王賀光

鄭州工程技術(shù)學(xué)院

近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和教育模式的轉(zhuǎn)變，虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)通過模擬真實的環(huán)境和情境，為學(xué)生提供了更加直觀、生動的學(xué)習體驗，有助于提高學(xué)生的學(xué)習興趣和學(xué)習效果。在傳統(tǒng)工藝教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)也展現(xiàn)出了巨大的潛力和優(yōu)勢。

本文旨在探討虛擬仿真技術(shù)在銀琺瑯工藝教學(xué)中的應(yīng)用，并建立相應(yīng)的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。通過對虛擬仿真技術(shù)在銀琺瑯工藝教學(xué)中的優(yōu)勢進行分析，以及對教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和實施進行研究，旨在提高銀琺瑯工藝教學(xué)的效果，為學(xué)生提供更好的學(xué)習體驗，進而培養(yǎng)出高水平的工藝人才。本研究對于推動傳統(tǒng)工藝教育的創(chuàng)新和發(fā)展具有重要意義。通過將虛擬仿真技術(shù)與銀琺瑯工藝教學(xué)相結(jié)合，不僅可以促進傳統(tǒng)工藝的傳承和創(chuàng)新，還可以拓寬學(xué)生的學(xué)習途徑、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。同時，本研究也為其他傳統(tǒng)工藝教學(xué)提供了借鑒和參考，有助于推動傳統(tǒng)工藝教育的現(xiàn)代化和國際化進程。

一、相關(guān)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(nèi)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(tǒng)的手工藝，也是中華文化的瑰寶之一。

（二）虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是一種通過計算機生成虛擬環(huán)境，模擬真實世界的行為和交互的技術(shù)。它利用計算機圖形學(xué)、物理引擎和交互技術(shù)，使用戶能夠在虛擬環(huán)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(shù)在教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)可以模擬真實實驗室環(huán)境和實驗操作，能為學(xué)生提供安全、經(jīng)濟、可重復(fù)的實驗體驗。學(xué)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(xiàn)實技術(shù)結(jié)合虛擬仿真技術(shù)可以創(chuàng)建沉浸式的學(xué)習環(huán)境，學(xué)生可以通過虛擬現(xiàn)實頭盔和手柄進行交互，與虛擬環(huán)境中的對象和場景進行互動，進而提高學(xué)習的參與度，有身臨其境的感覺。

二、研究現(xiàn)狀

（一）虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

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

在醫(yī)學(xué)教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)可以使學(xué)生在虛擬環(huán)境中模擬手術(shù)操作，進而提高其操作技能和決策能力。此外，虛擬仿真技術(shù)還可以模擬各種臨床環(huán)境、疾病癥狀，讓學(xué)生能夠在虛擬空間中更直觀地進行學(xué)習和實踐。

工程類學(xué)科的學(xué)生可以通過虛擬仿真技術(shù)模擬各種工程項目，包括建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析等。這樣可以提高學(xué)生的設(shè)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(xué)、物理、生物等理論學(xué)科的教學(xué)中，學(xué)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(huán)境，同時培養(yǎng)實驗?zāi)芰?。虛擬仿真技術(shù)還可以模擬復(fù)雜的物理過程和化學(xué)反應(yīng)，幫助學(xué)生更好地理解和掌握理論知識。

虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用還面臨一些挑戰(zhàn)，如技術(shù)成本、教師培訓(xùn)等。但隨著技術(shù)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(shù)的應(yīng)用將為教育領(lǐng)域帶來更多的機會和可能性，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習效果和興趣，而且能促進教育的創(chuàng)新和發(fā)展。

（二）銀琺瑯工藝教學(xué)的現(xiàn)狀

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

北京工業(yè)大學(xué)的董薇團隊開發(fā)了一款基于移動終端平臺的體驗式交互游戲，將景泰藍復(fù)雜的傳統(tǒng)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(yīng)用上，展示了景泰藍工藝制作過程。在此過程中，引發(fā)了筆者對目前傳統(tǒng)藝術(shù)的發(fā)展困境和策略的思考，以及新媒體環(huán)境下數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)藝術(shù)相結(jié)合的可能性，并設(shè)想了其結(jié)合前景及其雙贏路徑。［1］

