高校攝影專業仿真實驗室的設計研究

朱杰

摘? 要：近年來隨著計算機技術的不斷發展，高校各專業都借助于虛擬技術開發并運用了仿真實驗室，通過仿真實驗室教學，一方面提高了高校的教學效率，另一方面大大降低了教學成本，因此建立虛擬仿真實驗室越來越受到教育工作者的關注和推崇。在此背景下，作者以高校攝影專業為例，對仿真虛擬實驗室的設計進行了細致的研究，闡述了建設仿真實驗室對攝影專業教學的幫助，并對高校攝影專業仿真實驗室系統模塊構建進行了分析，最后就攝影專業仿真實驗室的開發與實現進行了總結。希望通過文章的研究，能夠為我國高校攝影專業仿真實驗室的設計提供一定的建議和意見，從而更好的促進我國高等教育體系的穩定發展。

關鍵詞：攝影專業;仿真實驗室;設計;研究

中圖分類號：G647? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0083-02

Abstract： In recent years， with the continuous development of computer technology， all majors in colleges and universities have developed and used simulation laboratories with the help of virtual technology. On the one hand， the teaching efficiency of colleges and universities has been improved. On the other hand， it greatly reduces the teaching cost， so the establishment of virtual simulation laboratory is more and more concerned and respected by educators. In this context， taking the photography major in colleges and universities as an example， the author makes a detailed study on the design of the simulation virtual laboratory and expounds the help of the construction of the simulation laboratory to the teaching of photography specialty. It also analyzes the construction of the system module of the simulation laboratory of photography specialty in colleges and universities， and finally summarizes the development and implementation of the simulation laboratory of photography specialty. It is hoped that through the research of this paper， we can provide some suggestions and opinions for the design of photography simulation laboratory in colleges and universities， so as to promote the stable development of higher education system in our country.

Keywords： photography major; simulation laboratory; design; research

1 概述

虛擬現實技術，即VR技術，最早出現于上世紀八十年代，近年來其在計算機網絡技術的支持下取得了突破性的進展，在軍事、教育、建筑以及影視攝像領域發揮了不可替代的作用。尤其在教育領域，在虛擬現實技術的基礎上，大量專業仿真實驗室被建立，開啟了教育模式新紀元：一方面利用虛擬現實技術，教學成本大幅度下降，從根本上彌補了教育資源不足的問題，另一方面提升了學生實驗課程質量，提高了學校教學效率，因此這種仿真實驗室受到了國內各大高校的歡迎。本文以高校攝影專業為例，將虛擬現實技術融入到高校攝影專業課程中，對攝影專業仿真實驗室的建設與開發進行了一定的研究，在一定程度上推動了高校攝影專業的教學質量發展。

2 仿真實驗室建設的背景

便攜性、實用性以及高效性是數字攝影所特有的優勢，它在攝影產業中有著重要的作用，但是不可避免的數字攝影教學也存在著一些急需解決的問題，具體分析起來主要包括以下幾個方面：

首先，數字設備成本高昂且產品更新換代速度極快，如果購買一整套數字攝影設備會花費很多的資金，教學成本直接提升，給學校造成較大的經濟壓力。通常情況下，高校的攝影課程根據學生的專業情況可以分為專業類教學和選修類教學，專業類教學的數字設備支出是一個很龐大的組成，眾所周知，攝影設備類別多種多樣，相機、鏡頭、閃光燈、三腳架等都是攝影過程中必不可少的組成構建，而每個組成種類下又可以分為很多種不同的類型，例如相機鏡頭可以分為拍攝風景或者專業大場景的廣角鏡頭、拍攝局部特寫的微距鏡頭、拍攝遠處細節的遠射鏡頭等，學校為了保證教學的全面性必須將各種類別的鏡頭全部購買下來，這無疑是一筆巨大的費用支出。另外，數字設備的更新速度極快，學校在購買一套設備后可能在僅使用一段時間后，市場上又出現了新型的攝影設備，如果學校不進行設備更新，學生的技能無法得到保障，如果及時進行設備更新，學校的投入和產出必然出現失衡。

其次，數字攝像設備具有較高的損壞率，各個零件如果操作或者保護不當都可能出現故障，而針對于高校初學者來說，這種情況發生的可能性則更大。

第三，學校僅使用數字設備進行教學，在理論課程上會缺乏直觀的操作效果，課程教學效果也會受到一定影響。尤其對于攝影課程這種理論和實踐結合度較高的學科來說，一旦理論和實踐脫節就會嚴重影響學生的綜合學習能力。

最后，學校每年設備采購經費都有一定的限制，導致很多學校攝影設備使用年限和購買周期都過長，實踐課程很難及時獲得新型設備。

3 建設仿真實驗室對攝影專業教學的幫助

3.1 有效降低攝影專業教學成本

建立攝影專業仿真實驗室能夠有效降低專業教學成本，傳統的數字設備配件多且各個部件都屬于精密儀器，因此需要花費人員去進行維護保養，同時設備昂貴又容易過時也導致攝影專業教學成本過高。但是如果能夠利用虛擬技術建立仿真實驗室，就能夠建立大量虛擬的攝影材料庫，例如虛擬相機、虛擬鏡頭、虛擬閃光燈等，這樣能夠有效緩解學校教學資金壓力，從而降低專業教學成本。

