虛擬仿真在陜西漢唐文化空間立體投影數(shù)字化設(shè)計中的應(yīng)用

胡宇婷

（西安美術(shù)學院 動畫專業(yè)，陜西 西安 710065）

0 引言

漢朝和唐朝在中國社會和中華民族發(fā)展的歷史中占有重要地位，陜西作為十三朝古都，是漢唐文化的最佳代表。為響應(yīng)國家“一帶一路”倡議和黨的十八大對于“促進文化和科技融合、發(fā)展新型文化業(yè)態(tài)”的戰(zhàn)略部署，西安歐亞學院結(jié)合陜西地域漢唐文化資源，利用虛擬仿真技術(shù)，以漢唐文化推廣空間為實驗場景，研發(fā)虛擬仿真實驗，使學生能夠通過學習掌握空間立體投影的數(shù)字化設(shè)計流程，并應(yīng)用與漢唐文化推廣之中。本實驗項目適應(yīng)我國數(shù)字媒體藝術(shù)領(lǐng)域?qū)τ谌瞬排囵B(yǎng)的需求，以培養(yǎng)能運用數(shù)字媒介和數(shù)字技術(shù)進行設(shè)計、展示和傳播，并解決綜合問題能力的創(chuàng)新型實踐人才為目標。

傳統(tǒng)的實驗教學在內(nèi)容選取和實施中，不能充分滿足各層次學生個體發(fā)展需求[1]。虛擬仿真實驗項目符合藝術(shù)學科注重學生設(shè)計思維訓練和設(shè)計方法應(yīng)用的教學需求，是對藝術(shù)設(shè)計類課程教學形式和內(nèi)容創(chuàng)新的探索。利用虛擬仿真技術(shù)，能夠解決在投影設(shè)計教學和實踐過程中的諸多客觀限制，包括場地限制、時間限制、經(jīng)費不足和安全保障等問題，是一種有利于自主學習、主動實驗、共享開放的教學模式[2-3]，是教育信息化背景下教學改革的發(fā)展方向和人才培養(yǎng)的重要手段[4-5]。

1 設(shè)計思路

虛擬實驗系統(tǒng)本質(zhì)上也屬于實驗教學系統(tǒng)，在系統(tǒng)構(gòu)建過程中同樣應(yīng)遵循“技術(shù)設(shè)計為教學設(shè)計服務(wù)”的原則[6-7]。實驗中的仿真場景分為經(jīng)典案例和設(shè)計練習兩部分。其中經(jīng)典案例部分場景包括西安永寧門城墻和南廣場環(huán)境、西安永寧門甕城環(huán)境、西安鐘樓及周邊環(huán)境，分別對應(yīng)單面投影、多面外環(huán)投影和多面內(nèi)環(huán)投影三種教學實驗學習投影設(shè)計流程，學生可自主學習或教師輔助完成學習。學生通過綜合性實驗可以有效的將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力，設(shè)計練習部分場景未來將增加大明宮遺址建筑、陜西省歷史博物館、乾陵等陜西特色古代建筑，用于學生的進階類案例設(shè)計實驗，是學生獲得實踐技能和提升綜合素質(zhì)的重要途徑[8]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

陜西漢唐文化空間立體投影數(shù)字化設(shè)計應(yīng)用虛擬仿真實驗項目建立于開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺之上，學生可以通過瀏覽器登錄教學管理平臺并進入本實驗項目，并在平臺的指引下自主完成實驗過程。

本虛擬仿真實驗項目的系統(tǒng)架構(gòu)與其他仿真實驗項目類似[9-10]，如圖1所示，整體項目架構(gòu)分為五層，包括存放實驗組件和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)層，負責系統(tǒng)運行管理的支撐層，虛擬仿真教學管理平臺所在的通用服務(wù)層，呈現(xiàn)實驗虛擬場景的仿真層，以及提供底層服務(wù)的應(yīng)用層。他們由下至上相互支撐構(gòu)建起實驗環(huán)境。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

