王友華,田振軍

(陜西師范大學(xué)體育學(xué)院,陜西西安710062)

數(shù)字化人體技術(shù)與體育專業(yè)理論課教學(xué)

王友華,田振軍

(陜西師范大學(xué)體育學(xué)院,陜西西安710062)

文章綜述了近年來數(shù)字化人體的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,其目的是把數(shù)字化人體運用到體育專業(yè)理論課教學(xué),從而促進教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量,以利于培養(yǎng)體育科研工作者更好地進行體育科學(xué)領(lǐng)域的研究。

數(shù)字化人體;三維圖形;體育理論課;教學(xué)效果

數(shù)字化虛擬人指的是把人體的結(jié)構(gòu)以數(shù)字的形式表達出來,然后利用計算機進一步研究人體的微觀結(jié)構(gòu)及生化特征[1]。利用信息技術(shù)實現(xiàn)人體從微觀到宏觀的精確模擬,將對醫(yī)學(xué)、生物學(xué)及其他人體相關(guān)學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生難以估量的影響。“數(shù)字化虛擬人”是可視人體項目、虛擬人體計劃、數(shù)字化人體這三個部分統(tǒng)稱,是通過先進的信息技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的方式,在計算機上模擬操作可視的模型,從而得到虛擬的人體解剖結(jié)構(gòu)、組織的物理學(xué)特性及人體生理生化等靜態(tài)和變化性信息。

虛擬人體的研究始于1989年美國發(fā)起的“可視化人體計劃”(visible human project,VHP),其采集人體橫斷面的CT、核磁和組織學(xué)數(shù)據(jù),利用計算機圖像重構(gòu)技術(shù)為建造虛擬人體做準備。該項目的整個數(shù)據(jù)集容量在200GB以上[2]。該數(shù)據(jù)集在人類醫(yī)學(xué)史上是空前的,它從根本上改變了醫(yī)學(xué)可視化的模式,為虛擬世界進入現(xiàn)實醫(yī)學(xué)敞開了大門。目前,美國、德國、日本等地的許多高校、醫(yī)院和科研機構(gòu)已在此數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上進行了大量臨床應(yīng)用研究,并在很多方面取得了顯著的成就[2]。

人體結(jié)構(gòu)的三維成像構(gòu)造或數(shù)字化人體的概念是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提出來的。利用三維或高維內(nèi)科成像將人體組織的事件儲存為一個三維數(shù)據(jù)庫,再利用計算機技術(shù)將人體或人體的組織構(gòu)建成三維的圖像。這樣就可以在數(shù)字化的人體中進行對真正人體或人體的組織的回顧性觀察和分析,而且這種操作通過現(xiàn)代的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以遠程進行。

1 數(shù)字化人體的研究內(nèi)容

虛擬人是科學(xué)家在電腦里合成的三維人體結(jié)構(gòu)。科學(xué)家首先要選取一具尸體,將尸體冷凍,用精密切削刀將尸體橫向切削成0.1mm左右的薄片,并利用數(shù)碼相機和掃描器對已切片的切面進行拍照,分析之后將數(shù)據(jù)輸入電腦。最后由電腦合成人體三維生理結(jié)構(gòu)。通過計算機技術(shù)在電腦屏幕上出現(xiàn)可視的能夠調(diào)控的虛擬人體形態(tài)。隨后科學(xué)家進一步將人體功能性信息加以數(shù)字化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X語言賦加到這個人體形態(tài)框架上,把數(shù)據(jù)機進行生物、物理和其他模型以及高級計算法整合,成一個研究環(huán)境。經(jīng)過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交叉融合,通過操作者的調(diào)控,使這個(虛擬人)模仿真人作出各種各樣反應(yīng)[3]。

