王 青劉旭初尹瑞英萬倩茹曾凡宇

（1 北京中醫(yī)藥大學，北京 100102；2 河南中醫(yī)藥大學，河南 鄭州 450000）

早在2013年，一只類似3D全息投影式呈現(xiàn)的可愛的北極熊風靡全網(wǎng)，以其趣味性、互動性強而深受人們喜愛，實際上這款名為奇幻咔咔的娛樂軟件是依托了炫酷的增強現(xiàn)實技術。同年6月，一家專注于增強現(xiàn)實產(chǎn)品開發(fā)的Daqrl團隊依托虛擬現(xiàn)實技術，開發(fā)了一款解剖教學應用軟件，使用者可以以一種新的方式觀察人體復雜的結構，學習解剖學。我們不由得感嘆科技改變生活，從娛樂到醫(yī)學教育，增強現(xiàn)實技術應用越來越廣，在某種程度上我們可以說是打開了一個接受知識新世界的大門。

1 增強現(xiàn)實技術概述

我們熟知的虛擬現(xiàn)實技術 (Virtual reality，VR)，是通過利用計算機核心技術生成逼真的視、聽、觸等一體化的虛擬環(huán)境，用戶在使用時借助必要的設備，以自然的方式和虛擬環(huán)境中的物體進行互動，從而使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺和體驗[1]。而增強現(xiàn)實技術（Augmented reality，AR）是在虛擬現(xiàn)實技術的基礎上發(fā)展而來的，這個概念源于P.Milgram和F.Kishino的文章，簡單來說，增強現(xiàn)實是一種既包括虛擬世界又有真實世界要素參與的環(huán)境，它將計算機生成的虛擬圖像信息應用到真實世界，真實的環(huán)境和虛擬的物體同時疊加到一個畫面或空間，從而增加用戶對現(xiàn)實世界的感知[2]。

就增強現(xiàn)實技術的研究現(xiàn)狀來說，國外的高校與科研機構一般將重點放在增強現(xiàn)實技術的核心部分的研究上，如算法、軟硬件基礎平臺、人機交互方式，在這其中比較著名的有業(yè)內最早的基于矩形識別標識進行三維空間注冊的增強現(xiàn)實引擎——美國的ARToolkit開源項目，瑞士的三維注冊算法以及新加坡的人機交互技術研究等，與此同時，有很多技術公司把成熟的核心技術與特定行業(yè)需求相結合以進行產(chǎn)品開發(fā)[3]?，F(xiàn)在，美國一些高校、企業(yè)及軍方的研究機構(如海軍研究室等)均投入巨大的財力物力，目標是將增強現(xiàn)實技術更好地運用到現(xiàn)代工業(yè)中，創(chuàng)造更大的工業(yè)價值，另外德國、加拿大、奧地利等國的一些研究機構已實現(xiàn)了各自的增強現(xiàn)實技術實驗原型系統(tǒng)[4]。相對于國外，國內對增強現(xiàn)實技術的研究起步較晚，研究機構大多以高校為主，北京理工大學、華中科技大學、國防科技大學等在增強現(xiàn)實技術的關鍵技術及工程應用等方面取得了一些成果，這些研究使增強現(xiàn)實技術的關鍵技術得到了進一步發(fā)展，并越來越多地開始在文化、教育、軍事、建筑、醫(yī)療、設計、工程、影視、娛樂等領域進行應用。從調查數(shù)據(jù)可以了解到，目前我國有超過2000個與增強現(xiàn)實技術有關的創(chuàng)業(yè)公司和團隊，開發(fā)者數(shù)量在2015年超過了12萬人，上升了350%，聯(lián)想、360等公司也開始涉足該領域[5]。

2 增強現(xiàn)實技術對中醫(yī)藥教育發(fā)展的意義

隨著“互聯(lián)網(wǎng)”行動計劃的推進及大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術的應用，現(xiàn)代信息技術對完善中醫(yī)學校教育信息化基礎設施建設，促進教育發(fā)展成果共享，推動中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新的革命性影響日趨明顯。而且國務院日前印發(fā)的《“十三五”國家信息化規(guī)劃》中也明確提出，要實施在線教育普惠行動，到2020年，基本建成數(shù)字教育資源公共服務體系。增強現(xiàn)實技術依托互聯(lián)網(wǎng)平臺，應時順勢而生，它能突破“時、空”限制，借助信息技術與靈活的移動終端，能夠在最大限度整合信息資源的基礎上為學習者提供更好的體驗與學習效果。

