戲曲欣賞課程新技術探索——虛擬現實技術在中職課堂的應用

武亞紅

(鄭州市藝術工程學校，河南 鄭州 450000)

豫劇源于中原，是我國具有較大影響力的地方劇種之一。作為一所藝術類的中等職業學校，學生應具有一定的欣賞我國傳統的戲曲文化的素養。本文研究的意義在于，將豫劇這一古老的地方劇種以現代虛擬現實技術重現在網絡的虛擬場景中，以一種全新的形式使人們身臨其境，有更大的沉浸感和娛樂功能，同時也將進一步借助網絡傳播和發揚我國傳統戲劇文化。

1 設計思想

戲曲作為我國傳統文化的重要代表，有著悠久和輝煌的歷史。各地各民族的戲曲無一不體現著先民對生活的高度熱情，對藝術的高度創造，對鄉土的高度眷戀，對生命的高度智慧。

豫劇是源于中原的全國性劇種，在我國戲劇的百花園里享有很高的地位。豫劇愉悅身心的社會功能有目共睹，然而上世紀80年代以后，隨著文藝領域里呈現的多元化發展態勢，在傳統農業生態中發展、成熟起來的戲曲劇種，日漸失去統領城鄉文化娛樂的主流地位，傳統戲曲在全球經濟一體化過程中出現了前所未有的危機。尤其是在青年學生中，他們思維活躍，喜愛流行音樂，對于傳統文化藝術接觸不多。

日前，很多地區已經啟動了“保護非物質文化遺產，弘揚民族傳統戲曲文化”工程，也出現了一些二維的戲曲動畫片，有力的保護和弘揚了我國的戲曲文化。如果能讓古老的豫劇在網絡中立體的呈現在人們的眼前，必將為更多的人們和青年學生所喜聞樂見。

為此，本文提出了基于虛擬環境的豫劇表演片段重建技術的研究，建立了一個“豫劇大舞臺”，通過網頁，將豫劇舞臺的VRML場景鏈接到網上，用戶可以瀏覽舞臺場景，觀賞豫劇表演片段，在網上欣賞3D豫劇人物的表演。

為了能夠將豫劇表演片段重建于基于網絡的虛擬場景中，要通過三個方面來表現虛擬的戲劇場景:首先，三維建模技術是建立虛擬場景的基礎，對舞臺中對象進行建模，包括舞臺、道具等，對一些對象賦予交互能力，如幕布、燈光的開啟都可以通過用戶的交互完成;其次，通過一些文字、圖片等資料介紹豫劇相關的知識，以達到深入了解豫劇，并喜歡豫劇的目的;最后，通過將VRML虛擬場景與數據庫相連，使用戶快捷的調用對應的虛擬豫劇表演片段場景來進行觀賞。

2 需求規定

本文研究的主要目的是在于利用三維動畫的簡練形式，以現代技術手段包裝豫劇唱段，使得豫劇文化在網絡中以全新的面貌呈現在人們面前，讓人們身臨其境，在欣賞豫劇的同時愛上豫劇，在時代發展的浪潮中仍舊可以以時代發展的節奏煥發青春。主要有以下幾個方面的功能:(1)網站介紹、用戶登錄和注冊。(2)豫劇片段查詢及展播。(3)豫劇相關知識介紹。

3 基于虛擬環境的豫劇表演片段重建的實現

3.1 豫劇表演虛擬舞臺環境的建立

豫劇表演舞臺虛擬環境的建立選用建模。3ds Max是國內PC機上最流行的一種三維建模及動畫軟件，使用起來非常直觀快捷。而且3ds Max與VRML結合得非常好，可以把三維模型和動畫輸出為.wrl格式的VRML文件，而且信息丟失不多。以下是我建立的豫劇舞臺的圖片如下圖1、2所示。

圖1所示的是傳統的戲劇表演的舞臺，圖2所示的是虛擬的戲劇場景舞臺。它們是兩種風格的舞臺形式。

(1)建立舞臺場景模型。本例中就采用了專業三維軟件3ds Max9來創建基本的舞臺場景的幾何模型。對于建筑物的建模一般采用多邊形建模方法，在3ds Max建模時最好用米為單位，因為3ds Max建模輸出的時候，VRML默認物體的單位為米。在3ds Max中建立豫劇舞臺虛擬場景的方法為:按照設計圖紙的要求，在3ds Max中對要創建的虛擬現實對象，按一般制作三維動畫模型的方法進行建模。在3ds Max中建立場景時，場景中的物體要注意不宜過于復雜。

(2)場景的美化。為了增強模型的美感和真實感，要為各個模型賦予材質使模型具有顏色、反光度、透明度等光學特性，在部分模型上使用紋理(Texture)貼圖，以增加真實感。增加、修改場景中的燈光設置，使整個場景能表現出比較好的立體感和層次感。建立攝像機，通過攝像機的取景角度，從各種視角觀察模型和場景。