3 應(yīng)用操作

在經(jīng)典案例中包含難度初級、中級、高級三個學習步驟。初級以西安永寧門南門投影為案例，學習單面類型投影設(shè)計；中級以西安永寧門甕城為案例，學習多面外環(huán)類型投影設(shè)計；高級以西安鐘樓為例，學習多面內(nèi)環(huán)類型投影設(shè)計。

實驗界面主要分為總進度欄和編輯區(qū)兩部分，如圖2所示。總進度欄位于界面左側(cè)，顯示該設(shè)計項目總進度，包含需求分析、內(nèi)容設(shè)計、設(shè)備認知、現(xiàn)場控制、成本表、輸出方案。編輯區(qū)在界面右側(cè)，根據(jù)總進度欄內(nèi)所選不同進度選項有所變化。

圖2 實驗界面

以初級案例為例，界面左側(cè)顯示總進度欄，該選項對應(yīng)學習步驟，學生將逐一使用。平臺首先提出設(shè)計需求，右側(cè)編輯界面說明案例背景情況，并提供關(guān)鍵信息提示。例如圖2提出的設(shè)計需求，經(jīng)過提煉形成四個關(guān)鍵詞和對應(yīng)解釋說明。確認設(shè)計需求后通過點擊總進度欄“內(nèi)容設(shè)計”按鈕進入視頻編輯界面，學生可在素材庫中選擇并合成視頻素材和聲音素材。完成內(nèi)容設(shè)計后進入設(shè)備認知階段，右側(cè)編輯界面顯示常用投影、音響設(shè)備的參數(shù)和使用場景，以及腳手架、絎架、電纜等輔助設(shè)備。學生在本界面可對常用設(shè)備和輔助工具性能進行閱覽和學習。點擊總進度欄“現(xiàn)場控制”按鈕即可進入虛擬仿真場景（見圖3），初級階段編輯界面中間顯示永寧門南廣場環(huán)境3D仿真空間，右側(cè)顯示可用素材庫（視頻、音頻、投影儀、音響、輔助設(shè)備），下方為選中素材屬性編輯區(qū)。

圖3 現(xiàn)場控制界面

學生使用鼠標+鍵盤控制視角對場景進行觀察。可將右側(cè)素材置入場景，然后對場景中的3D素材進行移動、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，例如將投影儀放至合適的位置。在下方素材編輯欄可以選擇調(diào)節(jié)該投影儀的亮度、焦距或更換視頻、音頻等編輯操作。學生需要逐一完成置入投影儀、音響、絎架等設(shè)備，調(diào)節(jié)視頻、線纜、設(shè)置安全護欄等操作。完成場景設(shè)置后，學生可進入成本表界面，了解前置步驟所選用的硬件總成本費用表，并導出為表格格式文件。選擇輸出方案按鈕，學生將視頻導出成為視頻格式，提供給教師評價。

4 結(jié)語

陜西漢唐文化空間立體投影數(shù)字化設(shè)計應(yīng)用虛擬仿真實驗項目在學習階段提供了三個西安著名文化場景，以歷史文化場景為依托，利用虛擬仿真技術(shù)實時展現(xiàn)高逼真投影效果，讓學生在虛擬仿真場景中充分發(fā)揮設(shè)計潛能，綜合鍛煉學生的空間立體投影設(shè)計能力。通過虛擬仿真實驗系統(tǒng)學習，學生能夠掌握數(shù)字化投影的基本原理，了解常用投影設(shè)備特征和使用需求，運用投影點位布置的通用原則，并能夠理解在不同應(yīng)用場景下投影視頻在造型、視覺表達、氛圍營造等方面的作用。學習成果應(yīng)用于漢唐文化推廣中，未來不僅可以服務(wù)于數(shù)字媒體藝術(shù)專業(yè)實驗課程教學，還可在漢唐文化場景復原、擴展立體空間投影展示形式等方向持續(xù)開展科學研究。實驗平臺可與行業(yè)和企業(yè)實踐項目結(jié)合，與產(chǎn)業(yè)前沿和理論發(fā)展前沿一致，學生在學習過程中可以接觸到實際的社會需求，讓設(shè)計教學有基于陜西地方文化特征在地化應(yīng)用的可能。