淺析三維虛擬互動(dòng)技術(shù)在高校美術(shù)教育中的應(yīng)用

　　摘 要： Web3D技術(shù)是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和三維技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)方案，對(duì)美術(shù)教學(xué)而言，引入Web3D內(nèi)容必將達(dá)到很好的在線教學(xué)效果。作為一種Web技術(shù)，Web3D技術(shù)對(duì)教學(xué)系統(tǒng)在時(shí)間與空間上進(jìn)行了擴(kuò)展，突破了時(shí)空限制的瓶頸，更易于建立虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬教室、虛擬社區(qū)和虛擬教育系統(tǒng)等虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。作為一種計(jì)算機(jī)三維技術(shù)，Web3可以幫助學(xué)生理解和掌握與空間有關(guān)的知識(shí)，特別是美術(shù)教學(xué)的理論基礎(chǔ)課、電腦實(shí)踐課、音樂鑒賞課等。與傳統(tǒng)的美術(shù)教育相比較，三維虛擬互動(dòng)課件具有更強(qiáng)的交互性，可對(duì)學(xué)習(xí)研究對(duì)象進(jìn)行三維交互，便于制作具有交互功能的網(wǎng)絡(luò)三維互動(dòng)課件。
　　關(guān)鍵詞： Web 3D 三維虛擬現(xiàn)實(shí) 遠(yuǎn)程3D虛擬教育 3D課件
　　
　　一、引言
　　20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程等技術(shù)的高速發(fā)展，三維虛擬互動(dòng)技術(shù)引起我國(guó)學(xué)術(shù)界的極大興趣與關(guān)注，三維虛擬互動(dòng)技術(shù)的研究和開發(fā)，包括虛擬場(chǎng)景、虛擬人物、虛擬環(huán)境等，正朝著深度和廣度發(fā)展。我將分析三維虛擬互動(dòng)技術(shù)在美術(shù)教育中的應(yīng)用，分析將這項(xiàng)技術(shù)在美術(shù)教育中各個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，以及對(duì)未來的美術(shù)教育的設(shè)想。隨著中國(guó)的人口問題日益嚴(yán)重，教育問題將是整個(gè)社會(huì)的問題，也是社會(huì)發(fā)展的主要矛盾，而師質(zhì)力量就是主要矛盾的主要方面。教學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)備、課堂氣氛等，就是次要方面。如何利用三維虛擬技術(shù)提高教育的硬件和軟件，特別針對(duì)美術(shù)教育這個(gè)范疇，我將會(huì)結(jié)合現(xiàn)代科技進(jìn)行細(xì)致的分析和大膽的預(yù)測(cè)。
　　二、當(dāng)代三維虛擬互動(dòng)技術(shù)的概況
　　1.三維互動(dòng)技術(shù)的基本分類
　　三維虛擬互動(dòng)，包括虛擬現(xiàn)實(shí)與制造，以及虛擬互動(dòng)，近20年來，計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息科學(xué)迅速發(fā)展，已經(jīng)和正在促使人類生活、生產(chǎn)方式發(fā)生革命性的變化，全球正經(jīng)歷著由傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變。利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)已成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必由之路，信息技術(shù)也已成為現(xiàn)代制造業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)。
　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual reality）是眾多相關(guān)科學(xué)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，智能控制技術(shù)和心理學(xué)等領(lǐng)域的最新成果。
