動(dòng)畫(huà)視覺(jué)元素在教學(xué)類(lèi)虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

章凱

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的不斷發(fā)展與普及，虛擬仿真技術(shù)現(xiàn)如今被更多的高校以及其他教學(xué)領(lǐng)域所關(guān)注，并將其應(yīng)用到教學(xué)的實(shí)踐中。但是在虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)化實(shí)踐中，常會(huì)發(fā)現(xiàn)較之娛樂(lè)類(lèi)的虛擬仿真，這種嚴(yán)肅類(lèi)的虛擬仿真系統(tǒng)往往存在著畫(huà)面粗糙，交互方式單一等的缺陷，從而使得用戶對(duì)此類(lèi)系統(tǒng)的初始印象便停留在生硬刻板之上，以至于會(huì)降低使用系統(tǒng)的積極性，影響實(shí)際的教學(xué)效果。而動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)元素的應(yīng)用是對(duì)其較好的彌補(bǔ)。且動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)元素正是兩類(lèi)虛擬仿真系統(tǒng)所存在差異的最主要問(wèn)題。本文就分析動(dòng)畫(huà)視覺(jué)元素在教學(xué)類(lèi)虛擬仿真中的應(yīng)用。從動(dòng)畫(huà)的構(gòu)圖，色彩及景深等視覺(jué)元素為分析點(diǎn)，得到關(guān)于動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)元素應(yīng)用于嚴(yán)肅類(lèi)虛擬仿真系統(tǒng)可供借鑒的實(shí)踐依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】嚴(yán)肅類(lèi)虛擬仿真;趣味性;藝術(shù)性

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1007-0125（2020）08-0101-02

一、構(gòu)圖設(shè)計(jì)在軟件界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

軟件界面即軟件用戶界面（User Interface），是用戶與軟件交互的界面接口①，用戶可以點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)以實(shí)現(xiàn)軟件制定的功能。當(dāng)觀察部分嚴(yán)肅類(lèi)教學(xué)用的虛擬仿真系統(tǒng)時(shí)，我們不難發(fā)現(xiàn)其UI界面停留在設(shè)計(jì)刻板，缺乏交互性等問(wèn)題上，圖標(biāo)按鈕等在響應(yīng)時(shí)只有最簡(jiǎn)單的反饋，缺乏互動(dòng)性與趣味性。

為改善上述問(wèn)題，在設(shè)計(jì)與制作時(shí)需融入了動(dòng)畫(huà)畫(huà)面設(shè)計(jì)的構(gòu)圖設(shè)計(jì)理念。在設(shè)計(jì)前，我們需要知道的是UI界面對(duì)于該系統(tǒng)是輔助性交互接口，用戶更加關(guān)注的是可供演示教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際畫(huà)面大小，因此UI在畫(huà)面中的比重不宜過(guò)大。

在針對(duì)主菜單的設(shè)計(jì)時(shí)，首先將需要在用戶界面中體現(xiàn)的功能性按鈕進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，準(zhǔn)確的按鈕數(shù)量也就決定了UI主菜單在畫(huà)面中的基礎(chǔ)布局，即菜單橫置或者縱置，為了保證對(duì)于文字閱讀的流暢性，我們需要在菜單中文本類(lèi)的排版以橫向從左至右的方式為優(yōu)，對(duì)于按鈕數(shù)量較少的菜單欄而言，可以試用橫置的菜單布局（如圖3-2-2）;如果數(shù)量較多，可以使用菜單縱置的布局（如圖3-2-3），對(duì)于存在過(guò)多數(shù)量的按鈕而言，單列或者單行則無(wú)法容納，可以考慮使用二級(jí)菜單進(jìn)行進(jìn)一步分類(lèi)，或通過(guò)創(chuàng)建下拉菜單的方式來(lái)處理，以保證菜單的美觀，并不會(huì)過(guò)多地占用畫(huà)面中像素。