呂林雪等人的《論北京傳統(tǒng)手工藝的數(shù)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(tǒng)手工藝的數(shù)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(xiàn)狀，然后分析了數(shù)字化保護的優(yōu)越性，并探討了景泰藍的數(shù)字化保護方案，提出利用數(shù)字化技術(shù)采集、存儲傳統(tǒng)手工藝資料和信息，建立傳統(tǒng)手工藝數(shù)字化資源數(shù)據(jù)庫。［2］

熊露等人的《計算機仿真技術(shù)在陶瓷釉料工藝中的應(yīng)用》一文，利用計算機仿真模擬技術(shù)，研制了基于Windows 平臺的陶瓷釉料工藝仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)工藝實驗相對煩瑣、耗時的實驗?zāi)Ｊ?，實現(xiàn)了陶瓷工藝實驗方法的多元化。結(jié)果表明，仿真實驗系統(tǒng)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(shù)提供了條件，具有一定的推廣價值。［3］

鄧卉在《基于VR 技術(shù)的陶瓷燒窯工藝虛擬體驗應(yīng)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(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)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(tài)環(huán)境建模技術(shù)和VR 技術(shù)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(xué)正逐漸借助虛擬仿真技術(shù)的力量進行改革和創(chuàng)新。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為學(xué)生提供了更加真實和自由的學(xué)習環(huán)境，提高了學(xué)習效果和學(xué)習興趣。隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信銀琺瑯工藝教學(xué)將迎來更加美好的未來。

三、虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于銀琺瑯工藝教學(xué)的優(yōu)勢

（一）傳統(tǒng)銀琺瑯工藝教學(xué)的局限性

傳統(tǒng)的銀琺瑯工藝教學(xué)存在一定的局限性。傳統(tǒng)的銀琺瑯工藝教學(xué)通常需要實際的琺瑯制作工具、材料和設(shè)備，以及實物示范和指導(dǎo)。這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)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(dǎo)致學(xué)習資源和學(xué)習時間的限制，以及教學(xué)成本的增加。傳統(tǒng)的銀琺瑯工藝教學(xué)往往無法滿足每個學(xué)生的需求。因為傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常需要專業(yè)的工作室和設(shè)備，以及經(jīng)驗豐富的教師，這可能限制了學(xué)生接觸和學(xué)習銀琺瑯工藝的機會。

（二）虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

虛擬仿真技術(shù)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(xué)生，使學(xué)生能夠更直觀地理解每個步驟和技術(shù)細節(jié)。虛擬仿真技術(shù)可以追蹤學(xué)生的操作并提供實時反饋。學(xué)生可以在虛擬環(huán)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(tǒng)可以及時檢測和糾正學(xué)生的錯誤，并向?qū)W生提供指導(dǎo)和建議，幫助他們改進和提高。虛擬仿真技術(shù)還可以為學(xué)生提供自主學(xué)習的機會，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和創(chuàng)造力探索銀琺瑯工藝制作的不同可能性。學(xué)生只需通過計算機或虛擬現(xiàn)實設(shè)備就能夠體驗銀琺瑯工藝制作，無須依賴于工作室和設(shè)備，這為學(xué)生提供了更多學(xué)習和實踐的機會。

四、銀琺瑯工藝虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的建立

（一）原理構(gòu)想與仿真邏輯

首先，堅持“虛實結(jié)合”的制作模式，從傳統(tǒng)銀琺瑯工藝課程的教學(xué)內(nèi)容出發(fā)開展實驗設(shè)計，分析現(xiàn)有實驗存在的問題，得出線下實驗與虛擬仿真實驗結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容和結(jié)合方式。其次，解決虛擬仿真技術(shù)手段介入銀琺瑯燒制實驗教學(xué)的主要問題，如傳統(tǒng)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(shù)的虛擬銀琺瑯體驗系統(tǒng)中，學(xué)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(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)建一個仿真銀琺瑯工藝制作工作室環(huán)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(huán)境的創(chuàng)建可以讓學(xué)生在虛擬空間中進行銀琺瑯工藝制作的學(xué)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(shù)，可以模擬各種銀琺瑯工藝材料的外觀、質(zhì)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(xué)生可以在虛擬環(huán)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(shù)和操作的模擬。通過精確的物理引擎和運動捕捉技術(shù)，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(xué)生可以在虛擬環(huán)境中模擬實際操作，通過虛擬工具和虛擬材料進行技術(shù)實踐和訓(xùn)練，以提高操作水平和熟練度。