中醫(yī)藥博大精深，幾千年的歷史文化積淀下形成了各家流派，且多以口口相傳和古籍摘錄的方式傳承下來，一方面這是中醫(yī)的特色，另一方面也正是因其受眾的局限性在某些程度上阻礙了它的廣泛傳播[6]。目前，我國中醫(yī)藥傳統(tǒng)的院校教育還是以教師講，學生被動接受為主，雖然也有過諸如“翻轉課堂”、PBL教學、情景模擬之類的新形式的開展，但是由于這些模式會受到各種因素的制約，故在實際教學的實施過程中還是只占據(jù)了小部分[7]。曾有大量實驗表明：依托增強現(xiàn)實技術將虛擬世界與現(xiàn)實場景巧妙結合，能給使用者帶來更易接受的學習體驗和更強的視覺沖擊力，對于學生和老師而言，這比單純的現(xiàn)實課堂教學或完全虛擬的場景演示更能讓人印象深刻[2]。中醫(yī)學專業(yè)不僅要求學生掌握扎實的理論基礎，而且要求他們具有嫻熟的實驗及操作技能。就以基礎課程中藥學為例，由于“醫(yī)藥分家”這一尷尬局面的存在，現(xiàn)在好多同學學過之后只是知藥而不認藥、懂藥，有些甚至連用藥部位都分不清楚，更談不上很深刻地理解每一味藥材，那么又如何指望他們將來在臨床上的靈活運用呢？如果能夠在第一遍學習的時候就加入增強現(xiàn)實技術中藥飲片的展示，化抽象為具體，那么這樣直觀性、趣味互動性強的展示方式可以刺激學生聯(lián)想記憶，拓展學習空間，延伸學習時間[8]。

同時，由于學科的特殊性，擔任中醫(yī)學基礎課程的教師大多任務繁重，往往集科研、教學與臨床于一身，而且隨著近年來中醫(yī)高等院校的擴招，大班教學，這就無形中給授課教師加大了壓力。在醫(yī)學教育中，實驗實訓課程往往占據(jù)重要分量，但是目前的現(xiàn)狀是實驗室資源不充足，投入成本高、消耗大，帶教老師人手不夠，再加上某些醫(yī)學實驗存在危害性大，倫理制約的實際問題。所以，對于高校來說，急需一個能夠降低實驗成本、減少人力、提高實驗成功率、帶動學生興趣的優(yōu)化方案[9]。倘若能夠借助現(xiàn)代化信息技術手段，輔以增強現(xiàn)實技術，形成生動直觀的動畫、視頻資源，再現(xiàn)醫(yī)學課程中那些不易說明或難以展示的內容，而且恰好能解決上述問題，并能給學生營造一種近乎真實的沉浸式的體驗感，定會起到事半功倍的效果。

