第一章绪论
1.1选题背景
1.1.1计算机动画的发展
另外，科技的日新月异，使得科学技术已经渗透到人们生活的方方面面，随着动漫产业的发展，动画已经与教育、工业、军事等各个领域交叉融合，医学也不例外，计算机动画的出现打破了传统的图形设计的桎梏，为艺术设计带来了勃勃生机，尤其是随着近年来计算机仿真和演示技术的发展，使计算机动画被广泛应用于生物学、心理学、医学、人工智能等各个领域，计算机动画正在以其强大的优势影响和改变着现代社会的传播方式，凸显了计算机强大的模拟和交互功能、计算机动画在特效展示与虚拟仿真方面有着得天独厚的优势，不仅为影视艺术增加了无穷的魅力，迎合了人们多方面的欣赏需求，而且为纷繁复杂的自然科学、生命科学的诠释创造了新的传播媒介。在几十年前，人们恐怕无法想象计算机动画在表现医学原理方面有着如此强大的优势，医学与计算机动画的结合不仅是艺术与科学的一次伟大碰撞，更是人类更好地认识自己的强大武器和硬件水平的不断发展及人们对艺术追求的不断提高，尤其是二十世纪八十年代以来，随着人机工程学，认知心理学以及人工智能等相关学科的发展，人机交互已经成为计算机领域乃至艺术领域一个非常活跃的研究方向。
近几年来，随着全新设计理念的传播，交互设计的研究和意义日益凸显，它不仅在理念上把工业设计、平面设计、信息设计等等以数字技术为平台的设计主张融为一体，更加从设计的本质上开启了设计创造的新思维，把动态的交互行为作为设计目标，把创新人机交互过程作为着力点，把提升交互体验的满意度作为评价交互设计优劣的标准。
尽管我们现在可以从欧洲、美国等学术成果中借鉴很多体系性的知识和理论，但是这并不等于交互设计的学科框架已经成熟，它还在不断的演变和完善中。所以，中国的交互设计必须摆脱那种对传统的接受推广和复制的模式，要走出自己全新的发展模式。
交互设计作为重要的创新思维工具，为我们的建筑、交通工具、工业产品、家具、服装、广告、动漫等所有需要与设计创新驱动及发展的产业注入了新鲜的活力，渗透到了我们生活中的方方面面。在实践上，人机交互强调计算机对人类的反馈作用。在医学动画中加入交互设计不仅是符合社会发展的一般趋势，也是对传统医学动画设计方式的一次重大变革。
1.2研究意义
1.2.1动画对医学研究、日常教学和基础知识普及的重要性
医学是一门古老而严谨的科学，医学各分支学科中又普遍存在抽象性和微观性等特征，对其进一步沟通和了解存在着很大的困难，而计算机动画以其真实性、准确性、直观性等特点，能给人身临其境的感觉，正好解决了医学领域中对沟通和交流的困难?这也使医学动画的发展成为了历史的必然。
另外，传统的教学模式以文字、图片、教师对讲义文稿的讲解为主，穿插少量的见习或教学录像片、课堂教学以教师书写板书为主，配合幻灯片、投影、挂图、骨骼标本及视频资料等辅助教学手段，虽可取得直观的教学效果，但准备工作繁琐，易出差错。多媒体和网络技术的飞速发展，为获得和优化组合文字、图资源提供了便利的途径和快捷的手段，也为构建新的医学教学体系开辟了广阔的空间，使得传统的教学模式发生了质的变化。将计算机制作的二维或三维动画应用于展示人体内部各个系统之间的运转、某种疾病产生。发展及其病变的过程，某种药物或手术对人体内在机制的影响，可以帮助人们更好的了解人类本身，不仅对医学研究有重要价值，在我们的日常教学和基础知识普及方面也会产生重要的影响。
1.2.2交互对医学动画体验的重要性
HCI是未来的计算机科学?我们已经花费了至少50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编写计算机程序，下一个新领域自然就是让计算机服务并适应人类的需要，而不是强迫人类去适应计算机。
新媒体的发展带来了新的传播方式，也许我们自己都没有发觉，我们每天在和多少产品进行交互，当你打开电脑，点击网站上的互动广告；当你打开网页进行自主购物；当你沉迷与网络游戏塑造的虚拟世界时，你都在与它们发生互动、交互设计在无形中已经渗透到我们生活的方方面面并对人们的体验方式产生潜移默化的影响。
医学作为人类生活的一个重要方面，交互式的体验方式势必会成为医学动画的一个重要发展方向。传统的医学动画多是以对医学原理、医学实验、医学知识的客观展现为主要表达方式，这种展现方式相对于以往以图像和文字为主要传播媒介的表达方式有了突破性的进步，但随着计算机技术的进步人们不但可以观看医学动画还可以参与到医学动画的实际操作中来。这不但可以更大限度的调动人们的积极性，还可以激发人们的独立思考意识，对更好的把握和理解医学知识具有里程碑式的意义。
尤其随着近年来高校的全面扩招，医科院校日益面临着临床实习、见习基地短缺的局面，尤其是在见习教学过程中，学生直接接触病人的机会减少，如骨伤科病人一般以肢体疼痛和损伤就诊，在查体过程中常常会加重患者痛苦，引起患者恐惧?国外已经开始利用虚拟现实(virtual reality,VR)技术建立骨科疾患诊疗教学系统，根据教学需要，预先设计骨折脱位等病人情况，由学生在虚拟环境下训练骨科专科查体技巧和手术操作后为切入口，研究医学动画在国内外的发展和现状。
医学动画的特点和类型，分析出在现有医学动画设计中存在的问题，从而提出在医学动画设计中加入交互设计的必要性。然后本文从交互设计的一系列原理来探讨交互设计在医学动画中的应用，确定医学动画中交互设计的原则和层次，构建了交互式医学动画设计的框架，并探讨了色彩、文本、造型、声音等设计元素在医学动画交互设计中的运用及其设计原则，为交互式医学动画的具体设计提供理论上的支撑。最后，通过实例分析并将医学动画的交互设计理论运用到交互式医学动画的具体设计中去，展现了中医针灸的交互式医学动画设计实例的设计方法和思路，并对医学动画的前景和交互在医学动画中的运用进行了总结和展望。
