基于傳統(tǒng)成人禮的VR教育內(nèi)容研究

金海峰 張悠然 吳楠

摘要：為探索VR技術在傳統(tǒng)文化教育中的應用模式，提出了基于傳統(tǒng)成人禮的VR教育內(nèi)容設計方案。通過分析VR在教育中的應用優(yōu)勢、在傳統(tǒng)文化教育中的應用現(xiàn)狀及存在的問題，對VR成人禮內(nèi)容進行探索，挖掘其文化內(nèi)涵和教育意義，提出一種基于UE4的體驗式教育模式，為VR傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容開發(fā)提供參考。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實;傳統(tǒng)文化;成人禮;體驗式教育

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）36-0123-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research on VR Education Content Based on Traditional Coming-of-age Ceremony

JING Hai-feng， ZHANG You-ran，WU Nan

（Institute of Cybersecurity， Changchun University， Changchun 130022， China）

Abstract： In order to explore the application mode of VR technology in traditional culture education， a content design scheme of VR education based on traditional coming-of-age ceremony is proposed. Firstly， the application advantages of VR in education， its application status and existing problems in traditional culture education are analyzed. Then explore the content of VR coming-of-age ceremony， excavate its cultural connotation and educational significance. A UE4-based experiential education model is proposed to provide a reference for VR traditional culture education content development.

Key words： virtual reality; traditional culture; coming-of-age ceremony; experiential education

虛擬現(xiàn)實（VR）技術已經(jīng)成為促進教育發(fā)展的一種新型教育手段，在文化教育領域的應用層出不窮。近年來中華傳統(tǒng)文化創(chuàng)新回歸，但VR在傳統(tǒng)文化教育領域的應用數(shù)量少、教學內(nèi)容單調(diào)、教育格局窄、缺乏創(chuàng)新，對比以往教育模式并無顯著優(yōu)勢。以虛擬現(xiàn)實技術為基礎，以成人禮的教育意義為需求牽引，對傳統(tǒng)成人禮進行創(chuàng)新設計，提出一個能充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實優(yōu)勢，通用性強且易開發(fā)的VR內(nèi)容設計方案，以滿足VR傳統(tǒng)文化教育的創(chuàng)新需求。構建以傳統(tǒng)成人禮為內(nèi)容的VR教育應用，從內(nèi)容策劃、場景搭建、功能開發(fā)等方面形成一套完整的教育內(nèi)容設計流程。

1 VR技術在教育領域的應用優(yōu)勢

VR最初應用在美國的軍事教育和訓練中，例如Cyber View便是當時用于美國海軍戰(zhàn)斗機飛行員訓練的一種虛擬環(huán)境系統(tǒng)[1]，系統(tǒng)可以節(jié)省60%的訓練時間和70%的費用。直到90年代，美國開始將虛擬現(xiàn)實技術引入普通教育和高等教育。經(jīng)過多年實驗探索發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術應用在文化教育領域有著顯著優(yōu)勢。

1.1 科普類教育

采用虛擬現(xiàn)實技術進行文化、科技、藝術等普及教育的應用最為廣泛，尤其是在文化遺產(chǎn)領域。國內(nèi)外很多專家學者通過三維掃描、3D建模和多媒體技術搭建博物館、科技館等虛擬漫游系統(tǒng)，對館藏物品進行交互展示。通過虛擬現(xiàn)實技術，能夠最真實地復現(xiàn)館藏物品，甚至復原殘缺品，這種科普方式還能在增加趣味性的同時有利于展品保護。

1.2 模擬培訓教學

VR最初被應用于模擬培訓教學，并得到許多研究人員的青睞。利用虛擬現(xiàn)實技術搭建的培訓仿真系統(tǒng)能協(xié)助各行業(yè)的操作人員學習或提高專業(yè)技能。其主要優(yōu)點在于能夠加快培訓內(nèi)容的及時更新，確保操作人員第一時間學到最新技術，并且能夠節(jié)約培訓成本，提高效率。

1.3 虛擬教學環(huán)境

在教學過程中，虛擬環(huán)境相當于教學環(huán)境。模擬培訓教學和虛擬教學環(huán)境都需要搭建虛擬環(huán)境，但前者側(cè)重于特殊技能的學習與訓練，而后者更注重虛擬環(huán)境本身所具備的教學意義。比如，對于土木工程專業(yè)、地質(zhì)學專業(yè)、考古專業(yè)之類的學生來說，虛擬環(huán)境本身就是一種教學資源，它能促進學生的情景認知能力和對環(huán)境構建過程的理解[2]。