數(shù)字化虛擬人[4]構(gòu)建一般分為4個步驟：①可視人(Visible Human),從幾何學(xué)角度定量描繪人體的解剖結(jié)構(gòu),屬于“解剖人”。②物理人(Physical Human),在“可視人”基礎(chǔ)上,考慮人體組織的力學(xué)特性和形變等物理特性。③生理人(Physiome Human),在“物理人”基礎(chǔ)上,包括生理特性的數(shù)字化人體稱為“生理人”。④虛擬人,研究人體微觀結(jié)構(gòu)及生化特性。虛擬人應(yīng)能最真實、最深入地從解剖、物理、生理、生化,從宏觀到微觀,從表象到本質(zhì)全面反映人體的交互數(shù)字化人體。數(shù)字化虛擬人體,是將人體結(jié)構(gòu)及功能數(shù)字化,通過計算機技術(shù),在電腦屏幕上出現(xiàn)可視的、仿真的模擬人體。但這4個階段不一定截然分開,各個階段的內(nèi)容,也可能交叉重疊。因此數(shù)字化虛擬人體的模型除了包含基本的幾何學(xué)角度定量描述的人體解剖結(jié)構(gòu)外,還應(yīng)考慮人體組織的力學(xué)特征和形變等物理特征,并進一步加入人體的功能。生理特性,以便能夠從虛擬模型中分別提取從基因、細胞、組織、器官直至人體的數(shù)據(jù),并在此基礎(chǔ)上建立人體的各種生理模型,如皮膚模型、肌肉模型、骨骼模型、心臟模型、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)模型等等。

2 數(shù)字化人體的研究進展及我國開展數(shù)字化人體的研究情況

2.1 國際數(shù)字化人體的研究進展

1989年美國國立醫(yī)學(xué)圖書館發(fā)起“可視人計劃”(Visible Human Project,VHP)。開始獲取一男一女兩組的光學(xué)照片數(shù)據(jù),以及CT和MRI斷層掃描圖像。男性共有1 878個橫斷面切片,女性切片數(shù)為5 190,片層間距分別是1.0mm和0.33mm。CT層間距1.0mm,片內(nèi)分辨率為512×512,12級灰度;M RI片層間距4.0mm,圖片分辨率為256×256,12級灰度。1995年推出的組織切片數(shù)字化的分辨率為2 048× 1 216,24級彩色,數(shù)據(jù)量男性為12GB,女性為30GB。2000年8月推出分辨率為4 096×2 700的數(shù)字化數(shù)據(jù)集,每一個切片的文件大小為32MB。VHP數(shù)據(jù)集已經(jīng)發(fā)放了1 500套許可證。在英國、意大利、新加坡和日本建立了VHP鏡像站點。1999年10月,美國橡樹嶺國家實驗室著手“虛擬人體計劃”(Virtual Hu-man)[5]。主要是采用已獲得的VHP數(shù)據(jù),編制虛擬軟件模型,模擬人體機能,目前為器官級。2001年美國科學(xué)家聯(lián)盟(FAS)提出數(shù)字化人體(Digital Human)項目,旨在建造最完整的數(shù)字人體信息庫?！皵?shù)字化人體”總框架中包含VHP數(shù)據(jù)集和輔助數(shù)據(jù)集(MRI、CT、PET、常規(guī)放射學(xué)和解剖學(xué))、虛擬人體的解剖層次、疾病和綜合征的臨床信息基礎(chǔ)、相關(guān)的醫(yī)學(xué)知識(胚胎學(xué)、大體解剖學(xué)、顯微和巨微解剖學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué))以及不斷擴展的工具和產(chǎn)品,也計劃將“數(shù)字化虛擬人體“計劃與”人類基因組計劃”的研究結(jié)果結(jié)合起來,保持美國在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、軍事等一系列領(lǐng)域未來50年領(lǐng)先。目前,德國、英國、法國等均已開始“數(shù)字化虛擬人體”研究。一些亞洲國家積極開展基于亞洲黃種人的可視人計劃。如韓國于2000年啟動了“可視虛擬韓國人”計劃(VKH),其目標是完整獲取CT、MRI斷層掃描及0.2mm精度的組織切片數(shù)據(jù)。該計劃準備用5年時間,完成4個人體的測試,目前已經(jīng)完成一個人體,其數(shù)據(jù)量為210GB。這是世界上第二個國家級的完整計劃,也是第一例東方人種特征的人體數(shù)據(jù)采集。日本于2002年啟動為期10年的人體測量國家數(shù)據(jù)庫建造計劃,收集從兒童到老人的各類人體數(shù)據(jù)。

