虛擬仿真技術在銀琺瑯工藝教學中的應用

王賀光

鄭州工程技術學院

近年來，隨著信息技術的不斷發展和教育模式的轉變，虛擬仿真技術在教育領域得到了廣泛的應用。虛擬仿真技術通過模擬真實的環境和情境，為學生提供了更加直觀、生動的學習體驗，有助于提高學生的學習興趣和學習效果。在傳統工藝教學中，虛擬仿真技術也展現出了巨大的潛力和優勢。

本文旨在探討虛擬仿真技術在銀琺瑯工藝教學中的應用，并建立相應的虛擬仿真教學系統。通過對虛擬仿真技術在銀琺瑯工藝教學中的優勢進行分析，以及對教學系統的設計和實施進行研究，旨在提高銀琺瑯工藝教學的效果，為學生提供更好的學習體驗，進而培養出高水平的工藝人才。本研究對于推動傳統工藝教育的創新和發展具有重要意義。通過將虛擬仿真技術與銀琺瑯工藝教學相結合，不僅可以促進傳統工藝的傳承和創新，還可以拓寬學生的學習途徑、培養學生的創新思維能力。同時，本研究也為其他傳統工藝教學提供了借鑒和參考，有助于推動傳統工藝教育的現代化和國際化進程。

一、相關概念

（一）銀琺瑯工藝

銀琺瑯工藝是一種在金屬器物表面繪制彩色圖案的技藝，其特點是使用金屬絲或細線在器物表面勾勒出圖案的輪廓，并將不同顏色的琺瑯填充在輪廓內部，然后通過高溫燒制使其固化和光亮。銀琺瑯工藝在我國有著悠久的歷史，可以追溯到公元14 世紀的元朝時期。它在明朝和清朝達到了巔峰，銀琺瑯工藝品成為皇室貴族珍視的工藝品。銀琺瑯工藝常用于制作各種器皿、裝飾品，如花瓶、酒杯、香爐、匣子等。銀琺瑯工藝的重要性在于，它不僅是一種傳統的手工藝，也是中華文化的瑰寶之一。

（二）虛擬仿真技術

虛擬仿真技術是一種通過計算機生成虛擬環境，模擬真實世界的行為和交互的技術。它利用計算機圖形學、物理引擎和交互技術，使用戶能夠在虛擬環境中進行互動和實驗，以獲取與真實世界相似的體驗。虛擬仿真技術在教學中有著廣泛的應用。虛擬仿真技術可以模擬真實實驗室環境和實驗操作，能為學生提供安全、經濟、可重復的實驗體驗。學生可以在虛擬實驗室中進行實驗操作和觀察，加深對實驗原理和過程的理解。虛擬現實技術結合虛擬仿真技術可以創建沉浸式的學習環境，學生可以通過虛擬現實頭盔和手柄進行交互，與虛擬環境中的對象和場景進行互動，進而提高學習的參與度，有身臨其境的感覺。

二、研究現狀

（一）虛擬仿真技術在教育領域的應用

虛擬仿真技術在教育領域的應用已經取得了顯著的效果。它通過模擬真實場景，為學生提供了一種身臨其境的學習體驗，使學生的學習更加直觀、生動。虛擬仿真技術不僅可應用于理論知識的學習中，還可應用于實踐性學習中。

在醫學教學中，虛擬仿真技術可以使學生在虛擬環境中模擬手術操作，進而提高其操作技能和決策能力。此外，虛擬仿真技術還可以模擬各種臨床環境、疾病癥狀，讓學生能夠在虛擬空間中更直觀地進行學習和實踐。

工程類學科的學生可以通過虛擬仿真技術模擬各種工程項目，包括建筑設計、結構分析等。這樣可以提高學生的設計能力和解決問題的能力，進而減少實驗成本和時間［4］。

在化學、物理、生物等理論學科的教學中，學生可以在虛擬實驗室中進行各種實驗操作，感受真實的實驗環境，同時培養實驗能力。虛擬仿真技術還可以模擬復雜的物理過程和化學反應，幫助學生更好地理解和掌握理論知識。

虛擬仿真技術在教育領域的應用還面臨一些挑戰，如技術成本、教師培訓等。但隨著技術的不斷進步和普及，這些問題將逐漸得到解決。虛擬仿真技術的應用將為教育領域帶來更多的機會和可能性，不僅能提高學生的學習效果和興趣，而且能促進教育的創新和發展。

（二）銀琺瑯工藝教學的現狀

隨著虛擬仿真技術的發展，銀琺瑯工藝教學中也逐漸引入了這一技術。虛擬仿真技術可以通過計算機模擬真實的工藝場景，為學生提供更加真實和自由的學習環境，這樣學生可以在虛擬環境中進行實踐操作，不受時間和空間的限制，并能夠根據個人的學習進度進行學習。