1.4 虛擬游戲教育

在開發(fā)虛擬現(xiàn)實教育內(nèi)容的過程中很容易設計成教育游戲的模式。國外學者研究認為，基于游戲的學習環(huán)境比虛擬世界或模擬環(huán)境更有效，并且游戲環(huán)境能夠使學生保持長期記憶[3]。根據(jù)游戲原則設計的VR教育環(huán)境，并通過完成特定情景下的游戲任務達到教學目的，是近年來虛擬現(xiàn)實教育內(nèi)容開發(fā)的熱點之一。

2 VR在傳統(tǒng)文化教育中的現(xiàn)狀及存在的問題

隨著傳統(tǒng)文化的回歸和虛擬現(xiàn)實軟、硬件技術的發(fā)展，近些年“VR+傳統(tǒng)文化”得到研究人員的廣泛關注。涉及對物質(zhì)文化本身的虛擬復現(xiàn)與交互展示、對傳統(tǒng)手工藝的數(shù)字化流程再現(xiàn)、對傳統(tǒng)文化產(chǎn)業(yè)的數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)、對傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容的開發(fā)以及其他傳統(tǒng)文化內(nèi)容的開發(fā)等。然而，當前以教育為目的的VR傳統(tǒng)文化內(nèi)容不僅數(shù)量少，還存在以下突出問題。

2.1 教學內(nèi)容單一

現(xiàn)有的VR傳統(tǒng)文化教育研究側(cè)重于對傳統(tǒng)文化知識本身的學習與理解，忽視對學生的思想道德教育。通過打造古色古香的沉浸式虛擬教學環(huán)境，加深學生對詩詞、古文、朝代歷史等內(nèi)容的理解與記憶，即加強傳統(tǒng)教育“詩書禮樂”中“詩”和“書”的VR教學，從而忽略了“禮”教與“樂”教。

2.2 教育格局較窄

教育不是單方向的，需要考慮學校、家庭和社會三位一體的教育格局。尤其是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育，諸如孝敬父母、尊敬師長、助人為樂等傳統(tǒng)美德需要以學校為主體、家庭和社會為平臺，才能構建良好的育人環(huán)境。當前VR傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容的應用場景多為學校相關課程，忽略家庭與社會的作用，教育格局較窄。

2.3 虛擬內(nèi)容設計缺乏創(chuàng)新

在對虛擬內(nèi)容進行設計時，側(cè)重于打造逼真的、古意盎然的沉浸式環(huán)境，但在教學環(huán)節(jié)的設計上不夠新穎。交互式的情景學習固然能夠在短期加深記憶，但這仍是一種被動學習方式，沒有充分利用虛擬現(xiàn)實構想性的特點激發(fā)學生自主學習、主動探索的欲望，對比傳統(tǒng)課堂教學，無明顯優(yōu)勢。

3 基于傳統(tǒng)成人禮的VR內(nèi)容設計

儀式是一種具有精神或道德力量的教育途徑[4]，而成人禮作為最重要的儀式之一，是一種家庭、學校和社會結合的特殊教育形式。提煉傳統(tǒng)成人禮的精神內(nèi)涵，利用VR技術沉浸性、交互性和構想性的特點讓青少年進行禮儀文化內(nèi)容體驗和學習，對其思想道德、行為規(guī)范、家庭秩序和公民角色等方面都有積極意義。本文使用虛幻引擎4（Unreal Engine 4，簡稱UE4）進行PC端VR成人禮教育內(nèi)容設計，其流程可概括為內(nèi)容策劃、場景制作、功能開發(fā)和發(fā)布測試四個環(huán)節(jié)。

3.1 內(nèi)容策劃

3.1.1 收集材料

首先，收集傳統(tǒng)成人禮的起源、內(nèi)涵、流程及發(fā)展等材料，為后續(xù)開發(fā)做準備;然后，對傳統(tǒng)成人禮流程做適當改進。根據(jù)《儀禮·士冠禮》記載，并參考現(xiàn)代成人禮流程，可將傳統(tǒng)成人禮（這里指男子冠禮）概括為以下步驟：（1）迎賓：加冠當日所需物件應擺放的位置及主人迎賓過程。加冠物品有盥洗用具、加冠服裝、結發(fā)物品、酒器等;（2）三加：重復三次加冠過程。初加緇布冠、再加皮弁冠、三加爵弁冠，中間分別換上玄端服、皮弁服和爵弁服;（3）賓醴冠者：冠者與賓客相互敬酒、拜謝;（4）拜謝父母：向父母行禮敬酒，感謝父母;（5）賓字冠者：賓宣告冠者的字。

