Являясь культурным достоянием китайской нации и жизненно важным компонентом современной медицинской системы, образцы китайской фитотерапии (CHM) обладают огромной научной ценностью для сохранения и исследования. Эти образцы служат основой для наследования знаний традиционной китайской медицины (ТКМ) и поддержки академического преподавания и научных исследований. Однако традиционные физические образцы сталкиваются с многочисленными практическими дилеммами: они очень восприимчивы к факторам окружающей среды, приводящим к выцветанию, повреждению вредителями или плесени; частота использования редких экземпляров сильно ограничена; существует острый конфликт между «сохранением» и «использованием» образовательных ресурсов; и огромное количество образцов не могут полностью раскрыть свою предполагаемую образовательную и социальную ценность.

Цифровое развитие стало решающим путем к преодолению этого узкого места. Преобразуя физические образцы в стандартизированные, структурированные цифровые ресурсы для создания цифрового гербария, учреждения могут обеспечить постоянное сохранение, высокоэффективный поиск и широкое распространение ресурсов МП. Это поддерживает высокочастотное и широкомасштабное практическое обучение, тщательно обучает студентов идентификации лекарственных материалов и расширяет границы ценности образцов CHM в образовании, научных исследованиях и социальных услугах.

Современные требования и проблемы цифрового наследования CHM

Цифровые методологии становятся жизненно важными инструментами защиты и продвижения культуры традиционной китайской медицины. С одной стороны, высокоточные цифровые сборы и хранение могут эффективно сохранять драгоценные культурные ресурсы традиционной китайской медицины, предотвращая культурные потери с течением времени. С другой стороны, цифровые технологии открывают новые пути для глубокого изучения и инновационного использования культуры традиционной китайской медицины, обеспечивая более широкое распространение и использование.

Рисунок 1: Американский женьшень (Панакс пятилистный) Образец гербария – Образец необработанного лекарственного материала – Образец кусочка отвара

Если взять в качестве примера американский женьшень, то как только китайские лекарственные материалы будут оцифрованы, можно будет предоставить всестороннюю информацию, начиная от исходного растения и заканчивая сырым материалом и кусочками отвара. Это подробно демонстрирует подробные характеристики лекарственных материалов, дополняя недостатки преподавания в классе и позволяя учащимся внимательно наблюдать, тем самым улучшая их когнитивные и дифференцирующие способности в отношении материалов CHM и кусочков отваров.(Источники изображений: Управление по регулированию китайской медицины Департамента здравоохранения ОАРГ и Банк образцов китайской медицины при Гонконгском баптистском университете).

На оперативном уровне традиционные технологии 3D-оцифровки очень сложны и требуют профессиональных технических специалистов. Обычные лазерные сканеры и сканеры со структурированным светом сталкиваются с очевидными техническими узкими местами: лазерные сканеры требуют калибровки на месте, постоянного исправления пробелов в модели во время процесса сканирования и не могут обеспечить наложение текстур, создавая только белые модели, что ставит под угрозу воспроизведение цветовых профилей, необходимых для CHM. Сканеры со структурированным светом требуют ручного выравнивания и картографирования текстур — процесс, который занимает несколько дней. Учитывая, что размеры коллекций в крупных музеях и гербариях достигают десятков тысяч единиц, скорость обработки традиционных технологий существенно ограничивает масштабную оцифровку традиционной китайской медицины.

Решение JLM-Lifetech: технические инновации, преодолевающие узкие места приложений

Рисунок 3. Система быстрого построения 3D-цифровых образцов (3DDS).

Благодаря революционным техническим инновациям система быстрого построения 3D-цифровых образцов JLM-Lifetech переопределяет рабочую парадигму оцифровки образцов CHM. Весь процесс от размещения образца до создания 3D-модели не требует вмешательства человека. Программное обеспечение автоматически обрабатывает получение изображений, обработку облаков точек, создание сеток и наложение текстур, что полностью революционизирует традиционный сложный рабочий процесс моделирования, основанный на ручных операциях профессиональных технических специалистов.

Рис. 4. Система автоматически завершает обработку облака точек, сетки и текстуры.