　　虛擬制造（Virtual Manufacturing）是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)計(jì)算機(jī)建模與仿真，虛擬現(xiàn)實(shí)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下群組協(xié)同工作，模擬產(chǎn)品的整個(gè)制造過程，對(duì)一系列的工序，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、性能分析、銷售等作出綜合評(píng)價(jià)，以增強(qiáng)制造過程的正確決策和控制能力。
　　虛擬互動(dòng)（virtual interactive）包括網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，以及計(jì)算機(jī)人工智能仿生互動(dòng)藝術(shù)（AI），現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，如網(wǎng)絡(luò)通訊、網(wǎng)絡(luò)交易、網(wǎng)絡(luò)娛樂等。在網(wǎng)絡(luò)戶動(dòng)功能上基本上是人，計(jì)算機(jī)是被動(dòng)的互動(dòng)形式，當(dāng)虛擬互動(dòng)加入人工智能仿生，那么計(jì)算機(jī)里的生物就會(huì)像現(xiàn)實(shí)世界的生物一樣生長(zhǎng)，而且能與生物發(fā)生互動(dòng)。
　　2.三維虛擬互動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展
　　三維虛擬互動(dòng)技術(shù)，主要是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是用相關(guān)的學(xué)科，來源于電影技術(shù)。20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們利用人類兩眼之間的視覺位置差技術(shù)的立體電影，利用接近為人眼水平視角的寬熒幕電影，水平視角與垂直都達(dá)到360度的原理，制造出球幕電影①?，F(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)配合了多種虛擬接口傳感器，如數(shù)據(jù)手套（DATA GLOVE）等。再配合現(xiàn)代投影器，利用VGX控制，交替顯示左右眼觀察圖形，用戶則佩戴一種左右鏡片交替“開”（透光）、“閉”（遮光）的液晶光閘眼鏡，虛擬出虛擬的環(huán)境和真實(shí)的觸摸感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要目的是研究使用者的視覺與觸覺，利用高科技虛擬出真實(shí)或者虛幻的人或物，令用戶有種身臨其境的感覺。
　　3.三維虛擬與互動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀
　　目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航天領(lǐng)域中應(yīng)用發(fā)展得最快。其中，777運(yùn)輸機(jī)的全無紙化設(shè)計(jì)，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡修復(fù)前的宇航員的訓(xùn)練和飛行仿真里面，運(yùn)用此技術(shù)最廣也最成功，利用三維空間建模降低成本，虛擬制造提供虛擬真實(shí)測(cè)試環(huán)境，計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)，減少浪費(fèi)。在外國(guó)的許多拍賣會(huì)，博物館為了保存真品，會(huì)利用三維仿真立體使虛擬再現(xiàn)古董或珍寶。而互動(dòng)技術(shù)也越來越成熟，從網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)到現(xiàn)在的真實(shí)虛擬互動(dòng)，通過三維感光投影儀、感光攝像頭在廣州的動(dòng)漫星城，利用感光的光學(xué)儀器，對(duì)投射出的3維或2維場(chǎng)景，進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)，如人經(jīng)過感光攝像頭，將在液晶屏幕上看到換了2維發(fā)型的自己，還有3維感光投影儀，投影儀從天花板投影在地上的小型足球場(chǎng)，加上足球，利用感光設(shè)備，兩個(gè)人就可以在虛擬的足球場(chǎng)上踢虛擬的足球。變場(chǎng)景后，人經(jīng)過投射的范圍，人經(jīng)過的地方就會(huì)開出虛擬的花朵或煙花。但是投影技術(shù)還需要傳播介質(zhì)，如白色的墻，或幕布，還有水幕，相信將來10年內(nèi)會(huì)有通過空氣介質(zhì)可以傳播的投影儀。
　　三、三維虛擬互動(dòng)技術(shù)與高校美術(shù)教育
　　1.當(dāng)前高校美術(shù)教育師資力量所面臨的壓力