3.1.2 策劃內(nèi)容

VR成人禮要實現(xiàn)傳統(tǒng)禮儀文化教育展示及體驗教學的目的，需要開發(fā)兩個場景。場景一為室內(nèi)場景，搭建成虛擬展廳對傳統(tǒng)禮儀文化進行交互展示，包括傳統(tǒng)成人禮的起源、文化內(nèi)涵、禮儀流程、歷史演變及當代價值等。場景二為室外場景，搭建成文廟廣場讓用戶體驗成人禮儀式，包括加冠用具、禮儀步驟、NPC交互動畫、系統(tǒng)提示等。室內(nèi)場景和室外場景可自由切換。

3.2 場景制作

場景搭建分為室外場景和室內(nèi)場景，室外場景側(cè)重于繪制地形、植被、建筑外觀等;而室內(nèi)場景側(cè)重于內(nèi)部結構、家具、燈光等。虛擬場景的制作一般在3D引擎中進行，它能將所有場景資源都集中起來，創(chuàng)建一個計算機內(nèi)部的“真實世界”。在UE4中，場景一般被稱為關卡，3D模型有靜態(tài)網(wǎng)格體和骨架網(wǎng)格體之分，圖1為一種基于UE4的常用的場景制作方法。

3.2.1 室外場景制作

室外場景制作首先從繪制地形開始，虛幻引擎的地形工具十分強大，支持自制地形或是導入灰度圖生成地形。上文分析的室外關卡地形是文廟廣場，因此直接使用帶有青石磚材質(zhì)的平面即可。場景模型所需的材質(zhì)或貼圖可以自己繪制導入UE4中，然后根據(jù)需求附加到模型上。植被模型需要借助專門工具繪制，Speedtree是一款比較好用的三維樹木建模軟件，樹木模型的生成、動畫制作、導入方式等簡單易學。

室外場景建筑根據(jù)需求一般會做成真實的3D建筑模型和帶貼圖的簡單幾何體建筑外觀，這取決于場景用途和功能設計。男子冠禮的場地是文廟廣場，即無須在室內(nèi)舉行加冠儀式，因此采用帶貼圖的簡單幾何體來搭建建筑外觀，能夠降低系統(tǒng)開銷、增加開發(fā)效率。這里可以用3DS MAX建模工具對文廟建筑進行建模，或使用UE4自帶的BSP工具直接搭建建筑平面外觀充當背景，最后附上材質(zhì)貼圖。

3.2.2 室內(nèi)場景制作

室內(nèi)場景制作關鍵在于室內(nèi)空間構建和室內(nèi)設計。如果室內(nèi)空間簡單，可直接使用建模軟件進行多邊形建模。對于復雜的室內(nèi)空間（如多層多房間），建議使用Auto CAD圖紙結合3ds Max軟件進行空間建模。使用CAD繪制的建筑圖紙（包括平面、剖面和立面）導入3ds Max中，然后使用樣條線結合“擠出”命令，就能沿著二維圖紙上的墻體繪制出三維空間模型。空間建模完成后，就可以制作各種家具或擺件的3D模型，進行室內(nèi)設計。

根據(jù)上文，男子冠禮的室內(nèi)場景為展示傳統(tǒng)禮儀文化的虛擬展廳。因此，需要將室內(nèi)場景設計成展廳或展館的樣式，并將傳統(tǒng)成人禮文化內(nèi)容以圖文、視頻等形式放入虛擬展廳的適當位置。成人禮文化內(nèi)容的圖文信息、視頻資料等，在內(nèi)容策劃環(huán)節(jié)收集，然后使用圖文編輯軟件、音/視頻編輯軟件進行制作，最后導入虛幻引擎的室內(nèi)關卡中。

3.2.3 場景處理

室內(nèi)外空間構建完成后，則要補充添加各種所需的3D模型。比如成人儀式上所用的器具模型、配合禮儀流程所需的3D人物模型等。這些內(nèi)容都可以通過3D建模工具進行模型設計和動畫設計，最后導入UE4關卡中。值得一提的是，針對復雜模型，在賦予材質(zhì)貼圖之前需要進行UV展開，即讓模型的所有表面展到一個平面上，這樣方便根據(jù)不同表面繪制貼圖，以達到更為真實的效果。