Полностью автоматизированное моделирование рабочих процессов

Пользователям нужно всего лишь поместить образец на загрузочный поворотный стол и нажать «Старт одной кнопкой», чтобы автоматически завершить все этапы обработки. Встроенная многоракурсная линза высокого разрешения автоматически захватывает все трехмерные данные образца, не требуя переворачивания образца во время процесса.

Рисунок 5: Рабочий процесс моделирования системы быстрого построения 3D-цифровых образцов

На этапе обработки данных система использует передовые алгоритмы для автоматического выравнивания облаков точек, оптимизации сетки и наложения текстур без какого-либо вмешательства человека. Этот автоматизированный рабочий процесс значительно сокращает время оцифровки одного образца с нескольких часов при использовании традиционных методов до15 минут, что означает многократное увеличение эффективности.

Высокоточная цветопередача

Чтобы соответствовать строгим требованиям к точности цветопередачи, предъявляемым к идентификации CHM, система использует автоматическую калибровку цвета в сочетании с технологией сбора нескольких линз для автоматического выполнения текстурного отображения, обеспечивая точность цветопередачиболее 95%. Будь то темно-красный оттенокШалфей многолистный(Даншен) или ярко-желтое сечениеШлемник байкальский(Huangqin), система точно воспроизводит истинные, аутентичные цвета лекарственных материалов, обеспечивая надежную основу для цифровой идентификации.

Рисунок 6: 3D-модельЛициум барбарум(Ягода Годжи), созданная по этой системе, точно воспроизводит ее цвет и морщины эпидермиса.

Точный захват микроскопических деталей

Система обеспечивает высокоточное воспроизведение мельчайших характеристик китайских лекарственных материалов на всем протяжении720^кругугол обзора. Микроскопические признаки, такие как морфология воротЛициум барбарумили распределение точек железы на поверхностиЛимонник китайский(Wuweizi) — точно воссозданы в цифровой модели, что позволяет исследователям наблюдать и проверять их под любым углом в виртуальной среде.

Рисунок 7: 3D-модель поперечного сеченияАстрагал перепончатый(Huangqi), построенный с помощью этой системы, точно воссоздает контраст цвета и текстуры между его корой (флоэмой) и древесиной (ксилемой), визуально отображая основной идентификационный признак Huangqi премиум-класса, известный как «Золотой колодец и нефритовые перила» (Цзинь Цзин Ю Лан).

Поддержка виртуального секционирования и точных измерений

Пользователи могут выполнять виртуальное разрезание по любой плоскости созданной высокоточной 3D-модели для получения соответствующих 2D-сечений. На этих поперечных сечениях можно проводить точные измерения длины, канавок и углов, что позволяет проводить неразрушающую количественную оценку внутренней геометрической структуры образца и предоставляет «линейку» для глубокого научного анализа.

Рис. 8. Модель оснащена трехмерной системой координат, позволяющей измерять данные в любой плоскости.

Глубокое расширение сценариев применения

Цифровые модели обеспечивают мощную поддержку научным исследованиям и преподавательскому составу для глубокого изучения и творческого повторного использования культуры традиционной китайской медицины. Кроме того, такие технологии, как виртуальная реальность (VR), дополненная реальность (AR) и смешанная реальность (MR), могут быть использованы для создания иммерсивных виртуальных сред, которые можно услышать, увидеть и почувствовать, повышая общественный интерес к культуре традиционной китайской медицины и ускоряя использование и трансформацию ее культурной ценности.

Краткое содержание

Система быстрого построения 3D-цифровых образцов JLM-Lifetech обеспечивает революционное решение для постоянного сохранения, научных исследований, академического образования и инновационного наследования образцов CHM. Основной прорыв этой системы заключается в обеспечении быстрого автоматизированного моделирования, сокращающего сроки процесса с нескольких часов при использовании традиционных методов до примерно 15 минут, при этом значительно снижая зависимость от специализированных операторов, преодолевая прежние технические барьеры и зависимость от человеческих ресурсов.

Основываясь на создаваемых высокоточных 3D-моделях, система способствует глубокому изучению ценности исследований, преподавания и культурного наследия. Он поддерживает полноугольное наблюдение и точный морфологический анализ образцов, повышая эффективность идентификационных исследований; он предоставляет цифровые ресурсы многократного использования для классного обучения, эффективно снижая нагрузку на физические образцы; и это значительно расширяет границы общения культуры китайской медицины посредством различных инновационных форматов презентации.