　　目前學(xué)校教師隊(duì)伍老化嚴(yán)重，應(yīng)把更多勵(lì)志從事教育工作的師范院校學(xué)生，納入教師隊(duì)伍。青海西寧第十四中學(xué)龐曉麗委員說，教育部推出師范免費(fèi)院校試點(diǎn)太少，大多數(shù)貧困家庭的孩子享受不到這項(xiàng)優(yōu)惠政策。由于對(duì)教師考核過于單一，教師行業(yè)壓力大，待遇低、家庭條件好的學(xué)生不愿報(bào)師范，尤其是西部邊遠(yuǎn)地區(qū)，加上擴(kuò)招的緣故，教師從二十世紀(jì)八十年代的30個(gè)人一個(gè)班，到現(xiàn)在的60個(gè)人一個(gè)班，間接使教育質(zhì)量下降。如果能逐步擴(kuò)大試點(diǎn)免費(fèi)師范教育試點(diǎn)，使家境貧寒、學(xué)習(xí)優(yōu)秀的師范院校學(xué)生補(bǔ)充到西部教育隊(duì)伍，將會(huì)形成良性循環(huán)。在南部地區(qū)，人口密度集中，學(xué)校擴(kuò)招情況嚴(yán)重，有些高中學(xué)校一個(gè)年級(jí)有16個(gè)班，更有些中專、技校，只要交學(xué)費(fèi)都收，造成教學(xué)質(zhì)量下降。在大學(xué)，美術(shù)教育問題也很突出，高校擴(kuò)招，教師不足，編制老師有指標(biāo)不能想招就招，也導(dǎo)致很多教師要同時(shí)教一到兩科或者幾科不是自己領(lǐng)域的課程，間接導(dǎo)致質(zhì)量下降。
　　2.高校美術(shù)教育與教學(xué)模式的現(xiàn)狀
　　目前高等院校藝術(shù)設(shè)計(jì)師資的解決，一部分是通過將自己院校培養(yǎng)出來的畢業(yè)生留校任教或引進(jìn)其他藝術(shù)設(shè)計(jì)院校的畢業(yè)生直接作為教師啟用，這部分教師雖然學(xué)歷較高（高等院校教師目前普遍要求碩士及以上學(xué)歷），但職稱偏低，普遍缺少教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)踐，教學(xué)水平大打折扣；另一部分則是從美術(shù)專業(yè)轉(zhuǎn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)的，這部分教師多采用短期進(jìn)修、培訓(xùn)或自學(xué)的方式轉(zhuǎn)入藝術(shù)設(shè)計(jì)，沒有接受過專業(yè)藝術(shù)設(shè)計(jì)教育，也不具備藝術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)人很難勝任藝術(shù)設(shè)計(jì)的教學(xué)工作。現(xiàn)在高校教學(xué)模式基本有三種模式：A類：教課書及教學(xué)參考書提供的知識(shí)；B類：教師個(gè)人知識(shí)；C類：師生互動(dòng)產(chǎn)生的新的知識(shí)。在大部分傳統(tǒng)模式中，課程與教學(xué)分離。教學(xué)計(jì)劃和大綱由國(guó)家規(guī)定，教材和教學(xué)參考書由專家編寫，教師教學(xué)參考書資料去教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)教科內(nèi)容的記憶與內(nèi)化，A型知識(shí)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，很少有B型，幾乎沒有C型的知識(shí)。②
　　3.三維虛擬互動(dòng)技術(shù)在美術(shù)教育領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的可行性
　　針對(duì)這種情況，三維虛擬互動(dòng)技術(shù)就能基本解決美術(shù)教育的問題了。美術(shù)教育分成理論欣賞課和實(shí)操實(shí)踐課：
　?。?）理論欣賞課的傳統(tǒng)與前瞻的對(duì)比
　?、賯鹘y(tǒng)模式
　　老師在臺(tái)上講，學(xué)生在位子上聽，加入了三維虛擬戶動(dòng)技術(shù)后，學(xué)生都戴上三維光閘眼鏡，在老師的控制下看到三維立體的中國(guó)或外國(guó)的藝術(shù)家，而且模擬仿真，讓這些藝術(shù)家做自我介紹，介紹自己的作品和制作過程，并播放藝術(shù)家們的成長(zhǎng)過程。這是理論課用的模式，課程包括藝術(shù)概論、雕塑理論課、速寫、色彩和素描的理論教學(xué)等。
　?、趧?chuàng)新模式