3.2 能夠更好的實現資源共享

當今社會，可以說很多行業都離不開攝影技術的支持，因此如果能建立虛擬仿真實驗室就能夠更好的實現不同學科甚至不同行業之間的資源共享。例如建立虛擬仿真實驗室，藝術設計專業可以使用，數字媒體專業可以使用，另外建筑專業建筑攝影教學也可以使用。從一般高等院校的教學資源配置方面來看，數字攝影專業學生的攝影實踐課程設計的較為豐富，學生使用器材的配備也較齊全，但是對于其他專業來說，教學設備問題就相對較多，不光學生使用的相機型號較單一，其功能模式也相對不夠新穎健全，另外相機鏡頭通常只配備最基礎的型號，接觸的其他硬件設備也十分有限，導致實踐效果和理論效果都難以符合教學要求。但是如果能夠建立虛擬仿真實驗室，則能夠很好的解決這類問題，不但設備資源能夠實現跨專業共享，學生還能夠通過虛擬環境、模擬實驗，獲得最直觀的感受。

3.3 實驗項目多樣化，實驗不受制約

建立虛擬仿真實驗室，學生在進行實驗教學時受到的限制就會相對較少。舉例來說，當采用傳統實驗室進行實驗教學時，由于受到實驗設備的限制，通常要進行分組式教學，且學生實驗時間受實驗室開放時間限制程度也較大，因此每個同學的實踐參與度相對較低，實驗教學效果較差。但是如果建立并使用虛擬仿真實驗室，由于實驗室主要依托于計算機網絡平臺，因此只要計算機網絡方面允許，就能夠讓多組學生同時進行實驗項目操作，甚至可以實現不同專業教師同時進行實驗教學的效果。

3.4 更加符合教學規律

虛擬仿真實驗室的建立更加符合現代社會的教學規律，當前的大學生多為95后甚至00后，他們對枯燥的理論知識和單調的實踐課程已提不起興趣，因此再采取傳統的教學實驗方式很難達到既定的教學效果。但是如果能運用虛擬仿真實驗室進行教學，不但能夠提升教師和學生之間的交互性，還能提升課程的娛樂性，顯然這種教學方式更加符合當前的教學規律。

4 高校攝影專業仿真實驗室系統模塊構建概述

4.1 建立虛擬基礎實驗設計

對攝影基礎操作部分進行的實驗教學可以歸集為虛擬基礎實驗設計模塊之中，這一教學內容主要包括：小孔成像實驗和曝光控制實驗。

小孔成像的原理主要基于光線的直線傳播原理，當小孔足夠小，只能讓一線光源通過時，投光屏上只能呈現出一根光束投射的像，而對整個光源來說，光源上任意一點都有一根光束通過小孔投射在投光屏上，投光屏上就會呈現一組光源的像。屏幕與小孔之間的距離就是像距，要想改變投光屏上呈像的大小就可以通過調節像距的大小得以實現。如果小孔的直徑增加，光源上某一點發出的光線就會通過小孔形成較大的光斑，同樣光源上每一點都會透過小孔在屏幕上形成較大的光斑，這種光斑就會相互重疊，從而在屏幕上無法形成清晰的呈像。由此可以得知，選擇適當的小孔大小，是得到清晰圖像的決定性因素。

相機鏡頭中可調節大小的孔洞即是相機的光圈，如果想要對進入鏡頭的光線數量進行調節掌控，就可以通過調節光圈大小來實現，通常情況下，相機光圈開的越大，進入相機鏡頭內的光就越多。快門是控制光線進入的閘門，快門速度越高，進入的光線就越少，反之亦然。ISO是感光材料的感光速度，通常來說，ISO值越低，照片的質量就會越高。虛擬基礎實驗設計模塊就是通過虛擬仿真技術來對曝光三要素加以展示的過程。

4.2 建立虛擬燈光系統與拍攝效果

攝影專業除了普通攝影學習外，還有廣告攝影、商業攝影等課程，其中商業攝影主要是在閃光燈的作用下，對商業標的進行的高品質拍攝，因此為了提升學生商業攝影水平，就需要讓他們進行充分的虛擬燈光系統實踐。閃光燈主要包括以下幾個特點：光位、光質（即光的屬性分為柔光和硬光）、光型、光度、光色和光比。

5 高校攝影專業仿真實驗室的開發與實現

5.1 虛擬仿真相機設備庫的開發與實現

虛擬仿真相機設備庫與傳統數字相機設備庫一樣，主要由相機、鏡頭、三腳架、云臺、閃光燈和儲存卡組成，要想開發虛擬仿真相機設備庫首先要設計制作相關結構的三維模型，并運用3dmax，C4D三維軟件進行后期處理。

5.2 虛擬仿真基礎技術實驗的開發與實現

相機光圈、快門的控制，ISO、曝光技術的處理等都可以劃分到虛擬仿真基礎技術實驗當中，為了保證實驗的精確性和有效性，相機各個構件參數都要有一個嚴格而又精確的數值設置。在實驗過程中要想獲得不同的實驗效果，就可以對數值進行不同的設置。以上內容同樣可以使用C4D軟件建立三維模型，也可以采用flash的ActionScript語言對教學模塊進行虛擬演示。

6 結束語

綜上所述，本文通過對攝影實驗課現狀進行分析，展現了建立虛擬仿真實驗室的重要性和必要性。虛擬仿真實驗室是高校實驗室教學的一個發展趨勢，在虛擬實踐中不僅能節約一定的物力財力，更能在參與實踐過程中提高學生攝影學習的積極性，增強攝影動手能力，樹立更強的自信心。

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