在輔助性菜單或者信息提示框的設(shè)計(jì)時(shí)，依然要確保這些按鈕或者提示框的輔助性，不能過(guò)多地占用畫(huà)面像素。在放置這類(lèi)圖標(biāo)時(shí)，可以使用圍繞型或者置底型的構(gòu)圖形式。圍繞型，即以畫(huà)面中央為構(gòu)圖中心，圍繞畫(huà)面邊緣進(jìn)行元素的擺放（如圖3-2-4）;置底型則忽略畫(huà)面中心，以底邊為基準(zhǔn)，依次擺放相應(yīng)元素（如圖3-2-5），上述兩種方案都是以保證畫(huà)面的有效像素為前提而設(shè)計(jì)的，且盡可能地保證了UI元素在畫(huà)面結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定性與均衡性。

綜上，將動(dòng)畫(huà)的構(gòu)圖設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到虛擬仿真系統(tǒng)的UI設(shè)計(jì)中時(shí)，可以將虛擬仿真內(nèi)容視為畫(huà)面主體，各功能性按鈕視為畫(huà)面輔助性元素，以動(dòng)畫(huà)畫(huà)面的主次元素構(gòu)成原則為參考，即畫(huà)面各元素在結(jié)構(gòu)上都需以被攝主體物為視覺(jué)中心，在內(nèi)容上都需要為被攝主體物服務(wù)為原則，對(duì)畫(huà)面各元素進(jìn)行主次結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)上的排序，在保證畫(huà)面結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的前提下進(jìn)行針對(duì)性處理，由此可以實(shí)現(xiàn)有效地科學(xué)性地?cái)[放多種元素，在不影響仿真系統(tǒng)說(shuō)教功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了各種按鈕的人機(jī)交互功能，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)最初的視覺(jué)印象有質(zhì)的提升。

二、色彩設(shè)計(jì)在軟件全局視覺(jué)傳達(dá)中的應(yīng)用

色彩設(shè)計(jì)對(duì)軟件的全局視覺(jué)傳達(dá)的影響包含了兩個(gè)方面：用戶界面的色彩指定以及軟件仿真場(chǎng)景的色彩設(shè)計(jì)。這兩方面的色彩指定直接影響了軟件的整體色彩傾向，決定了用戶對(duì)軟件色彩的審美評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

（一）對(duì)用戶界面色彩指定的影響

將動(dòng)畫(huà)的色彩設(shè)計(jì)思維應(yīng)用到用戶界面的色彩設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到用戶界面的整體色相以及與提示性文本之間的疊加關(guān)系。第一、在處理用戶界面的整體色相時(shí)，需要確定用戶界面的顏色主基調(diào)，在主基調(diào)的基礎(chǔ)上輔之以同色系的顏色進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。在動(dòng)畫(huà)的色彩設(shè)計(jì)中，需要以主體為中心，背景等輔助性圖形都需要服從主體的色彩設(shè)定，不能搶占了主題在畫(huà)面中的主要位置。這一點(diǎn)在用戶界面的色彩設(shè)計(jì)上也同樣適用，上文中提到，用戶界面僅僅是作為用戶與軟件的交互接口，所以它是作為輔助性作用存在的圖形按鈕，因此，從確定主色調(diào)時(shí)就需要選擇低飽和度的顏色作為主色調(diào)。同樣，輔助性圖標(biāo)的顏色也需要以此為基本前提，在主色調(diào)的同類(lèi)色中進(jìn)行挑選并展開(kāi)具體的顏色設(shè)定。在動(dòng)畫(huà)的色彩設(shè)計(jì)中，場(chǎng)景角色的色指定需要同時(shí)考慮到劇情發(fā)展或者人物設(shè)定等外部因素，在用戶界面的色彩指定時(shí)，也需要考慮到軟件自身所處的使用環(huán)境等外部因素。而該軟件所應(yīng)用的外部環(huán)境是教學(xué)場(chǎng)所，因此需要較為嚴(yán)肅的色相作為主色調(diào)，所以可以使用色相偏冷的顏色作為主色調(diào)，可以從感性認(rèn)知層面加強(qiáng)此類(lèi)軟件的嚴(yán)肅性與科學(xué)性。第二、需要注意到用戶界面的顏色與提示性文本之間的疊加關(guān)系，用戶界面在設(shè)計(jì)之初就是方便用戶與軟件的溝通，所以大部分的UI按鈕都伴隨著提示性文本，并且這類(lèi)文本往往是懸浮于按鈕之上的。因此，在對(duì)用戶界面的顏色指定上也需要考慮到按鈕與文本之間的關(guān)系，在解決這類(lèi)關(guān)系時(shí)最常用的解決方案即盡可能地?cái)U(kuò)大文本與底部按鈕在顏色上的對(duì)比度，最大化的對(duì)比是黑白的對(duì)比，但這種對(duì)比是犧牲美感的設(shè)計(jì)。因此，我們需要在保證文本可被清晰識(shí)別的前提下，賦予主色調(diào)明顯的色相，并在明度上與文本拉開(kāi)對(duì)比度。

