交汇点新闻|神奇！扫一扫“扑克”显示3D药物分子结构！国内首款药学教育APP来了
4月29日，在中国药科大学自修室内，不少同学都在自习桌上放置了一副纸牌，学习刷题过程中还时不时抽出几张纸牌端详片刻，难道最近大学校园里又新流行起什么纸牌游戏让大家学习时也“情难自禁”吗？当然不是！走近一看，原来这不是普通的扑克牌，而是一副被药大学子称为“拟观药”的药物学习辅助纸牌。
记者看到，一张小小的纸牌正面除了印有传统的“A-K”字样外，还印有药品通用名称的中英文、药物化学分子式和结构式、相对分子质量、药理药化性质分类、适应症治疗用途等信息。另外，每张扑克牌的背面，均印有一个被称为“药维码”的奇特二维码，且每张纸牌背面的“药维码”图案都不一样。据透露，想要解锁这副药物学习辅助纸牌的“全部技能”，只需要从手机应用商城里下载一个APP——“拟观药”。用该APP轻松扫描任一纸牌的正面或反面图案，即可瞬间在手机屏幕上显示出与之相对应的酷炫3D药物分子结构。
据了解，药大研究生院的庞瑞老师历时两年，利用业余时间研究3D建模、计算机视觉和二维码技术，设计开发出国内首款药学教育增强现实应用——“拟观药”，英文名为Drug3D，是一个集云服务器、云数据库、“药维码”技术、移动端APP、PC端程序、微信小程序和公众号、周边实体产品于一体的增强现实技术体系。其主要功能是通过移动设备摄像头捕捉现实世界图像，运用增强现实技术从中识别预先设置的“药维码”、图像目标、物体目标等，实时在移动设备屏幕上清晰真实显示炫酷3D药物分子模型，完美呈现药物分子结构中原子与化学键的真实空间位置。这项发明不仅填补了药学教育增强现实应用的空白，其核心技术“药维码”解决了书籍、课本上无法表达三维化学分子模型的难题。
打开“拟观药”APP，简单整洁的主界面让人耳目一新。这个看似普通的软件却能实现众多强大的功能。“拟观药”APP包含“AR分子浏览器”、“ 3D分子浏览器”和“Word药AR字典”三大模块。其中，“ AR分子浏览器”是“拟观药”APP的核心应用场景。用户只需打开“AR分子浏览器”，无论是扫描药物学习辅助纸牌正面的分子结构式抑或背面的“药维码”，均可以在手机上看到酷炫的3D药物分子模型。如果在屏幕范围内移动该纸牌，3D药物分子模型还会随之移动、旋转、缩放，用户甚至可以将碳原子和碳键换成自己喜爱的颜色。
“3D分子浏览器”是“拟观药”APP的基础应用场景。里面储藏有160个药物分子的资料卡片，这些都是从药学生必学的《药物化学》教科书中整理出来的，方便同学们随时随地在移动设备上查看学习。“Word药AR字典”是“拟观药”APP的延伸应用场景。学习中最头痛的事情莫过于查英语单词，一般的词典APP只能输入或扫描一个单词，不停输入或扫描非常繁琐。而“Word药AR字典”拥有比普通词典APP更加方便快捷的单词扫描功能，不用在搜索框手动输入需要翻译的单词，只需将摄像头对准书页便可快速将十几个单词一下识别出来。屏幕上点击识别出的单词，还可瞬间跳转到金山词霸等国内外7家专业在线词典网站，获得更为详细的注解。
据庞瑞老师介绍，目前已有6832个小分子药物结构被整理收录到数据库中，“Word药AR字典”含有从大学英语四六级到托福雅思GRE等在内的23000多个词条。2018年5月，化学工业出版社已经重新印刷了带有“药维码”的十二五规划教材《药物化学》（第三版），全国使用该教材的师生都能够使用到“拟观药”技术。
中国药科大学药学院大三学生周雪琛调侃道：“大家都说，药化（‘药物化学’的简称）的谐音是‘要挂’。《药物化学》这门课程确实超级难啃，且不说学习过程中要记住很多复杂的药物结构和构效关系，各种化学物质的药性药效绝对可以让你混乱到不知所措。‘拟观药’APP和药物学习辅助纸牌的出现，可谓拯救了在‘药化’面前苦苦挣扎的我们。它不但可以让我们随时随地翻看酷炫的3D分子模型并加深学习印象，还可以帮助我们找到药物分子的中外资料，而且如果遇到看不懂的英文还能进行翻译。实用性真的超强！”
“‘拟观药’APP通过智能手机等移动终端，将海量分子结构模型、分子对接动画等教学内容实时呈现给教师和学生，并提供多种互动效果和信息拓展，发挥教师教学的创造性，调动学生学习的积极性，凸显了整个教学实践活动的高科技含量。”中国药科大学教务处处长唐伟方点评道。
作为中国药科大学中药制剂专业的硕士毕业生，庞瑞老师早在2001年就获得了美国SUN公司的Java程序员认证，还自学了其他十几种计算机语言。谈及整个开发过程，庞瑞老师坦言：“开发‘拟观药’APP算是我这辈子做过的最具挑战性的事情，一个人编写了上万行的代码，进行了数百次测试。开发过程中遇到的难题无数，如果要总结可以写一本书。最后，‘拟观药’APP的成功应用，除了要感谢尤启冬教授的悉心指导，还要感谢药大师生的关心和支持。”
据了解，自2016年开始投入研发，到2018年初上线测试，再到2019年技术应用成熟并不断推广普及，如今“拟观药”APP的用户下载量已高达6000次，中国药科大学、沈阳药科大学以及国内其他多所药学院的学生都开始使用此APP应用。谈及未来发展，庞瑞老师表示：“‘拟观药’APP实质上是一个增强现实教学系统，不仅药物化学一门课，今后大部分药学类相关课程的教材都可以使用这项技术；不仅药学这一个学科，‘拟观药’技术还可以应用在化学、生物学、医学等相关学科；不仅教材、书籍，‘药维码’还可以广泛应用在课件、杂志、论文、网页、海报等平面上。
“未来几年，‘拟观药’APP还将移植到不断普及的AR眼镜和VR眼镜中，成为真正意义上的增强现实和虚拟现实教育系统，让学生在课堂、校园、图书馆、实验室、宿舍等多种场景中获取更加丰富的海量知识，开展更加自由、更加轻松的学习。到那时，《哈利·波特》书中所描绘的霍格沃茨魔法学校将真正走进现实。”庞瑞说。
通讯员：姜晨 记者：葛灵丹