基于Autodesk,Maya的人体神经传导通路三维动画教学模型的设计与应用

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摘 要：在现有的教学知识中，许多医学专业的相关知识仍然保持着文字描述的状态。本文主要使用软件Autodesk Maya2018、Adobe After Effects等软件，结合现有的二维脑分割技术，通过虚拟三维场景重建神经传导的动态效果。通过三维动画教学视频，可以直接展现各器官的相对位置、外部结构和神经冲动传导过程，避免了读字带来的抽象感受和对知识的理解困难，能充分调动自主学习的兴趣，在教学工作中具有深远的意义和广阔的应用前景。

关键词：Maya技术;三维医学动画;神经传导通路

神经系统是系统解剖中最困难的部分，其中神经传导通路紧密连接着中枢神经和周围神经，良好的神经传导通路有助于学生更好地了解神经系统疾病的相关症状，判断病变部位。然而涉及神经传导通路的结构众多，结构之间的联系也很复杂，各神经传导通路中上、下纤维束的交叉部位不同，学生经常被皮层下中枢的不同位置和大脑皮层的不同功能位置所迷惑，如深层和浅层感觉传导通路，躯干和肢体感觉传导通路和头面部感觉传导通路等。为此，开发了一种应用于医学专业教学的有针对性的神经传导通路3D动画模型。通过神经传导通路三维动画模型的动态演示，充分调动了自主学习的兴趣，有助于理解和掌握相关的知识点。

1 制作三维动画的程序

本文主要使用软件Autodesk Maya2018、Adobe After Effects和其他软件制作和处理视频。使用Maya创建各种模型、调整组件大小、记录位置、设置动画路径和变换相机。动画设计完成后，整个过程以Targa文件格式呈现为序列帧，最终将它们渲染为视频，并用AE进行后期处理，如加载字幕，过渡、背景音乐等，最终的3D视频动画可以充分展示神经通路传导的整个过程，通过三维视频，生动地向学生展示了参与传导过程和传导途径的神经元的相关知识。

2 神经传导通路相关的三维动画制作

2.1 痛觉通路相关结构模型

对于人体内的许多神经传导通路，我们以疼痛传导通路为例，主要用参考图勾勒出Maya中的初始轮廓，然后通过相应的拉伸或挤压构建模型的空白，然后根据生理学的相关知识对细节进行修改。例如对于上肢3D模型多边形建模方法主要用于制作上肢的三维模型。首先，创建一个Cube并将其分成几个部分。上肢的基本形状是根据人体上肢的形状进行拉伸和挤压制成的，对于手指、手掌心的生命线和手背突出的血管等细节部分，我们将使用多边形分割工具来多次分割来添加细节。当模型构建后，展开模型的UV，为画贴图做的基本准备，绘制贴图需先在PS打开UV分布图，根据参考图和需要建立多个图层，并给予适当的混合方式，为使模型的外观更加逼真、有质感，我们需在PS中将纹理的部分（比如手纹），高光部分分别建立一個层从而进行灰度的处理，最后我们给模型赋予材质和灯光渲染，得到最终效果。

2.2 痛觉传导通路动画设计

模型建立后，动画路径的设计是每个独立模型生成整个动画不可或缺的。因为动画需要介绍每个部分，视频角度也需要改变，所以动画分为九个文件，从每个组件的每个弯曲处的横截面中心点获得的坐标数据，在Maya中，根据模型一步一步确定坐标然后划定样条线，将坐标输入样条线各点并施加动画约束，确保神经冲动沿神经分布移动。

2.3 输出渲染与动画制作

动画设计完成后，整个过程以Targa文件格式呈现为序列帧。使用AE导入序列帧后，检查图片的排列是否有任何错误，无误后将其渲染为视频，从而确保最终动画视频的清晰度，根据基础医学知识与视频脚本用AE加载字幕、转场、背景音乐等后期处理，最终输出MP4格式，例如，痛觉神经冲动传导动画制作过程，包括多边形建模模型光滑处理、添加纹理和表面材质、上色、透明化体现内部结构，渲染输出和合成动画（如下图所示）。

神经传导通路模型动画

3 总结与体会

神经传导通路在医学专业中即是难点又是重点。神经传导通路的三维动画模型可以直接应用于医学知识科学和专业知识教育的普及，它可以直接显示相对位置，各器官的外部结构和神经传导过程，避免了单纯文字性描述带来的抽象感觉和对知识的理解困难。通过神经传导通路三维动画模型的动态演示，充分调动了自主学习的兴趣，有助于理解和掌握相关的知识点。

参考文献：

[1]刘芳，蔺海燕，潘昌霖，许家军，杨向群.角色扮演在“神经传导通路”教学中的应用[J].中国高等医学教育，2017（08）：58-59.

[2]金晓芳，卢秋群，吴怡，等.浅谈三维耳蜗医学动画制作及应用[J].计算机时代，2014（10）：38-40.

[3]江媛.在MAYA环境中实现“人头部建模”的制作方法[J].电子制作，2014（01）：78.

[4]陈沛，郜鑫磊，汪铭.生理学三维动画的制作技巧及体会[J].中国医学教育技术，2016，30：142（02）：42-44.