最后在輸出前要對模型優化(Optimize)，即在模型表面具有同樣平滑度的情況下，盡量減少頂點數及面數。

將在3ds Max中處理好的豫劇舞臺虛擬場景數字化模型輸出為*.wrl格式的VRML文件。為了避免在輸出后在3DS MAX中設置的材質貼圖找不到，在VRML97導出設置對話框中“位圖URL前綴”欄中，“使用前綴”復選框必須取消選擇，并且在后面的文本框中要輸入紋理貼圖文件的URL鏈接地址，或者將場景中用到的所有紋理貼圖文件整理后，統一保存VRML場景文件的同一個目錄的下面。

3.2 人物造型的創建及人物動畫的設置

人物造型的創建分為幾何建模，加入骨骼，設置動作幾個步驟。本文建立的是一個卡通的花木蘭人物造型，采用的是表面模型，造型完成后，要為模型加入骨骼，然后通過“蒙皮”將骨骼與模型建立聯結，為骨骼設置動作人物才能動起來。

3ds Max自身具有一套骨骼系統。全能的蒙皮骨骼動作插件“Character Studio”，有著完整的兩足動物骨架，并且有自己一套獨特的IK鏈，調整起來非常方便快捷。它創作速度快，而且還有強大功能的動作融合器，復雜的群集動畫場景。本文所用到的花木蘭戲曲卡通人物就是采用了Character Studio為其創建骨骼系統，并設計動作，創建花木蘭戲曲卡通人物的模型。如下圖3所示。

圖3 花木蘭人物模型

動畫調整完成后，將其導出為 WRL格式文件，在“VRML97導出器”對話框中，要把“坐標插補器”選項勾選上，才能保證動畫的輸出。用3ds Max建立的模型，導出WRL格式文件后，文件會比較大，可以用VRMLPad提供的publish功能進行壓縮。本文的花木蘭人物模型未壓縮前文件有14MB，壓縮后僅有3MB左右。

3.3 聲音的加入和動畫控制

VRML通過各種聲音節點引入外部的聲音文件，在VRML中有效的聲音文件格式包括MIDI文件、MP3格式文件和WAV文件。而MPEG文件作為一種高效的音頻和視頻壓縮存儲格式，同樣可以作為一個外部的聲音文件引入。

動態就是某些對象會隨著時間的變化而變動位置、方位和大小等，所以控制一個動態的虛擬對象，需要兩個重要的控制因素，第一個是控制動態對象的時間，例如開始時間、結束時間以及循環周期:另一個是描述動態對象改變的方式，如移動、旋轉或縮放等。連接這些節點的指令是ROUTE(路由)，它會將某個節點的event0ut事件傳遞給某個節點產生的eventIn事件，從而達到動態目的。在VRML中，Inline節點可以用來從任意地方讀取VRML造型文件，若URL域為空，則沒有任何動作。

Anchor錨鏈節點相當于HTML語言中的超級鏈接，使用Anchor錨鏈節點能實現Internet上任意位置、任意文件之間的互聯、互動及感知。Anchor節點能實現VRML場景之間、VRML場景與HTML網頁之間以及與其它3D虛擬場景之間的調用和互動，同時利用 Anchor節點還可以直接上網，使VRML三維虛擬場景更加豐富、生動。

3.4 與場景的交互

VRML支持開發人員設計出現實感極強的三維世界，而體現其現實性的一個重要方法就是允許用戶和三維對象進行直接的交互。交互性是指用戶可以在希望的時候控制各個對象，改變運行的方向和結果，實現動畫，并真正參與到整個過程中。實現交互的一個基本方法就是使用各種傳感器節點。為了使虛擬空間具有動感，構造指令可以包含綁定指令，綁定指令描述如何將節點綁定在一起。VRML綁定包括:綁定在一起的節點和在節點之間綁定的路由或者叫做路徑。綁定兩個節點之后，第一個節點通過這樣的路徑傳送給第二個節點的信息叫做事件。事件包含一個值。當一個節點接收到一個事件時，它將根據節點的特征開始動畫或者其它事情。通過綁定多個節點，用戶可以創建許多路由，從而使空間更加具有動感。這就要求不僅獲取用戶動作，而且還要使場景實時發生變化。基本的交互機制由傳感器節點加上路由即可實現。

4 應用

本人就職于一所藝術類的中等職業學校，學校開設有戲曲欣賞課，在課堂上我將作好的基于虛擬場景的豫劇表演動畫顯現在學生面前，讓學生有身臨其境的感覺，極大的調動了學生的求知欲和學習的積極性。

將虛擬現實技術應用到多媒體教學中，能更好地解決以往教師語言描述與由學生知識儲備不足而引起的教師、學生對問題的理解假設不一致的難題，尤其對于藝術欣賞課程更是如此，說得再多不如親眼所見，親耳所聽。讓學生在虛擬的三維環境中，以動態和交互的方式對戲曲文化對象進行全方位地審視和了解。