北京工業大學的董薇團隊開發了一款基于移動終端平臺的體驗式交互游戲，將景泰藍復雜的傳統工藝流程用身臨其境的體驗形式移植到虛擬的移動終端App 應用上，展示了景泰藍工藝制作過程。在此過程中，引發了筆者對目前傳統藝術的發展困境和策略的思考，以及新媒體環境下數字技術與傳統藝術相結合的可能性，并設想了其結合前景及其雙贏路徑。［1］

呂林雪等人的《論北京傳統手工藝的數字化保護——以景泰藍為例》一文，試圖以北京景泰藍為例，探討傳統手工藝的數字化保護問題。文章首先闡述了北京景泰藍的歷史淵源，探討了景泰藍的生存現狀，然后分析了數字化保護的優越性，并探討了景泰藍的數字化保護方案，提出利用數字化技術采集、存儲傳統手工藝資料和信息，建立傳統手工藝數字化資源數據庫。［2］

熊露等人的《計算機仿真技術在陶瓷釉料工藝中的應用》一文，利用計算機仿真模擬技術，研制了基于Windows 平臺的陶瓷釉料工藝仿真系統。該系統改變了傳統工藝實驗相對煩瑣、耗時的實驗模式，實現了陶瓷工藝實驗方法的多元化。結果表明，仿真實驗系統與實物實驗相互配合，可提高實驗效率，為打造全新的“低碳”陶瓷工藝實驗技術提供了條件，具有一定的推廣價值。［3］

鄧卉在《基于VR 技術的陶瓷燒窯工藝虛擬體驗應用研究》一文中，以實地觀察法了解長沙銅官窯譚家坡龍窯遺跡的現狀，發現其陶瓷燒窯工藝的展示方式存在一系列需要改良的問題，并以實驗研究法在動態環境建模技術和VR 技術展示兩個方面將陶瓷燒窯工藝制作升華到所見即所得的層次，使參觀者進入虛擬的燒窯空間，體驗在不同溫度下泥與火的碰撞。［4］

銀琺瑯工藝教學正逐漸借助虛擬仿真技術的力量進行改革和創新。虛擬仿真技術的應用為學生提供了更加真實和自由的學習環境，提高了學習效果和學習興趣。隨著虛擬仿真技術的不斷發展和完善，相信銀琺瑯工藝教學將迎來更加美好的未來。

三、虛擬仿真技術應用于銀琺瑯工藝教學的優勢

（一）傳統銀琺瑯工藝教學的局限性

傳統的銀琺瑯工藝教學存在一定的局限性。傳統的銀琺瑯工藝教學通常需要實際的琺瑯制作工具、材料和設備，以及實物示范和指導。這就導致學生在學習過程中必須親自接觸實物，并進行實地操作，這種依賴性可能導致學習資源和學習時間的限制，以及教學成本的增加。傳統的銀琺瑯工藝教學往往無法滿足每個學生的需求。因為傳統的教學方法通常需要專業的工作室和設備，以及經驗豐富的教師，這可能限制了學生接觸和學習銀琺瑯工藝的機會。

（二）虛擬仿真技術的應用優勢

虛擬仿真技術可以將銀琺瑯工藝制作的過程和技巧以圖像和動畫的形式展示給學生，使學生能夠更直觀地理解每個步驟和技術細節。虛擬仿真技術可以追蹤學生的操作并提供實時反饋。學生可以在虛擬環境中嘗試不同的方法和技巧，而不必擔心犯錯或造成損失。系統可以及時檢測和糾正學生的錯誤，并向學生提供指導和建議，幫助他們改進和提高。虛擬仿真技術還可以為學生提供自主學習的機會，學生可以根據自己的興趣和創造力探索銀琺瑯工藝制作的不同可能性。學生只需通過計算機或虛擬現實設備就能夠體驗銀琺瑯工藝制作，無須依賴于工作室和設備，這為學生提供了更多學習和實踐的機會。

四、銀琺瑯工藝虛擬仿真教學系統的建立

（一）原理構想與仿真邏輯

首先，堅持“虛實結合”的制作模式，從傳統銀琺瑯工藝課程的教學內容出發開展實驗設計，分析現有實驗存在的問題，得出線下實驗與虛擬仿真實驗結合的教學內容和結合方式。其次，解決虛擬仿真技術手段介入銀琺瑯燒制實驗教學的主要問題，如傳統銀琺瑯工藝線下實操練習成本過高等問題。最后，與同類型非遺傳承的形式相比，基于信息技術的虛擬銀琺瑯體驗系統中，學生可以從不同時間、地域、空間對該工藝進行虛擬體驗。

