建立起虚拟现实技术实验室。目前，虚拟现实技术已经广泛应用到军事、房地产、医疗和文化教育等领域[3]。

Object2VR是一款环物全景制作软件，它根据一个物体多个角度的图像生成三维动画，用户可以根据它自由地选取观察角度，放大缩小画面并观察该物品的每一个细节，非常适合教学工作者学习和使用。

笔者在本文中阐述了一条适合动物标本展示的三维动画制作途径，并在平台发布方面做了探讨，可以为同类型三维动画制作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料 图片采集工具：CANON 600D相机、ComXim MT380蓝牙数控电动转台、TurnTable 1.1.0软件；图像处理工具：Adobe Photoshop CS6软件；三维动画制作工具：Object2VR studio 3.0软件；后期处理工具：Adobe Flash CC软件和FlashPacker软件；骨骼：马寰椎一块，马荐椎枢椎一块，来源东北农业大学家畜解剖学实验室。

1.2 技术方法 根据掌握的资料，将制作流程归结为5个主要环节(图1)。

图1 制作流程

1.2.1 图像采集 将蓝牙数控电动转台至于平坦的工作台上，布置纯蓝色背景布，上方固定补光光源，转盘前方摆放相机和三脚架，并调整三脚架高度使相机的水平高度高于转盘高度10～15 cm。拍摄工具摆放好后，通过蓝牙将转盘与电脑相连，并用定时快门线连接相机与转盘。最后将被拍摄的标本摆放在转盘中轴线上，并通过一些辅助物件固定标本，以减弱标本在转盘转动过程中的晃动。最后打开电脑上的TurnTable软件，设置参数为15度，每次拍摄前缓冲时间为3秒，拍摄得到的一组照片为24张。

1.2.2 图像处理 为了增强三维动画的展示效果，需要对图片进行PS处理，使图片背景颜色均一，主体清晰可辨，色泽饱满；为了降低动画的文件大小，则需要对图片进行压缩。单张图片压缩至300～500 KB为宜。

1.2.3 Flash制作 使用Object2VR studio 3.0软件来制作三维动画。首先载入图片。在初始界面(图2 A)的输入中点击“选择输入”，在“Input”一栏中选择“Image Sequence”，在“Path”一栏输入图片存储路径，设置好Column和Rows数值，并在“Pattern”栏输入图片序列后，点击确定即可载入图像。其次在初始界面的“用户数据”一栏点击“修改”按钮，悉数填写标本名称、作者信息、制作时间以及版权等信息。接着在初始界面的“交互热点”一栏点击“修改”按钮，使用“点型热区”和“多边形热区”工具为Flash添加交互热点。软件可以通过在不同位置安放热点来传递标本信息，并通过超文本链接来实现网页或图像的跳转。

最后选择输出格式，点击“增加”按钮，在“设定”和“高级设置”选项卡下调整Flash的播放属性(图2 B)。经测验发现，在0.1的旋转速度、最大4倍放大、“显示当前的”显示模式下，Flash有较好的播放效果。最后导入设计好的皮肤，输入导出文件的存储路径，点击“确定”即可导出文件。

1.2.4 平台发布 要实现联网用户通过网址访问三维动画．需要首先利用Object2VR软件将作品导出为Html文件，并将其命名为“index.html”。然后上传至服务器并生成超文本链接。用户即可通过互联网浏览动画页面。但要在不联网的情况下查看三维动画，还需要制作应用程序。首先利用Object2VR软件将作品导出为“.swf”文件，然后通过Adobe Flash CC软件将所有的swf文件关联到一起打包生成一个新的swf文件。它可以通过简洁的用户界面来调用任意一个标本的swf文件。最后用FlashPacker软件为该文件嵌入播放插件并导出“.exe”文件。用户安装该应用程序后可以在任意网络环境下浏览骨骼动画。