2.2 我國數(shù)字化人體的研究狀況

隨著人類基因組計劃的順利實施,中國科學(xué)家開始啟動“數(shù)字化虛擬人體”研究。在2001年召開的香山科學(xué)會議上,專家集中研討了“中國數(shù)字化虛擬人體的科技問題”,并提出利用信息技術(shù)實現(xiàn)人體從微觀到宏觀的結(jié)構(gòu)和機能的數(shù)字化、可視化,最終達到人體的整體精確模擬[6]。數(shù)字化虛擬人體涉及到一系列基礎(chǔ)科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù),極具挑戰(zhàn)性,備受世界關(guān)注。目前我國在許多方面已有較多研究積累,另外,由于現(xiàn)代化醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、高性能計算機和高速網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),我國開展虛擬人體研究所必需的軟硬件條件已基本具備[6]。我國的多位計算機專家和醫(yī)學(xué)專家就我國“數(shù)字化虛擬人體計劃”提出了具體構(gòu)想和目標,在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上,首先獲得能反映東方人特征的各種標準數(shù)據(jù),完成我國人體特征的男女兩個數(shù)字人體數(shù)據(jù)庫,“制造”一個具有我國人體的骨骼、肌肉、器官和血管特征,并完全按照真人數(shù)據(jù)進行模擬的人體三維電腦模型。2002年我國將“數(shù)字化虛擬中國人”列入“863”計劃項目之一,切片厚度將精確到0.1mm[7],這雖然將極大提高圖像的精度,但也為后期數(shù)據(jù)儲存和處理帶來不可忽視的挑戰(zhàn)也提出了新的設(shè)計和組裝方案,確定了工藝路線?？梢灶A(yù)見,“數(shù)字化虛擬中國人”一經(jīng)問世,其技術(shù)水平必將達到國際先進水平。中國科學(xué)家登上數(shù)字化虛擬人體的科技舞臺的切入點是要努力解決國際上尚未解決的科學(xué)疑難問題,血管灌注是尚未解決的問題之一。鐘世鎮(zhèn)[8]院士創(chuàng)立的具有世界水平的管道鑄型研究中國學(xué)派的成就,成為發(fā)展中國數(shù)字化虛擬人體的契機和指導(dǎo)。在中國數(shù)字化虛擬人女性1號實驗數(shù)據(jù)集獲取的攻關(guān)中,在世界上首次完成血管全身灌注實驗。在血管灌注方面取得重大的突破。我國經(jīng)過一年多的努力,由中科院計算所、第一軍醫(yī)大學(xué)臨床解剖學(xué)研究所、首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院、華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院共同協(xié)作,首先完成了虛擬人體有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究任務(wù)。在標本切削加工、冰庫改建、血管顯示、數(shù)據(jù)采集等方面,在前人的研究基礎(chǔ)上有所提高和改進[9-13]。

3 數(shù)字化人體在運動人體科學(xué)專業(yè)理論課教學(xué)中的應(yīng)用

運動人體科學(xué)是一門以人體在運動中結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)變化為研究領(lǐng)域的科學(xué),其研究的目的在于充分認識運動對人體結(jié)構(gòu)、技能影響的規(guī)律,并用這些規(guī)律服務(wù)于運動實踐和大眾健身。數(shù)字化虛擬人體第一階段“解剖虛擬人”,可滿足體育專業(yè)院校教學(xué)的應(yīng)用,在體育專業(yè)院校教學(xué)中開設(shè)有運動生物化學(xué),運動人體解剖學(xué),運動生理學(xué),運動保健學(xué),如保健按摩手法、部位、針灸穴位,經(jīng)絡(luò)走向等均可通過虛擬解剖人動態(tài)展。這些基礎(chǔ)課是運動人體科學(xué)研究的基礎(chǔ),只有打下扎實的基礎(chǔ),才能順利地進行更深層次的研究。數(shù)字化“虛擬解剖人”在運動人體科學(xué)的專業(yè)課教學(xué)方面具有優(yōu)勢。本文僅從運動人體解剖學(xué)教學(xué)和體育保健學(xué)教學(xué)進行論述。