前面將虛擬的豫劇表演片段已經建立起來了，那么如何將其呈獻于人們面前，最有效的方法當然是通過網絡。通過網頁建立了一個“豫劇大舞臺”，將豫劇舞臺的VRML場景鏈接到網上，用戶可以瀏覽舞臺場景，觀賞豫劇表演片段，在網上欣賞3D豫劇人物的表演。通過一些文字、聲音、圖片資料等介紹戲曲知識，我國戲曲中一影響很大的地方劇種——豫劇的相關知識。另外，實現了VRML三維場景文件與數據庫的連接，在虛擬豫劇舞臺場景和表演片段查詢中，可以根據用戶的需求實現VRML舞臺場景及豫劇片段的輸出。

系統建成后，通過IIS用Web站點發布，其中包括虛擬舞臺的漫游、戲曲知識介紹、戲曲名家、戲曲文化、戲曲音樂、戲曲論壇等相關內容以及用戶登錄和注冊、豫劇表演片段查詢等項目。

將VRML虛擬舞臺場景文件嵌入網頁方法是:通過＜embed＞標簽來完成。在網頁文檔體中放入如下語句:

＜embed width="600"height="400"src="wutai.wr1"style ="HEIGHT:400px;WIDTH:600px"vrml_dashboard=false＞

“src="wutai.wrl"”，指當前鏈接的VRML文檔的路徑及文件名(wutai.wrl)。應保證當前鏈接的VRML文檔與該網頁文檔在同一目錄下;否則要寫清VRML文檔的詳細絕對路徑。“width="600"height="400"”，則分別指定了VRML瀏覽器顯示的寬和高的參數值?！皏rm l_dashboard=fals”的作用是將VRML瀏覽器的工具欄隱藏。

系統中涉及到的數據庫有兩個，一是用于存放用戶信息的數據庫，二是用于存放虛擬舞臺場景和表演片段查詢的數據庫。系統選用Microsoft Access 2000來創建數據庫。

用Access 2000建立user.db數據庫，內建一個usertable表，表中數據類型如下表1所示，建立一個查詢文件數據庫search.db，包含一個vrm l表，結構如表2所示。

表1 用戶信息數據庫user.db中的usertable表結構

字段 數據類型 說明Password 文本 密碼Sex 文本 性別Birthday 日期/時間 出生日期Address 文本 住址Email 文本 電子郵箱

表2 用于存放VRML模型文件名的數據庫search.db中的vrml表

數據庫結構建立起來后，用戶通過瀏覽器進行數據庫訪問，而數據庫通過Web服務器把信息發布出去。在基于Web環境的網站建設應用中，數據庫的訪問是一個關鍵問題。與數據庫的通信要通過打開的連接來進行。在網站的首頁，用戶點擊注冊后，系統通過ADO中的Conection對象建立數據庫并將其連接到網頁。

打開注冊頁面，在頁面中輸入相應信息后，點擊確定，此時用戶信息數據庫中會增加了輸入的信息。

圖4 網站調用舞臺場景后的頁面

只有注冊用戶才可以使用搜索功能，查詢并顯示虛擬舞臺場景及表演片段，經過search.db數據庫找到相應的VRML場景文件，經數據庫調用到ASP，然后ASP與VRML文件之間通信，“戲曲大舞臺”的主頁面上會出現對應的虛擬舞臺場景及相應表演片段。最終效果如圖4所示。

5 總結與展望

本文主要研究虛擬現實技術在豫劇表演片段重建方面的應用。著重研究了3D建模軟件3ds Max和VRML語言相結合，在創建動態虛擬舞臺表演場景過程中涉及到的技術，并取得了一定成果，主要包括以下幾個方面:

(1)采用3D軟件與VRML語言相結合，創建了豫劇舞臺虛擬場景。

(2)采用3ds Max三維軟件建立人物模型，并為其創建骨骼系統，使用骨骼“蒙皮”技術，為人物設計舞臺表演動作。

(3)通過研究在虛擬舞臺場景中添加聲音，并與表演動作相結合，實現豫劇表演片段在虛擬環境下的重建。

(4)利用VRML語言提供的交互功能，實現了人機簡單的交互，如點擊按鈕，控制表演的停止和開始。

用現代虛擬現實技術將豫劇重現在網絡的虛擬場景中，本文有了初步的研究，但是還可以從以下幾個方面進一步展開更深入的研究和探索:擴大規模，建立虛擬舞臺場景庫、戲曲人物模型庫及戲曲人物表演動作庫;人物動畫方面還有待進一步細化，包括人物的臉部表情與口型動畫，人物動作與音樂節拍的配合等都還有很多有待進一步研究;進一步完善系統的交互功能，使系統能夠達到用戶點播，隨意切換舞臺場景和表演人物，觀看不同的演出的效果。

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［2］曹彤.虛擬博物館的三維場景構造及交互漫游實現［J］計算機工程與設計，2007.12

［3］馮啟蒙.王振輝.基于數據庫的XML存儲技術設計和實現［J］計算機系統應用，2006，9:32－38.