綜上，在處理用戶界面的色指定時(shí)，需要考慮到其與主體顏色的關(guān)系、與使用環(huán)境的關(guān)系、與提示性文字的關(guān)系等多種因素。使用低飽和度，偏冷色調(diào)，與文字有較強(qiáng)明度差的顏色，是針對(duì)此類(lèi)嚴(yán)肅性教學(xué)軟件的用戶界面顏色指定較為優(yōu)秀且不會(huì)犯錯(cuò)的方案之一。

（二）對(duì)軟件仿真場(chǎng)景的影響

仿真場(chǎng)景作為該軟件中所占畫(huà)面比最大的組成成分，色彩設(shè)計(jì)顯得尤為重要，恰當(dāng)?shù)念伾付ǎ虾鯇徝赖睦渑瘜?duì)比直接影響到用戶的使用體驗(yàn)，將動(dòng)畫(huà)的色彩設(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)技巧應(yīng)用到仿真場(chǎng)景中主要體現(xiàn)在以下方面：

第一，需考慮仿真場(chǎng)景的色彩真實(shí)性，首先需要事先對(duì)所要進(jìn)行仿真的場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)地考察，可以通過(guò)拍取照片或參考視頻的形式，確立所處環(huán)境的基本色調(diào)，在進(jìn)行具體場(chǎng)景構(gòu)建時(shí)，需要保證畫(huà)面美觀的前提下，對(duì)素材的顏色進(jìn)行明度或者飽和度上調(diào)整，在不犧牲場(chǎng)景真實(shí)度的情況下，盡量保持畫(huà)面的整體性。其次，適當(dāng)?shù)卦黾赢?huà)面的細(xì)節(jié)，可以通過(guò)調(diào)整物體的材質(zhì)屬性，讓物體在體現(xiàn)固有色的基礎(chǔ)上，表現(xiàn)出凹凸、高光與反光等屬性;也可以通過(guò)改變物體的貼圖，在貼圖上增加雜色，或者紋理等效果。由此可以在保證畫(huà)面色調(diào)統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上，增加場(chǎng)景的細(xì)膩度與可觀賞度。

第二，需考慮各元素之間的色彩關(guān)系，場(chǎng)景的構(gòu)建是眾多物體與元素的組合，隨即帶來(lái)的問(wèn)題即體現(xiàn)在色彩的指定上，上文我們提到可以參考實(shí)際環(huán)境進(jìn)行主色調(diào)的設(shè)定，本節(jié)將從場(chǎng)景內(nèi)部各元素之間的色彩關(guān)系為分析點(diǎn)，闡述如何合理地分配各元素之間的色彩關(guān)系。在做動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景的色彩指定時(shí)，為了區(qū)分各元素之間的色彩關(guān)系豐富畫(huà)面內(nèi)容，通常的做法是增加各元素之間色彩的明暗與飽和度的對(duì)比，由此，可以在保證畫(huà)面整體色相不會(huì)發(fā)生紊亂的情況下豐富畫(huà)面內(nèi)容。此類(lèi)做法通常也可以應(yīng)用到此類(lèi)教學(xué)仿真軟件的場(chǎng)景色彩設(shè)計(jì)中，在如圖中的一個(gè)案例中（如圖3-3-1，案例取自某高校虛擬仿真氣象觀測(cè)場(chǎng)項(xiàng)目），該場(chǎng)景包含了基礎(chǔ)觀測(cè)場(chǎng)與天空，為了能讓用戶更加直觀地分辨出天空與綠地，這里的做法是將天空的藍(lán)色增加了相應(yīng)的飽和度，而沒(méi)有使用現(xiàn)實(shí)生活中常有的灰藍(lán)色，此外，為了增加畫(huà)面的層次感，在天空的設(shè)定中，還增加云朵的設(shè)定，且將云朵的色相定義為純白色，這樣可以拉開(kāi)云朵與天空的空間關(guān)系，進(jìn)而加大畫(huà)面的層次與細(xì)節(jié)。在此案例的另一個(gè)場(chǎng)景中（如圖3-3-2），描繪了強(qiáng)對(duì)流天氣來(lái)臨前的場(chǎng)景狀態(tài)，在這個(gè)場(chǎng)景中的設(shè)定中，人為地將天空烏云的明度進(jìn)行了降低，與實(shí)際生活中的烏云有明顯的差別，此舉亦是為了考慮到云與云之間、云與場(chǎng)景之間的色彩關(guān)系，通過(guò)增加烏云與其他元素在明度上的區(qū)別，既可以更好地營(yíng)造氛圍，同時(shí)也增加了畫(huà)面層次感。