3.1 數(shù)字化人體在運動人體解剖教學(xué)中的應(yīng)用

運動人體解剖學(xué)是體育專業(yè)的主干課程之一,是其他專業(yè)課的基礎(chǔ)。所以提高運動人體解剖學(xué)的教學(xué)效果,對培養(yǎng)厚基礎(chǔ)[14],寬口徑,重能力,高素質(zhì)的專業(yè)人才起者相當(dāng)重要的作用,同時,運動解剖學(xué)又是醫(yī)學(xué)分支學(xué)科,涉及到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的諸多方面,學(xué)生學(xué)習(xí)起來較為抽象,采用數(shù)字化人體進行教學(xué),不但能克服傳統(tǒng)教學(xué)的不足。如粉筆、黑板、媒體等通過教師的板書和學(xué)生的筆記,可刺激大腦書寫記憶中樞,信息在大腦和筆記之間可長時間保留,但教學(xué)費時費力。掛圖媒體直觀性好,但與顯示結(jié)構(gòu)的真實性之間還存在著一定距離,且不能給學(xué)生一個空間三維結(jié)構(gòu)概念。模型教學(xué)空間結(jié)構(gòu)好,但與真實標本之間距離太大,模型只是理想化了的結(jié)構(gòu)特征。真實標本雖可禰補上述不足,但真實標本費用較高,它的維護較浪費人力物力,并且人體各器官、組織的超微結(jié)構(gòu)學(xué)生不能清晰的看到,更談不上各循環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)變化,有時真實標本的有限性,又給學(xué)生的課時安排和教師的課時量帶來負擔(dān)。

數(shù)字化虛擬人體要經(jīng)歷三個階段,既“虛擬解剖人”,“虛擬物理人”,“虛擬生理人”,目前進行的是基礎(chǔ)性工作,是第一階段建立“虛擬解剖人”的階段,是通過人體切片的三維重現(xiàn)得以實現(xiàn),日本Jikei[15]大學(xué)高維醫(yī)學(xué)成像研究所一直致力于醫(yī)學(xué)上虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用研究[16],最近研制了一套虛擬3D人體解剖圖系統(tǒng)。采用真實3D人體數(shù)據(jù)(包括4D心臟動態(tài)圖像數(shù)據(jù))建立虛擬3D人體環(huán)境。從這個完整的3D人體結(jié)構(gòu)中可以交互式提取器官的解剖信息,如器官的位置、3D形狀、體積等。這個系統(tǒng)有三個特征：用正常人體3D數(shù)據(jù)構(gòu)造了兩個虛擬3D人體模型(虛擬男人和虛擬女人);建立一個4D動態(tài)心臟以便于觀察心臟的跳動狀態(tài);加上了與器官解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的顏色和紋理信息以便于逼真地顯示解剖結(jié)構(gòu)。使用者可以深入地理解器官的3D形狀和相關(guān)位置,快速的得到某個部位的解剖信息和在人體中的位置。只要在虛擬3D人體中指定一個位置,就可以快速地選擇2D切面圖像,并且視點可以自由改變。