2 结果

主流上网设备均可通过网址访问储存在网站的三维动画。在PC端、苹果手机以及安卓手机的浏览器上测试，效果如图3 A、B、C所示。

应用程序则可以供PC端用户离线查看Flash，具有不依赖第三方播放器的优点。在PC端测试，效果如图3 D所示。

图3 在不同应用端显示结果

3 讨论

虚拟现实技术的传统做法是三维建模，即以计算机图形学为基础，通过多边形重塑现实场景，并对环境的光照与阴影、物品的纹理等进行设定，最后通过观察的角度实时渲染画面，给观察者一种“身临其境”的体验，具有很强的沉浸感和立体感。然而三维建模成本高、技术难度大、制作周期长、设备要求高等缺点广为诟病，这项技术也因此没有在小成本制作领域得到推广。

基于图像的虚拟现实技术是一项不依赖三维建模的虚拟现实技术，它是利用相机对被拍摄物体进行等距离的360度环绕拍摄，再通过图像序列将拍摄得到的照片进行缝合，最终生成一个可以360度全方位观察的三维动画。严格来说，该技术并非真正意义上的虚拟现实，它能带来的沉浸感和交互性远不及三维建模。但它因为制作成本低、技术难度小、设备要求低以及易于传播等优点备受非专业人士推崇。2012年Garden Gnome Software团队研发出了Object2VR软件，有力推进了基于图片的虚拟现实技术的发展。

近些年，该项技术由商业领域逐渐向文化教育和科学研究领域渗透，并随着众多虚拟现实爱好者的不懈努力，该技术越来越容易被大众所掌握应用，并为各行各业带来了便捷[4]。但在实际操作过程中有几个地方需要额外注意。如有些情况下，Flash在播放时有明显“跳跃感”，这是由于图像明暗度部不均一，以及拍摄张数过少的缘故。明暗度可以通过单反相机的全手动模式来控制。拍摄张数则需要根据实际情况权衡：张数过少易导致播放Flash时会有跳跃感，过多则会增大Flash占用的存储空间而不利于传输，同时也增大了图像处理的工作量。因此，在拍摄时，要根据拍摄环境的明暗程度适当调整灯光亮度进行补光，使拍摄角度的标本不被阴影覆盖。调整三脚架，打开相机，在全手动模式下调整光圈大小、焦距和感光度，使拍摄目标清晰、适当地充满取景器，最后锁定焦距。一次拍摄24～36幅为宜。

另一方面，在Adobe公司宣布放弃Flash并向Html转移阵地后，Flash在各种播放环境下的兼容性问题愈发尖锐。尤其是在移动设备方面，苹果iOS系统已经停止对Flash的支持。与此相反的是，Html作为一种开放而便捷的工具受到越来越多人们的推崇，目前市场上主流上网设备均可支持Html的播放。同时，随着自营媒体的发展，将作品在微信公众号上推送给用户成了一种方便快捷的宣传手段。因此我们也尝试制作了Html格式的作品，并将其应用于PC端和移动设备。测试结果表明，这一方式可以很好打破时空的界限，用户可以随时浏览我们的作品。

利用Object2VR软件制作的流媒体文件进行辅助教学，不仅方法简单易行，适合教学工作者，而且能丰富教学手段提高学生的积极性和学习热情，提高教学效果。我们应该看到日新月异的新技术使得教育教学方式飞速发展，如果能将新技术在教学实践中合理应用，则能起到事半功倍的效果。

[1] 白志坤, 曹允考, 罗继龙,等. 学生期望的家畜解剖学教学方法[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2010(15):171-172.

[2] 邹湘军, 孙健, 何汉武,等. 虚拟现实技术的演变发展与展望[J]. 系统仿真学报, 2004, 16(9):1 905-1 909.

[3] 孙捷. 三维虚拟技术在房地产中的应用[C]// 北京：'OA2003办公自动化国际学术研讨会， 2003.

[4] 张永志. 图象及几何建模的虚拟现实技术研究[D]. 武汉：武汉理工大学, 2003.