具體來說，通過計算機圖形技術和虛擬現實技術，創建一個仿真銀琺瑯工藝制作工作室環境，包括模擬銀琺瑯工藝制作工作室的布局、工作臺、工具架等各種元素，以營造出逼真的工作場景。虛擬環境的創建可以讓學生在虛擬空間中進行銀琺瑯工藝制作的學習和實踐。在虛擬仿真工作室中，需要準確地模擬銀琺瑯工藝制作過程。通過計算機建模和物理引擎技術，可以模擬各種銀琺瑯工藝材料的外觀、質地和特性，以及銀琺瑯工藝制作所需的各種工具，如刷子、顏料、烤爐等。學生可以在虛擬環境中與這些虛擬材料和工具進行交互，模擬銀琺瑯工藝制作過程。虛擬仿真工作室可以提供銀琺瑯工藝制作技術和操作的模擬。通過精確的物理引擎和運動捕捉技術，可以模擬各種銀琺瑯工藝制作的動作和手勢，如刷涂、烘烤、拋光等。學生可以在虛擬環境中模擬實際操作，通過虛擬工具和虛擬材料進行技術實踐和訓練，以提高操作水平和熟練度。

（二）系統展示

該項目在銀琺瑯工藝虛擬體驗、基于數據智能的預制功能、仿真釉色庫的建立方面取得了突破性、創新性的成果。第一，基于數據智能研發的預制功能。在虛擬體驗銀燒藍工藝中，學生可以在不同時間、地域、空間對該工藝進行虛擬體驗，感性認知后進入實操，這樣可以創新銀琺瑯工藝傳承的模式。為了提升銀琺瑯工藝虛擬仿真體驗的逼真性和真實性，基于銀琺瑯工藝的實踐流程，研發了基于數據智能研發的預制功能。這項功能將結果狀態拆分成若干元素，將系統各階段的狀態預先存入數據庫，規避程序運行結果的不可預期性，實現數據智能模擬功能，進而呈現可預期的結果形式。第二，銀琺瑯燒制虛擬仿真關鍵數據庫構建。基于UML 建立銀琺瑯工藝流程模塊、材料物理屬性數據庫，根據過程尋找變量點，建立變量的函數模型，為預渲染建立數學程式庫。將感性的燒藍工藝流程以虛擬交互體驗的形式呈現，設計數據模型、數據結構。基于WebGL 建立色輪，抽取釉色，建立釉色庫，為實時渲染做好準備。第三，基于數據智能的燒藍過程交互。根據數據智能的預制，基于釉色庫，對點藍過程中的著色參數進行預渲染，讓受眾提前感知最終的成品效果，有效提升虛擬仿真燒藍過程中交互的體驗感。第四，實驗設計創新。虛擬仿真實驗中既包含了銀琺瑯工藝文化知識體系的全部內容，也包含頗具價值的紋樣圖案資料，還有真實工藝操作視頻作為教學輔助，同時對核心部分內容進行了大量3D 建模預處理和動畫制作，并設計了多種方式的交互環節，拓展了實驗的深度和廣度；立足“設計性”實驗水平的提升，將“紋樣設計”納入虛擬仿真實驗環節：大師紋樣庫解決了學生學習與分析紋樣在器型中分布的問題；分類紋樣提取依據銀琺瑯創作的紋樣分布模塊進行細分設計。第五，實驗過程創新。銀琺瑯傳統制作工藝的實驗過程尊崇科學性、嚴謹性、綜合性，采用“理論知識學習+虛擬仿真項目學習+現場操作實踐教學”的線上線下相結合的教學方式，融合案例教學、情境教學、線上線下互動學習等多種教學方法和手段。通過運用線下理論復習、線上訓練與反饋、線下鞏固練習的進階設計，借助三維建模手段模擬銀琺瑯制作工藝場景和工藝流程，構建了“線下—線上—線下”的混合教學模式，契合了“虛實結合、虛實互補”的教學設計理念。

五、結論

虛擬仿真技術在銀琺瑯工藝教學中的應用具有許多優勢，展示了其巨大的潛力和未來發展方向。虛擬仿真技術可以為學生提供真實的體驗，可以使學生在虛擬環境中進行實踐和探索。學生可以通過虛擬仿真技術模擬不同的工藝過程，如調配琺瑯顏料、上釉、燒制等，從而提高實踐能力和解決問題的能力。此外，虛擬仿真技術在銀琺瑯工藝教學中的應用還可以促進學生之間的協作和交流。學生可以通過虛擬環境中的社交功能與其他同學或教師進行互動和合作，分享經驗和知識，從而形成學習社群。