第三，需考慮到環(huán)境所處的時(shí)空對(duì)色彩的影響，在動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景中進(jìn)行色彩指定時(shí)，需要考慮到場(chǎng)景所處的虛擬時(shí)空環(huán)境，如圖3-3-3，所描繪的就是同一場(chǎng)景在不同時(shí)間下的狀態(tài)。因此，在此類(lèi)軟件中進(jìn)行色彩指定時(shí)也需要考慮到例如時(shí)間、季節(jié)等客觀因素。

因此，在表達(dá)氣象類(lèi)虛擬仿真的色彩時(shí)，首先需要注重被虛擬場(chǎng)景的色彩真實(shí)性，只有保證色彩的真實(shí)性，才能保證該虛擬仿真的基礎(chǔ)功能的正確表達(dá)。在此基礎(chǔ)上，需要對(duì)畫(huà)面各元素的色彩飽和度與明暗進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，以符合虛擬環(huán)境的時(shí)空屬性，從而達(dá)到色彩合理化與優(yōu)化，以提升畫(huà)面的美感與質(zhì)感。

三、景深設(shè)計(jì)在虛擬場(chǎng)景中的應(yīng)用

在該仿真軟件中，如何正確地清晰地讓用戶觀察到所要仿真的天氣環(huán)境時(shí)，這就需要合理地?cái)[放攝影機(jī)，以正確的景深讓受眾得到正確的信息，那么如何正確地確定景深，這里可以將動(dòng)畫(huà)的景深設(shè)計(jì)引入軟件的鏡頭設(shè)計(jì)中，合理的景深設(shè)計(jì)可以在正確表達(dá)環(huán)境的同時(shí)，還能最大化地減少計(jì)算機(jī)的耗能，已達(dá)到用戶體驗(yàn)的最佳化，其主要體現(xiàn)在以下方面：

第一，根據(jù)主體物合理地確定景深。在動(dòng)畫(huà)的景深設(shè)計(jì)中，通常需要根據(jù)主體來(lái)確定景深類(lèi)別，大范圍的場(chǎng)景描繪，會(huì)使用大全景或者全景的景深效果，在描繪人物或中型場(chǎng)景時(shí)，會(huì)采用中景景深，在處理特寫(xiě)或細(xì)節(jié)時(shí)，則會(huì)使用小景別配合大光圈以達(dá)到背景虛化的效果。此類(lèi)景深設(shè)計(jì)方法也同樣適用于教學(xué)類(lèi)仿真軟件的景深設(shè)計(jì)中，由于被描繪物為某種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的認(rèn)定有時(shí)是宏觀的，有時(shí)是微觀的。因此，可以以具體的認(rèn)定環(huán)境為參考標(biāo)準(zhǔn)去定義攝影機(jī)的景深。例如，在上文中提及的以表現(xiàn)天氣為目的的交互軟件中，表現(xiàn)霧、雨、雪、沙塵暴等天氣要素時(shí)，大景別的景深更能增加天氣現(xiàn)象的氣勢(shì)，也更符合用戶的觀察習(xí)慣。而在表現(xiàn)凍雨，結(jié)冰等天氣現(xiàn)象時(shí)，可以使用小景別或者特寫(xiě)來(lái)讓用戶更好地進(jìn)行天氣的認(rèn)定。在確定景深的基礎(chǔ)上，可以更好地確定需要使用的粒子的大小與形態(tài)，能夠保證使用較少的粒子，最低的計(jì)算機(jī)耗能去展現(xiàn)準(zhǔn)確的天氣現(xiàn)象。此外，還需要注意到的問(wèn)題是，無(wú)論哪種景深的選擇，都需要考慮到鏡頭末端的畫(huà)面，避免出現(xiàn)不符合畫(huà)面設(shè)定的錯(cuò)誤存在，可以考慮使用環(huán)幕的設(shè)計(jì)放在場(chǎng)景的最遠(yuǎn)端，用來(lái)遮擋空白或者制作場(chǎng)景留下的工程痕跡。