（二）系統(tǒng)展示

該項目在銀琺瑯工藝虛擬體驗、基于數(shù)據(jù)智能的預(yù)制功能、仿真釉色庫的建立方面取得了突破性、創(chuàng)新性的成果。第一，基于數(shù)據(jù)智能研發(fā)的預(yù)制功能。在虛擬體驗銀燒藍工藝中，學(xué)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(chuàng)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(fā)了基于數(shù)據(jù)智能研發(fā)的預(yù)制功能。這項功能將結(jié)果狀態(tài)拆分成若干元素，將系統(tǒng)各階段的狀態(tài)預(yù)先存入數(shù)據(jù)庫，規(guī)避程序運行結(jié)果的不可預(yù)期性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能模擬功能，進而呈現(xiàn)可預(yù)期的結(jié)果形式。第二，銀琺瑯燒制虛擬仿真關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫構(gòu)建?；赨ML 建立銀琺瑯工藝流程模塊、材料物理屬性數(shù)據(jù)庫，根據(jù)過程尋找變量點，建立變量的函數(shù)模型，為預(yù)渲染建立數(shù)學(xué)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(xiàn)，設(shè)計數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。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(shù)據(jù)智能的燒藍過程交互。根據(jù)數(shù)據(jù)智能的預(yù)制，基于釉色庫，對點藍過程中的著色參數(shù)進行預(yù)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(shè)計創(chuàng)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(nèi)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(xué)輔助，同時對核心部分內(nèi)容進行了大量3D 建模預(yù)處理和動畫制作，并設(shè)計了多種方式的交互環(huán)節(jié)，拓展了實驗的深度和廣度；立足“設(shè)計性”實驗水平的提升，將“紋樣設(shè)計”納入虛擬仿真實驗環(huán)節(jié)：大師紋樣庫解決了學(xué)生學(xué)習與分析紋樣在器型中分布的問題；分類紋樣提取依據(jù)銀琺瑯創(chuàng)作的紋樣分布模塊進行細分設(shè)計。第五，實驗過程創(chuàng)新。銀琺瑯傳統(tǒng)制作工藝的實驗過程尊崇科學(xué)性、嚴謹性、綜合性，采用“理論知識學(xué)習+虛擬仿真項目學(xué)習+現(xiàn)場操作實踐教學(xué)”的線上線下相結(jié)合的教學(xué)方式，融合案例教學(xué)、情境教學(xué)、線上線下互動學(xué)習等多種教學(xué)方法和手段。通過運用線下理論復(fù)習、線上訓(xùn)練與反饋、線下鞏固練習的進階設(shè)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(gòu)建了“線下—線上—線下”的混合教學(xué)模式，契合了“虛實結(jié)合、虛實互補”的教學(xué)設(shè)計理念。

五、結(jié)論

虛擬仿真技術(shù)在銀琺瑯工藝教學(xué)中的應(yīng)用具有許多優(yōu)勢，展示了其巨大的潛力和未來發(fā)展方向。虛擬仿真技術(shù)可以為學(xué)生提供真實的體驗，可以使學(xué)生在虛擬環(huán)境中進行實踐和探索。學(xué)生可以通過虛擬仿真技術(shù)模擬不同的工藝過程，如調(diào)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(shù)在銀琺瑯工藝教學(xué)中的應(yīng)用還可以促進學(xué)生之間的協(xié)作和交流。學(xué)生可以通過虛擬環(huán)境中的社交功能與其他同學(xué)或教師進行互動和合作，分享經(jīng)驗和知識，從而形成學(xué)習社群。