美國的VHP技術(shù)具有多方面的功能,清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所是國內(nèi)第一家購買全套VHP數(shù)據(jù)集的單位。利用該數(shù)據(jù)集[17],醫(yī)學(xué)信息研究室進行了虛擬人體解剖學(xué)教學(xué)系統(tǒng)的研究工作。它的目標之一是應(yīng)用VHP中的CT數(shù)據(jù)生成全身骨骼模型,制作本地和遠程的數(shù)字化人體骨骼系統(tǒng)教學(xué)軟件。該項目分為如下幾個部分：①二維骨骼數(shù)據(jù)的分割;②用V TK對預(yù)處理后的二值數(shù)據(jù)進行三維重建及系列處理,改善三維數(shù)據(jù)模型的效果,使其符合后續(xù)系統(tǒng)的要求;③利用V TK輸出三維數(shù)據(jù),在OpenGL和VRML中分別完成本地和遠程的解剖學(xué)教學(xué)功能。數(shù)字化虛擬人體在人體解剖教學(xué)中還可進行個性化服務(wù)[18],如德克薩斯技術(shù)大學(xué)開發(fā)的基于PC的解剖學(xué)教學(xué)工具,可以更具學(xué)生的需要而產(chǎn)生VO I(volume of interest)級學(xué)生感興趣區(qū)。學(xué)生可以儲存自己感興趣的結(jié)構(gòu)或部位的名稱,解剖系統(tǒng),身體部位或者結(jié)構(gòu)可見度存儲并進行添加或者移除。除了典型的交互式操作比如旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等用戶還可以通過三維標簽,突出顯示,從任意角度切入觀看解剖結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。這樣為學(xué)生提供了個性化交互的學(xué)習(xí)工具。數(shù)字化人體教學(xué)不但能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,使學(xué)生頭腦中建立清晰的三維人體結(jié)構(gòu),而且可動態(tài)地觀察各組織器官系統(tǒng)的超微結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化。讓學(xué)生更完整、全面地掌握中樞神經(jīng)系統(tǒng)解剖方面的知識。中樞神經(jīng)系統(tǒng)解剖學(xué)中教學(xué)難度最大,學(xué)生較難理解的部分,采用層層解剖的表現(xiàn)手法,以便清晰的看到重要結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系;采用實際標本和數(shù)字化虛擬三維人體模型相結(jié)合,使結(jié)構(gòu)關(guān)系更加明確,便于學(xué)生理解;腦神經(jīng)核采用三維立體動畫和模型實物標本半透明映射法,生動展現(xiàn)了腦干表面及其內(nèi)部核團的關(guān)系;傳導(dǎo)通路則采用閃光流動的動畫顯示。肝小葉的位置不易掌握,利用數(shù)字化人體可以使肝小葉的位置和結(jié)構(gòu)清晰可見。利用數(shù)字化虛擬人體進行人體解剖學(xué)教學(xué)生動直觀,即拓寬了學(xué)生的知識面,又開闊了學(xué)生的視野,將可能使學(xué)生對此門功課打下扎實的基礎(chǔ),從而有利于以后更好地進行運動人體科學(xué)研究。