第二章医学动画综述•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.1医学动画的定义和特征••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.1.1医学动画的基本概念•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.1.2医学动画的基本特征••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.1.3医学动画的应用领域••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
2.2医学动画的分类••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
2.2.1展示型•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
2.2.2交互型••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
2.3医学与动画结合的优势与存在的问题••••••••••••••••••••••••••••10
2.3.1医学与动画结合的优势•••••••••••••••••••••••••••••••••10
2.3.2医学与动画结合应注意的问题•••••••••••••••••••••••••11
2.3.3医学动画设计中存在的问题•••••••••••••••••••••••••12
2.4本章小结••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
第三章交互动画与传统动画的区别与现状分析••••••••••••••••13
3.1交互动画概论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
3.1.1交互动画定义••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
3.1.2交互型医学与传统动画的区别•••••••••••••••••••••••••15
3.2医学动画交互现状分析•••••••••••••••••••••••••••••••••16
3.3医学动画交互体验的理论基础•••••••••••••••••••••••••••17
3.3.1构建主义理论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
3.3.2戴尔的经验之塔?理论••••••••••••••••••••••••••••••••••17
3.3.3沉浸理论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.4本章小节••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
第四章医学动画的交互理论分析•••••••••••••••••••••••••••••••••20
4.1交互设计概述••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
4.1.1交互设计的科学范畴••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
4.1.2交互设计的一般原则•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
4.1.3交互的框架•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
4.2医学动画交互设计的层次••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
4.2.1用户与医学动画软件界面的操作交互••••••••••••••••••••••••••••24
4.2.2用户与医学动画内容的认知交互•••••••••••••••••••••••••••25
4.2.3贯穿整个过程的情感交互•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
4.3医学动画涉及的交互方式••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
4.3.1数据交互•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
4.3.2图像交互•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27
4.3.3语音交互••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28
4.3.4行为交互•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28
4.4医学动画交互设计的构架•••••••••••••••••••••••••••31
4.5本章小结••••••••••••••••••••••••••••••••••••33
第五章影响医学动画交互设计的因素••••••••••••••••••••••••••33
5.1医学动画的需求分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••33
5.1.1交互目标分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.1.2交互内容分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.1.3交互对象分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
