张彩妍 刘冰慧 张桂霞

摘要：针对中药炮制学的特点及目前中药炮制学实验存在的问题，以药炮制学中润法为例，采用现代三维动画设计，以真实实验操作工艺、炮制技术及有关的理论做基础，采用VR技术设计实现一套互动性强、真实感强、参与度高且具有高度沉浸感的虚拟实验系统，为中药炮制学实验提供一种新的途径及思路。

关键词：中药炮制;三维动画;VR技术

1.中药炮制演示三维动画制作的重要意义

1.1中药炮制学实验是中药炮制学教学过程中的重要环节

真实的炮制实验受季节、场地、时间、器材及样品的许多条件限制，而存在大量问题。 其次，实验项目覆盖率低，由于实验器材、样品消耗大，一些重要的实验不能开展，只停留在理论的介绍上或是观看录制的视频。 另外，由于设备老旧，一些实验项目的实验方法无法实现多样化，而现在很多的中药饮片生产过程都采用先进的机器进行生产。 这一定会导致中药炮制实验教学与企业的生产脱节，培养的人才很难满足企业的人才需求。

1.2VR技术在中药炮制演示三维动画制作中的重要作用

VR技术是指运用计算机虚拟现实技术建立一个高度逼真的虚拟环境，让参与者在虚拟环境中有身临其境的沉浸体验。针对中药炮制学实验教学的特点及目前中药炮制学实验存在的问题，以中药炮制学中润法为例，可采用VR技术设计实现一套真实感强、参与度高的虚拟实验系统 ，为中药炮制学实验提供一种新的富有乐趣的教学途径及思路。

2.基于现代三维动画的剧情设计

本系统设计以学徒为剧情，操作者登陆系统后，首先播放一个拜师学艺的引导三维动画，三维动画结束时，“师傅”传授一本“秘籍”――《中药润法实验指导》给徒弟，基本游戏规则介绍完后画面静止下来，有两个选择按钮。 点击“学习秘籍”，将进行润法各实验的理论学习。 点击“虚拟实验”，将出现一个虚拟的人物角色在场景中漫游。 选择一个“师傅”角色进行拜师，完成拜师后，“师傅”带领徒儿进行“练功”。 每个项目只有通过考核才能进入下一关项目的学习，完成了所有项目考核后就可以出师当师傅。

3.系统功能模块设计为真实的再现中药炮制中的润法各实验

系统设计分为场景设计、工具设计、音效设计、行为设计、任务设计和示范设计等六大功能模块。

场景设计主要是根据不同的润法如淋洗润、浸泡润、河砂润、露潮润、蒸润、烘烤软法等设计出相应的场景。

工具设计主要是针对不同的润法实验设计不同的实验工具，如喷头、容器、蒸笼屉等工具。 每个工具都设计出相应的交互效果，如开关、时间、润药参数设置等。

音效設计是虚拟实验中用到的各种声音效果。

行为设计是虚拟实验中重要的交互元素，如角色的移动行为及对角色的操作有效性的评判。

任务设计是操作者进入虚拟实验后的任务安排、当前进度及完成情况的跟踪与记录。

示范设计是各种润法实验设计的标准的实验过程，可以是三维动画演示也可以是教师的实验录相。 系统架构如

4.基于任务模型的流程设计

整个系统就是一个中药润法训练的大任务模型，在这个模型里主要包括药材类、润法类、结果检测类等公共类。 第一次进入虚拟实验系统，系统会随机分配一个任务卡，任务卡简单介绍药材情况、实验要求与目的，操作者进入相应的虚拟实验室，接下来每一个操作都会被系统记录与评判，并作为当前任务完成情况的检测依据。 实验之前，操作者都要进行实验的安全教育、实验仪器操作规范等考核，考核通过颁发虚拟证书，有了这个证书方能真正进入虚拟实验室，并进行场景、药材、工具等选择。

每一类实验对实验的器材、实验对象、实验辅料、操作流程及时间等都预先设置好对照参数，并设定一个误差范围，若实验操作者的某个或某些参数与对照参数相差不在合理的误差范围，则可判定本次的虚拟实验失败，操作者就拿不到下一个任务书，不能进行下一个实验的操作。 当操作者成功完成所有任务，表示其掌握了所有润法操作技能，即可“出师”。

拜师礼与练功

只有是初学者方可以拜师，在这个单元系统会展示各位师傅的特点及他的“独门技艺”，不同的师傅有不同的教学理念与方法，这些特点主要是通过一段为每个师傅录制的“试学视频”来展示，学徒通过观看视频了解各位师傅，并最终选定师傅，之后系统会抽出相应师傅的预先设置好的若干问题，由学徒做答，答对后即完成了“拜师礼”。在“练功”这个单元模块中，师傅会根据徒弟当前的进展情况来安排合适的实验任务，徒弟接到任务后，首先，是观看与任务相关的师傅制作的教学视频、三维动画、课件及相关文本材料，然后，进行当前技能的企业元素的学习，即通过观看真实的企业相关工作岗位的操作视频来进行学习，最后徒弟进入系统的虚拟操作环境，领取操作任务及说明，进行虚拟实验操作，根据徒弟的操作的准确性、速度及所有任务的完成情况，师傅对其进行等级的评定，分为三个等级，即 A 级学徒、B 级学徒、C 级学徒。

5. 结语

在中药炮制学润法虚拟实验系统设计中应用VR技术，基于现代三维动画的剧情设计，以中药润法为例，充分运用计算机多媒体技术、视景重现技术、编程技术设计实现了有良好交互性的虚拟实验环境，该环境具有高度的沉浸感，实验过程形象直观，提高了学生的学习兴趣，有较强的实用性。

参考文献：

[1]桂红兵，张继美，宁静.基于现代学徒制的中药润法虚拟实验系统设计[J].西南民族大学学报（自然科学版），2017，43（03）：283-290.

[2]中药饮片加工模拟系统中碰撞检测技术研究[J]. 桂红兵，张继美.江汉大学学报（自然科学版）. 2016（05）

基金项目：2020年山东省高等学校省级大学生创新创业训练计划项目： 基于vr技术的中药炮制创新性传承方式研究（项目编号： S202013324006）。

作者简介：

张彩妍，女， 2000年8月，山东威海人，本科，山东协和学院数字媒体技术专业学生，主要研究方向为： 数字媒体技术，动画艺术等。

刘冰慧，女，2001年1月，山东济宁人，本科，山东协和学院数字媒体技术专业学生，主要研究方向为：数字媒体技术，动画艺术等。

张桂霞，论文指导老师，山东济南人，女，硕士，数字媒体技术方向。