3.2 數(shù)字化人體在體育保健學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

體育保健學(xué)作為運動人體科學(xué)專業(yè)的主干課程之一,教學(xué)中,針灸和推拿按摩是此門學(xué)科的重中之重,中醫(yī)針灸和推拿醫(yī)術(shù)是獲得全球眾多醫(yī)生的認同和證明應(yīng)用性較強的學(xué)科,有著悠久的歷史,其獨特的針灸理論和實踐卻是一個龐大且復(fù)雜的課題。中醫(yī)針灸和推拿按摩對減輕運動疲勞,治療運動損傷,提高運動能力有重要作用?；谥嗅t(yī)針灸對運動能力的巨大影響,給體育保健的教學(xué)提出了挑戰(zhàn)。在人體上觀察穴位的具體位置比較抽象,由老師的口述只能確定穴位的大概范圍,而不能觀察到穴位的三維立體結(jié)構(gòu)。針灸穴位的準確定位以及進針的角度、深度、方向會直接影響著針刺的功能和療效,所以針刺者要熟悉進針的解剖層次結(jié)構(gòu)。并且中醫(yī)針灸的行針都很有講究,同學(xué)們不能建立穴位的三維立體位置,因此掌握起來比較困難。有時學(xué)生練習(xí)針灸,在老師指導(dǎo)下直接在人體上進行練習(xí),這樣難免存在一定的風(fēng)險,數(shù)字化人體可很好地解決這些問題,在“虛擬人體[19]”上,人們可以精確地進行穴位定位,可以探索穴位的層次結(jié)構(gòu)、斷面結(jié)構(gòu)、CT斷面結(jié)構(gòu),以及探索穴位大體空間形態(tài)學(xué)方面的特征,也可以與針灸子午流注、靈龜八法、飛騰八法選穴等內(nèi)容相結(jié)合。三維重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)庫和三維重構(gòu)軟件及相配套系統(tǒng)[20],可以在計算機屏幕下對人體部分組織沿任何方向進行組織切片,并可獲得彩色圖像。最終能通過三維虛擬環(huán)境,學(xué)生可以任意定位、轉(zhuǎn)動和觀察虛擬人體穴位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從而達到提高學(xué)生對人體各穴位結(jié)構(gòu)加深了解的目的。其次在傳統(tǒng)教學(xué)實踐上,針灸學(xué)習(xí)者必需通過在真人身上訓(xùn)練其針灸技能,而這樣的實體訓(xùn)練極具風(fēng)險,并可能危機人體。最近,香港中文大學(xué)“學(xué)習(xí)與訓(xùn)練中國針灸技術(shù)的智能虛擬現(xiàn)實環(huán)境”項目[21]正式啟動。學(xué)生將在一個三維交互式虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)和練習(xí)針灸。該環(huán)境提供一個具有彈力的接口,讓學(xué)生真實感應(yīng)到針尖插入時的反彈力。他們不但能親眼目睹而且能夠觸摸到他們的“病人”。與此同時,高性能的計算器會靈活處理大量的信息,并將之可視化,繼而把人體經(jīng)絡(luò)上的針灸點明亮地顯示出來,引導(dǎo)學(xué)生測試其針灸技術(shù)。另外,此研究將會設(shè)計和開發(fā)一個專家系統(tǒng),訓(xùn)練學(xué)生利用針灸來治療和處理各類疾病。智能虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供一個低風(fēng)險、高效能而又趣味濃的學(xué)習(xí)環(huán)境。所以,對人體全身穴位進行三維重建成為一項新興的課題,國內(nèi)已有學(xué)者運用計算機圖像數(shù)字處理技術(shù)重建人體針灸穴位應(yīng)用解剖立體結(jié)構(gòu),在計算機上顯示穴位的三維圖像和多方位的立體結(jié)構(gòu),指導(dǎo)科研工作者正確掌握針灸方法。同時制作出“中國針灸穴位人[22]”。推拿按摩[23]是我國古代醫(yī)著中已包含著一些樸素的康復(fù)醫(yī)學(xué)思想和獨特的康復(fù)醫(yī)療方法中的一種。推拿的特點是以中醫(yī)理論為基礎(chǔ),結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、保健等學(xué)科,憑醫(yī)者熟練的手法技能作用于人體,具有較高的保險系數(shù)和安全系數(shù),對疾病有相當(dāng)廣泛的適應(yīng)性。不同的按摩手法有不同的作用,如重叩、重揉捏起興奮作用,而輕按摩、輕揉捏起抑制作用。中醫(yī)推拿手法是推拿治病的決定因素。以往,推拿手法的選擇幾乎完全取決于老師的個人經(jīng)驗和習(xí)慣,缺少客觀的科學(xué)分析和比較。由于沒有直接可視化的觀察和研究手段,很難對某種手法的優(yōu)劣做出客觀的評價。李義凱等[24]利用生物力學(xué)和計算機三維重建技術(shù)相結(jié)合,顯示不同的頸椎旋轉(zhuǎn)扳法和牽引對頸椎間盤髓核內(nèi)壓力明顯不同,并進一步結(jié)合其對正常和患者脊椎關(guān)節(jié)的影響,有可能闡明旋轉(zhuǎn)手法作用機制,進而提高脊柱推拿手法的準確性和安全性,并為研究推拿手法開辟一條新途徑。將這些功能附加到數(shù)字化虛擬人體上,可以從三維立體的人體肌肉和骨骼觀察推拿按摩手法對肌體的影響,將有助于更好地掌握推拿按摩的手法和探索推拿按摩對肌體的內(nèi)在作用機制。

因此用數(shù)字化虛擬人體進行體育保健學(xué)中醫(yī)針灸和推拿按摩方面的教學(xué),可以克服以前教學(xué)中存在的不足,對提高教學(xué)效果將起到事半功倍的作用。使同學(xué)們在此方面打下扎實的中醫(yī)針灸和推拿按摩的基礎(chǔ),從而能更好地促進運動人體科學(xué)在體育保健學(xué)方面的研究。

4 小 結(jié)