3 增強現(xiàn)實技術在中醫(yī)學教育中的研究

李潛等[2]提出在中醫(yī)藥院校課程中，一些實訓課程使用了很多模擬人體的設備進行實踐教學，雖然成果顯著，但是增強現(xiàn)實技術與之相比更具優(yōu)勢，例如中醫(yī)學、針灸學教育、護理學教育、中醫(yī)美容方向等，需要大量的操作實踐的科目可以應用增強現(xiàn)實技術，此外，臨床操作實訓、物理化學實驗、遠程醫(yī)學教學、遠程醫(yī)療實踐、開發(fā)遠程醫(yī)療援助應用等等，都可以運用增強現(xiàn)實技術。南京中醫(yī)藥大學在野外采藥和中藥鑒定的實踐教學中應用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術，對中藥資源分布的野外生境、藥用植物的形態(tài)和特殊繁殖器官以及珍貴藥材進行三維建模，使學生在虛擬環(huán)境中就可以體驗到真實的采藥過程[9]。在人體解剖方面，演示人體骨骼結構時，通過攝像頭捕捉教師或學習者身體上的標記，在顯示屏中除了顯示真實的人體之外，還顯示與之對應的骨骼，隨著身體的運動屏幕中的骨骼也隨之運動[10]。Curiscope發(fā)布了一款融合了虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術的應用，用戶穿上一件特制的T恤，結合智能手機或者平板電腦就可以讓用戶一窺人體內部器官，而戴上三星Gear VR，眼睛焦點注視一個特定的器官，通過頭部動作還可以隨著血流方向進入到這個特定的器官，以細胞的角度去了解人體器官，并配有旁白聲音解說相關的知識點，讓用戶在不一樣的體驗中學習[11]。滕瑋等[12]提出了建立在增強現(xiàn)實技術和針灸專家系統(tǒng)基礎上的智能針灸系統(tǒng)，本系統(tǒng)應用雙目立體視覺原理，通過表面三維信息重建，可獲得具有表面三維信息的真實人體的圖像，與已經(jīng)繪制好的具有穴位的標準虛擬人體立體圖像相疊加，獲得對應人體各部位的穴位及其相關資料，通過自動控制機械手找到由專家系統(tǒng)確定的需要治療的腧穴，用激光對人體進行穴位激光投照，進行針灸治療。滕瑋等[13]研究了仿射變換在增強現(xiàn)實智能針灸系統(tǒng)中的應用，提出，傳統(tǒng)增強現(xiàn)實技術中的虛實注冊依賴于相機定標，存在不精確性和延遲性等局限，而仿射變換理論，通過將真實場景、相機和虛擬物體定義在同一坐標系下，簡化虛實注冊的復雜度。可以發(fā)現(xiàn)上述滕瑋等人的智能針灸治療系統(tǒng)不僅僅能用在臨床針灸治療上，還可以在針灸實驗教學中應用此技術。

4 問題與措施

盡管增強現(xiàn)實技術有著良好的發(fā)展前景，但目前仍存在著一些問題。

（1）中醫(yī)基礎知識內容多，整理任務繁重。中醫(yī)基礎知識如中藥、中醫(yī)診斷、炮制、經(jīng)絡腧穴等門類繁雜，專業(yè)性較強，若要進行增強現(xiàn)實技術立體建模則需要部分中醫(yī)專業(yè)教育者或者中醫(yī)文化研究者參與其中。

（2）增強現(xiàn)實技術應用軟件開發(fā)處于起步階段，技術開發(fā)成熟度和社會滿意度尚不理想。雖然目前增強現(xiàn)實技術發(fā)展迅速，但眾多大中小企業(yè)在技術開發(fā)方面仍存在難度，比如增強現(xiàn)實技術的人機交互問題，較人與智能手機可使用“圖形界面和觸控”交互方式，增強現(xiàn)實技術設備與人的最優(yōu)交互方式仍在探尋，另外增強現(xiàn)實技術產(chǎn)品應用推廣方面對公眾缺乏吸引力，市場占有力不足[14]。盡管國家支持推動中醫(yī)藥信息化發(fā)展，但人力、物力、財力、技術、宣傳等方面的投入還是面臨一定困難。或許只有在增強現(xiàn)實技術軟件應用開發(fā)發(fā)展到一定階段，攻克各種技術問題，其在中醫(yī)學教學上才會發(fā)揮更大優(yōu)勢。

（3）增強現(xiàn)實技術所依附的智能終端和處理器計算需具備一定條件。新鮮事物不斷出現(xiàn)及知識的更新?lián)Q代要求增強現(xiàn)實技術運行需要強大的數(shù)據(jù)庫支持。面對現(xiàn)實中物體移動和復雜的環(huán)境，增強現(xiàn)實技術所依賴的載體需要有精準的識別和速度。而目前智能終端所承載的數(shù)據(jù)庫和處理器運算量難以滿足增強現(xiàn)實技術應用的發(fā)展[15]。這無疑給未來增強現(xiàn)實技術的應用和發(fā)展提出了更高的要求。

5 總結與展望

隨著信息技術的發(fā)展，增強現(xiàn)實技術的應用充滿了機遇和挑戰(zhàn)。若未來將增強現(xiàn)實技術應用在中醫(yī)基礎課程教育方面，一則更能激發(fā)學生們的學習熱情，提高學習效率及教學質量；二則對中醫(yī)藥發(fā)展來說，是中醫(yī)藥走向大眾一個重要的促進方式，對中醫(yī)藥的繼承和發(fā)展將會有著促進作用。