5.2交互型医学动画中色彩的运用•••••••••••••••••••••••••••36
5.2.1色彩对医学动画交互的影响•••••••••••••••••••••••••••••••••36
5.2.2色彩在交互式医学动画中的设计••••••••••••••••••••••••••37
5.3交互型医学动画中文本的运用•••••••••••••••••••••••••••••••••••••38
5.4交互型医学动画中声音的使用•••••••••••••••••••••••••••••••••••39
5.4.1声音在交互中的作用•••••••••••••••••••••••••••••••••••••40
5.4.2声音要素在医学交互中的设计•••••••••••••••••••••••40
5.5交互型医学动画中图形的使用••••••••••••••••••••••••••••••41
5.5.1图形要素在交互中的作用•••••••••••••••••••••••••41
5.5.2图形在医学动画交互中的设计•••••••••••••••••••••••••42
5.6本章小结•••••••••••••••••••••••••••••43
第六章交互医学动画的案例探究与体验设计•••••••••••••••••••••43
6.1基于体验类的交互式医学动画实例分析——以ǎ手臂手术ǐ为例•••••••••••••43
6.2基于挑战类的交互式医学动画实例分析——以ǎ肝脏移植ǐ为例•••••••••••••47
6.3针对中医针灸动画的交互体验设计•••••••••••••••••••••••50
6.3.1确定交互内容•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••50
6.3.2确定交互目标••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51
6.3.3确定开发工具••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51
6.3.4设计思路•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••52
6.4医学动画交互设计的原则••••••••••••••••••••••••••••••••54
6.4.1以用户为中心原则••••••••••••••••••••••••••••••••••••54
6.4.2以自主学习为核心?协作学习为导向?的原则••••••••••••••••••••••55
6.4.3保持交互设计一致性和简单易用的原则••••••••••••••••••••••55
6.4.4及时提供信息反馈的原则•••••••••••••••••••••••••••••••••••56
第七章总结与展望•••••••••••••••••••••••••••••••••••••56
7.1总结与创新点•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••56
7.2研究展望••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••57
7.2.1更加注重各相关要素的组合和整合•••••••••••••••••••••••••••57
7.2.2更加注重有效情景的创建•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••57
7.2.3虚拟交互情景创建是其良好解决方案••••••••••••••••••••••••••58
参考文献••••••••••••••••••••••••••••••••••59
7.2研究展望
7.2.1更加注重各相关要素的组合和整合
目前的医学动画学习平台大多提供多种交互工具或其他相关工具为用户服务，但这些模块的功能较为分散，他们之间缺乏有机的组合和整合，很难在在线环境下发挥综合作用。Lowyck和Poysa对新近各种在线协作学习环境的相关模型进行的研究表明，在线交互学习环境下的设计活动和过程已经开始集中在对学习者、学习理论、学习环境等各要素的综合处理与有机结合，医学动画交互设计已经上升达组织的层次，其设计重心是如何在各种设计策略的帮助下组织管理复杂的学习要素和过程。因此，反映到医学动画交互设计上，设计者对于交互的设计不应该停留在各种模块的孤立设计与简单叠加上，而需要更加注意交互相关要素（如学习者?学习和交互理论、环境、技术等）的组合和整合，将其作为一个有机的整体进行研究和设计。
7.2.2更加注重有效情景的创建
根据人类认知系统的工作原理，当学习者发现自己处于一定的学习和交互情景时，所处情景的诸多线索会促使学习者在头脑中进行相关记忆信息的提取，并于当前环境相连接，进而完成相应的认知及行为操作，基于此，Will Thalheimer的研究表明，学习者的不断的?有效的信息提取是帮助学习者获取、掌握新知识的最佳方法；而且，不是交互本身，而是学习者的信息提取活动能够促进学习过程。因此，如何构建良好的交互情景，以促进学习者在交互中正确恰当的记忆信息提取实践，显然非常重要。Clarebout等根据构建主义学习理论，也强调情景构建对于促进学习和交互的重要性，认为只有存在良好的情景支持，学习者才会积极、主动的参与。
这样，孤立、纯粹的交互不应再是设计者关注的终极目标，设计者应该着眼于构建一个有效的情景，而且这个情景服务于、并促进学习者记忆信息的提取过程，一个良好的交互情景需要为学习者精心设定多种协调有效的服务和机制支持，比如，提供人性化的界面和易操作的交互工具，保障交互活动的流畅进行，促进各学习者之间的信息共享，启发学习者的思维和创新，调节学习者交互节奏和气氛以及维护学习者和交互环境之间的和谐关系。