數(shù)字化虛擬人體作為人類進行科學(xué)研究的工具,必將架起從教學(xué)通往科研的橋梁。同時其在運動人體科學(xué)專業(yè)理論課教學(xué)方面將大有用武之地。數(shù)字化人體[25]構(gòu)件的多種虛擬人體模型在醫(yī)學(xué)教育,臨床和科研中得到廣泛的應(yīng)用,以非線性為特征的醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)(包括分割、配準、融合和重構(gòu)等),給予新一代的intenet和衛(wèi)星傳輸?shù)尼t(yī)學(xué)遠程教育和遠程醫(yī)療,各種新型的圖案三位瀏覽軟件平臺,醫(yī)學(xué)多媒體技術(shù)等都獲得巨大的發(fā)展空間。數(shù)字化人體應(yīng)用于教學(xué)增強了教學(xué)的可視性、直觀性和新穎性,可展示人體的骨骼和肌肉,心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)的運作過程均可動態(tài)展示。保健按摩手法,部位,針灸穴位,經(jīng)絡(luò)走向,均可從不同角度、三維立體空間進行觀察宏觀到微觀的不同斷層的結(jié)構(gòu)。利用數(shù)字化人體進行教學(xué)可增加現(xiàn)場感,給學(xué)生以實踐機會,從而促進學(xué)生能力的培養(yǎng)。數(shù)字化人體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合從根本上改變了教學(xué)信息的傳授方式、對教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)觀念和形式的改革產(chǎn)生了巨大的影響。既發(fā)揮了老師的主導(dǎo)作用,又體現(xiàn)了學(xué)生的認知主體作用。教學(xué)生動,圖文并茂,花費較少學(xué)時,獲得較多信息量。同時學(xué)生自己能進行交互式操作、學(xué)習(xí),調(diào)動了學(xué)習(xí)的積極性,還有利于激發(fā)學(xué)生的空間思維和想象力,培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的“復(fù)合型”人才。

數(shù)字化人體和目前的生理人體相比較具有明顯的優(yōu)點,通過數(shù)字化虛擬人體,人體的每一部分和每一事件都可以通過數(shù)據(jù)庫得以重建,可以通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將3D數(shù)據(jù)傳遞到一個偏遠的地方對人體進行虛擬解剖。數(shù)字化三維人體數(shù)據(jù)為醫(yī)學(xué)研究、教學(xué)與臨床提供了形象而真實的模型等,為疾病診斷、新藥和新的醫(yī)療手段的開發(fā)及人類活動的多層次應(yīng)用提供參考。另一方面,目前,人體的三維數(shù)據(jù)庫還不完善,人體的同一部分利用不同的工具和方法測量所得到的數(shù)據(jù)也不盡相同,所以還需要找到一個標準的方法來使之平衡;再者,目前的設(shè)備還不能完全實現(xiàn)這一數(shù)字化人體的構(gòu)建,只能完成某些組織的三維成像構(gòu)建。利用計算機圖像技術(shù)與臨床解剖學(xué)相結(jié)合,實現(xiàn)人體從微觀到宏觀的結(jié)構(gòu)和機能的數(shù)字化、可視化,完整地描述基因、蛋白質(zhì)、細胞、組織以至器官的形態(tài)與功能,最終達到人體信息的整體精確模擬。這些研究還需要一個長期的過程。相信隨著數(shù)字化人體技術(shù)的不斷完善,其在體育專業(yè)理論課教學(xué)中將大有用武之地。

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Digital Technology of Human Body and Theory Course Teaching of Sports Professional

WANG You-hua,TIAN Zhen-jun

(Department of PE Shanxi Normal University Xi’an,710062 China)

This article summarizes the current research situation and development trends of the digital human in recent years.Its purposes are to apply digital human to the professional theory lesson teaching of science of the sport physical,thus promote the teaching result and teaching quality,make the students make the well-kint theoretical foundation.In order to benefit scientific researcher of sports physical do better in their afterwards work.

digital human body;three-dimensional figure;sports professional theory course;teaching result

G804

A

1004-3624(2010)05-0096-04

陜西師范大學(xué)“211工程”重點建設(shè)學(xué)科——運動生物學(xué)重點學(xué)科建設(shè)項目資助

2010-04-19

王友華(1980-),男,河南周口人,博士,主要研究運動人體科學(xué).