第二，單一物體的多景深展現(xiàn)。在動(dòng)畫(huà)中，對(duì)重要的主體物，需要多機(jī)位呈現(xiàn)，在特寫(xiě)與全景之間切換，以給物體充足描寫(xiě)。在仿真軟件中，同樣也可以給物體進(jìn)行多機(jī)位多景深的展現(xiàn)，但由于仿真軟件存在交互性，因此，不能在同一畫(huà)面中對(duì)景深進(jìn)行來(lái)回切換，而為了讓用戶有更多的觀察空間，可以采用畫(huà)中畫(huà)的畫(huà)面布局，使用1+N的鏡頭模式，1指的是主場(chǎng)景，即在畫(huà)面中所占比重最大的鏡頭，用來(lái)展現(xiàn)該物體的全貌形態(tài)。而N則指的是可以拓展其他的鏡頭，以容納不同的景深畫(huà)面。通過(guò)這樣的畫(huà)面布局，可以增加用戶對(duì)天氣現(xiàn)象的判定要素。在進(jìn)行多景深的呈現(xiàn)時(shí)，依然需要考慮到計(jì)算機(jī)的耗能問(wèn)題。

綜上，在處理虛擬場(chǎng)景中景深時(shí)，要圍繞“如何讓用戶更好地觀察”為原則進(jìn)行具體景深處理，這就要求我們需要根據(jù)被虛擬場(chǎng)景的實(shí)際空間體量為參考標(biāo)準(zhǔn)對(duì)主攝影機(jī)進(jìn)行擺放;且為了方便用戶的觀察，可以適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)位，以增加用戶的觀察與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，從而更好更高效地實(shí)現(xiàn)此類(lèi)軟件功能性的表達(dá)。

四、結(jié)論

本文分析了如何提升教學(xué)類(lèi)軟件的整體美感，以及探討了如何提升人機(jī)交互的趣味性，即將動(dòng)畫(huà)相關(guān)視覺(jué)元素的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到仿真軟件的系統(tǒng)中。作為教學(xué)用的虛擬仿真，在將動(dòng)畫(huà)的視覺(jué)元素設(shè)計(jì)理念進(jìn)行轉(zhuǎn)移變化應(yīng)用的同時(shí)，需要保證該軟件的基礎(chǔ)性功能，即準(zhǔn)確地嚴(yán)肅地進(jìn)行科學(xué)知識(shí)的傳播，方便快捷地輔助教師進(jìn)行教學(xué)，簡(jiǎn)明扼要地促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的把握。在發(fā)生審美性與科學(xué)性之間的矛盾時(shí)，需以科學(xué)性為第一前提，縱使?fàn)奚鼘徝佬裕惨ＷC知識(shí)的正確傳達(dá)。當(dāng)下，傳統(tǒng)教具已經(jīng)很難再承擔(dān)全部的教學(xué)任務(wù)了，大多數(shù)的軟件都以滿足教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)功能性為目的展開(kāi)制作，忽視了在審美層次以及交互趣味性上的提升。本文的目的正是希望能夠通過(guò)案例，總結(jié)出適用于提升此類(lèi)嚴(yán)肅類(lèi)虛擬仿真軟件審美性與趣味性的實(shí)踐依據(jù)。

注釋?zhuān)?/p>

①屠秀棟.淺談UI設(shè)計(jì)[J].多媒體技術(shù)及其應(yīng)用，2010，7：1706-1707.

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