　　老師拿著3D遙控器，在一個(gè)沒有凳子沒有桌子，只有一臺(tái)電腦、四臺(tái)立體投影儀，還有2—3套的數(shù)據(jù)手套的房間里教學(xué)。這是欣賞課的模式，如MTV、導(dǎo)演基礎(chǔ)、音樂欣賞課、版畫欣賞，等等。通過三維立體感光投影儀器，加上戴的光閘眼鏡和用的數(shù)據(jù)手套，學(xué)生們會(huì)感受到虛擬真實(shí)的場(chǎng)面，包括戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)面、敦煌石窟里面的場(chǎng)面、西方宮廷內(nèi)部場(chǎng)面、世界各個(gè)古跡的場(chǎng)面，等等。使用數(shù)據(jù)手套，學(xué)生們還能感受方針古董、遠(yuǎn)古武器、古人的衣物的重量、質(zhì)感，等等。且無線藍(lán)牙數(shù)據(jù)手套有傳感器會(huì)根據(jù)電腦的同步數(shù)據(jù)，自行調(diào)節(jié)手套的對(duì)學(xué)生手的壓強(qiáng)和重量，使觸摸虛擬物品更加真實(shí)，再加上感光的投影儀，學(xué)生走動(dòng)，電腦都會(huì)知道，并對(duì)學(xué)生附近的物品進(jìn)行解說。通過藍(lán)牙耳機(jī)，老師與學(xué)生一齊感受虛擬真實(shí)環(huán)境外，老師還負(fù)責(zé)切換場(chǎng)景，如果不小心摔壞了虛擬物品，電腦還能仿真落地的碎片和聲音，仿真同學(xué)走在地上的聲音。
　　
　?。?）電腦實(shí)踐課程
　　①傳統(tǒng)模式
　　工業(yè)設(shè)計(jì)、工藝美術(shù)、動(dòng)畫、環(huán)藝、園林、平面設(shè)計(jì)、服裝CAD圖等運(yùn)用電腦作為主要工作途徑的專業(yè)，傳統(tǒng)的教學(xué)基本都是學(xué)生一人一部電腦，老師在臺(tái)上控制另一臺(tái)電腦，學(xué)生在自己的電腦上看到老師的操作，從中學(xué)習(xí)軟件的操作。
　　②創(chuàng)新模式
　　加入了三維立體感光投影儀，電腦就會(huì)擺放或一個(gè)圈，中間一個(gè)位子，頂上放4個(gè)立體投影，分別播放老師的模型四個(gè)面，呈立體形狀，加上投影臺(tái)，學(xué)生就不用帶閘光眼鏡了，直接可看到立體，而老師在臺(tái)上也可以直接切換學(xué)生電腦工作的界面，投射在中間的立體畫面，供老師隨時(shí)批改與調(diào)整。如果有什么創(chuàng)作項(xiàng)目的話，老師與學(xué)生就共同控制一個(gè)模型，對(duì)模型的部分刪減或者增加。老師還可以播放立體教程，師生一齊圍在投影臺(tái)前看，一齊研究步驟。特別在服裝這個(gè)專業(yè)，利用感光投影和攝像機(jī)，使學(xué)生設(shè)計(jì)完立體虛擬衣服后，站在鏡頭面前還能換調(diào)身上的衣服，實(shí)體還沒做出來就可以有該衣服穿在自己身上的效果圖。或者穿在各種虛擬模特的身上，等同學(xué)完成課程的作業(yè)時(shí)，還可以虛擬大型的時(shí)裝發(fā)布會(huì)。
　　（3）專業(yè)實(shí)踐練習(xí)課程
　?、賯鹘y(tǒng)模式
　　老師帶領(lǐng)學(xué)生上課，以需要模特或者靜物的課程來舉例，模特或者靜物放置中間，老師與學(xué)生都圍著模特或者靜物寫生，模特每半小時(shí)休息10分鐘，學(xué)生則是45分鐘一節(jié)課，這樣會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)問題。藝術(shù)練習(xí)也是創(chuàng)作的一部分，只要進(jìn)入狀態(tài)，就很不希望被打斷，因?yàn)闀r(shí)間問題，在很多情況下積極性就會(huì)降低。又如色彩課上，包括國(guó)畫、水粉、水彩、油畫、書法等，經(jīng)常會(huì)因?yàn)榇蚍蛘卟恍⌒母闩K衣服、板或者物品，造成清理的麻煩。在老師方面，有時(shí)候，老師會(huì)在忙于對(duì)模特的寫生而忽略學(xué)生，有時(shí)候會(huì)因?qū)δ硞€(gè)學(xué)生的輔導(dǎo)而忽略其他學(xué)生的提問，更有時(shí)候會(huì)因?yàn)槟承┰虿荒芗皶r(shí)來上課導(dǎo)致學(xué)生要自己做畫。在學(xué)生方面，有水平差距，如何妥善處理這些差距是提高教學(xué)質(zhì)量的首要問題。
　　②創(chuàng)新模式
　　依然是圍著模特寫生，模特是通過三維立體投影、電腦虛擬投射出來的，可以隨意調(diào)節(jié)模特的身材、相貌、性別、衣著等，而且能放大縮小模特的局部，如肌肉或者衣服，這樣就可以把模特寫生統(tǒng)一在一個(gè)課程上教，如人體速寫、半身素描、人物速寫，而學(xué)生就不再用傳統(tǒng)的畫板了，取而代之的是數(shù)位板，一張4開的數(shù)位版，數(shù)位筆會(huì)模擬各種筆的效果。利用已經(jīng)存在的科技，在數(shù)位板上，老師可以隨意切換板上的畫面，切換至學(xué)生正在寫生的畫面，立刻做出修改，還可以使畫面變成一半寫生，一半模特，與之比較。（其實(shí)數(shù)位板就是個(gè)液晶顯示器）在教室頭頂上的三維投影儀，能虛擬出藝術(shù)館走廊的環(huán)境，或者森林的環(huán)境等優(yōu)美的環(huán)境，配合仿真聲音，使師生們更加進(jìn)入做畫狀態(tài)。在色彩課上，不同的型號(hào)數(shù)位筆，代替不同型號(hào)的水粉或者油畫筆。電腦的畫筆工具能模擬出真實(shí)的筆觸效果。在陶藝或者雕塑、版畫課上，開始練習(xí)階段，完全可以用電腦虛擬出來，從而節(jié)省原料的浪費(fèi)。還可以利用數(shù)據(jù)手套、光閘眼鏡、數(shù)位筆仿真雕刻刀、仿真真實(shí)的壓強(qiáng)虛擬出真實(shí)的感覺和效果。