最后，統(tǒng)一在UE4中使用光源系統(tǒng)對室內(nèi)外光源進行設置。室外場景的光源有很多種方案，一般會添加定向光源、指數(shù)級高度霧和天空光照，通過調(diào)整對應細節(jié)面板上的參數(shù)以達到需要的效果。室內(nèi)燈光相對復雜，除了室內(nèi)家具燈光外還需注意自然光源的光影效果。室內(nèi)一般使用點光源，來模擬現(xiàn)實世界中燈泡的工作原理，而聚光源是從一點出發(fā)的錐形光源，其工作原理類似手電筒和舞臺照明燈，可用來作為吊燈或壁燈。設置好燈光，即可開啟UE4的播放模式，預覽室內(nèi)外場景。

3.3 功能開發(fā)和發(fā)布測試

要實現(xiàn)用戶與場景交互，就需要進行場景功能開發(fā)和交互設計。在虛幻引擎中很多功能都可以通過藍圖（Blueprints）系統(tǒng)來實現(xiàn)。藍圖指的是可視化腳本，它通過使用連線把節(jié)點、事件、函數(shù)及變量連接起來[5]，實現(xiàn)或簡單或復雜的功能。虛幻引擎的開發(fā)方式有藍圖和C++兩種模式，其中藍圖系統(tǒng)強大靈活，它為設計人員提供了一般僅供程序員使用的所有概念及工具，而C++更適合專業(yè)的編程人員使用。但在實際開發(fā)中，很多開發(fā)者將藍圖和C++一起使用，因為二者各有優(yōu)勢，搭配使用開發(fā)效率更高。

3.3.1 功能開發(fā)

經(jīng)過分析，基于男子冠禮的VR教育內(nèi)容主要功能有：開始界面與背景音樂、交互展示、關卡切換、消息對話框、模型特效、暫停與退出等。

“開始界面與背景音樂”的創(chuàng)建需要將準備好的背景圖和音頻文件導入UE4的內(nèi)容瀏覽器中。使用控件藍圖，搭配Button和Text組件可以制作出想要的開始界面;通過編輯sound面板可以實現(xiàn)音頻循環(huán)播放。“交互展示”功能用于室內(nèi)展覽，對展板模型創(chuàng)建藍圖事件，然后啟用onclicked節(jié)點，便可讓用戶通過鼠標點擊實現(xiàn)展板內(nèi)容切換。“關卡切換”的簡單方式只需使用OpenLevel節(jié)點，直接填入?yún)?shù) “關卡名稱”即可。“消息對話框”用來讓用戶接觸任務，進而提高參與度。可以在UE4中使用FMessageDialog提供的對話框，也可以給場景中的角色添加TextRender和BoxCollision，使用控件藍圖設置對話框。“模型特效”可以在用戶接觸冠具模型的時候觸發(fā)，UE4提供了處理特效的功能，這里用到了PostProcessVolumn，可以放置在場景中的任何需要特效的位置。此外，“暫停和退出”與“開始界面”實現(xiàn)方式類似，這里不再贅述。

3.3.2 發(fā)布測試

最后，將開發(fā)的內(nèi)容進行打包測試，虛幻引擎打包方式很簡單，直接按步驟打包成exe格式，便可應用在其他PC端。但在打包的過程中有兩點需要注意，即確定要操縱的角色和初始生成位置以及設置默認加載的關卡和參與模式。在測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題需要回到之前步驟進行解決或改進，然后重新打包，直到實現(xiàn)想要的效果。

4 結束語

通過分析VR技術在教育領域的應用優(yōu)勢及在傳統(tǒng)文化教育中的應用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)了當前基于傳統(tǒng)文化的VR教育內(nèi)容存在的不足，最終以傳統(tǒng)成人禮為例，提出一種基于UE4的體驗式VR教育內(nèi)容設計方案，為VR傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容開發(fā)提供參考。

參考文獻：

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[2] James Walker， Dave Towey， Matthew Pike， et al. Developing a pedagogical photoreal virtual environment to teach civil engineering[J]. Interactive Technology and Smart Education，2020，17（3）：303-321.

[3] Zahira Merchant， Ernest T Goetz， Lauren Cifuentes，et al.Trina J. Davis. Effectiveness of virtual reality-based instruction on students' learning outcomes in K-12 and higher education： A meta-analysis[J].Computers & Education， 2014（70）：29-40.

[4] 馬家安.儀式在學校教育中的價值及其實現(xiàn)[J].教育科學研究，2013（2）：30-33.

[5] 符清芳.基于UE4引擎的漢昭烈廟歷史文化虛擬實景展示系統(tǒng)開發(fā)[D].成都：西華大學，2017.

【通聯(lián)編輯：王力】