　?。?）老師教案及備課的安排
　?、賯鹘y(tǒng)模式
　　老師會(huì)在上課前的前一兩天的時(shí)間，把要教的課程安排好，每一節(jié)課需要教授的知識(shí)，用PPT制作成教案，或者想好靜物、模特的安排，第二天按照昨天所想的去安排課程。如果老師當(dāng)天有事，就可以打電話給班長(zhǎng)安排當(dāng)天的練習(xí)，或者將課程延后。
　?、趧?chuàng)新模式
　　老師會(huì)把課程分類，把第二天的課程的場(chǎng)景安排進(jìn)去，以及師生互動(dòng)因素安排在里面，已經(jīng)不是POWERPOINT簡(jiǎn)單的視頻教學(xué)。利用3維立體投影儀，如何利用場(chǎng)景結(jié)合當(dāng)天所學(xué)的知識(shí)，提高學(xué)生們的興趣，如課程需要還可以進(jìn)行不同專業(yè)的體驗(yàn)（上部分有解說），或者與另一個(gè)教室上課的學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，互相切磋，都可利用3維立體投影進(jìn)行同步。因?yàn)榻處煹亩倘保袝r(shí)高校老師會(huì)同時(shí)上不同的課程，所以該技術(shù)為老師提供了很多的方便。當(dāng)一些理論課，或者簡(jiǎn)單的素描、色彩課可以不要實(shí)體老師做陪，而是利用預(yù)先做好的虛擬老師的教育課程（可循環(huán)利用），也就是老師的教案并不局限課程，還會(huì)把自己算在內(nèi)，當(dāng)導(dǎo)入AI（人工智能），虛擬老師就可以回答一些學(xué)生常問的問題，如作品的人物背景，為什么要?jiǎng)?chuàng)作此作品。修改學(xué)生常犯的錯(cuò)誤，如明暗問題、結(jié)構(gòu)問題等。這些都要實(shí)體老師總結(jié)出來，放入電腦中，設(shè)置好教案后，老師就可以將遠(yuǎn)程傳入教室的電腦里，第二天同時(shí)上其他課程的課了，或者進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控或遠(yuǎn)程教育。這樣老師臨時(shí)有事時(shí)，課程也不必延后了。
　　四、結(jié)語
　　雖然許多內(nèi)容都是通過幻想出來的，但是愛因斯坦說過：想象力遠(yuǎn)比知識(shí)重要。通過這種傳統(tǒng)模式與創(chuàng)新模式的對(duì)比，更能得出創(chuàng)新模式的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生十分了解國(guó)內(nèi)教育水平的不足，更看到老師們的吃力教學(xué)。當(dāng)代的教育模式，經(jīng)常會(huì)使學(xué)生和老師陷入一種僵持的狀態(tài)，學(xué)生沒興趣聽，老師沒激情教。創(chuàng)新模式必然要出現(xiàn)，除了要有先進(jìn)的技術(shù)支持外，還要將先進(jìn)技術(shù)用到美術(shù)教育上，如何用、怎么用、什么效果這三個(gè)問題就是我所要探討的，也是未來創(chuàng)新模式的發(fā)展路線和前瞻。
　　
　　注釋：
　　①周祖德.虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬制造.湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2005.2.
　　②王大根.美術(shù)教案設(shè)計(jì).上海人民美術(shù)出版社，2007.1.
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］白雪竹，李顏妮.互動(dòng)藝術(shù)創(chuàng)新思維.中國(guó)輕工業(yè)出版社，2007，（1）.
　?。?］周祖德.虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬制造.湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2005，（2）.
　?。?］張樹生，楊茂奎，朱名銓.虛擬制造技術(shù).西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006，（2）.
　　［4］王大根.美術(shù)教案設(shè)計(jì).上海人民美術(shù)出版社，2007，（1）.