動畫視覺元素在教學類虛擬仿真系統設計中的應用

章凱

【摘 要】隨著計算機軟硬件的不斷發展與普及，虛擬仿真技術現如今被更多的高校以及其他教學領域所關注，并將其應用到教學的實踐中。但是在虛擬仿真技術的教學化實踐中，常會發現較之娛樂類的虛擬仿真，這種嚴肅類的虛擬仿真系統往往存在著畫面粗糙，交互方式單一等的缺陷，從而使得用戶對此類系統的初始印象便停留在生硬刻板之上，以至于會降低使用系統的積極性，影響實際的教學效果。而動畫表現元素的應用是對其較好的彌補。且動畫表現元素正是兩類虛擬仿真系統所存在差異的最主要問題。本文就分析動畫視覺元素在教學類虛擬仿真中的應用。從動畫的構圖，色彩及景深等視覺元素為分析點，得到關于動畫表現元素應用于嚴肅類虛擬仿真系統可供借鑒的實踐依據。

【關鍵詞】嚴肅類虛擬仿真;趣味性;藝術性

中圖分類號：G642文獻標志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1007-0125（2020）08-0101-02

一、構圖設計在軟件界面設計中的應用

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，用戶可以點擊相應的圖標以實現軟件制定的功能。當觀察部分嚴肅類教學用的虛擬仿真系統時，我們不難發現其UI界面停留在設計刻板，缺乏交互性等問題上，圖標按鈕等在響應時只有最簡單的反饋，缺乏互動性與趣味性。

為改善上述問題，在設計與制作時需融入了動畫畫面設計的構圖設計理念。在設計前，我們需要知道的是UI界面對于該系統是輔助性交互接口，用戶更加關注的是可供演示教學內容的實際畫面大小，因此UI在畫面中的比重不宜過大。

在針對主菜單的設計時，首先將需要在用戶界面中體現的功能性按鈕進行統計，準確的按鈕數量也就決定了UI主菜單在畫面中的基礎布局，即菜單橫置或者縱置，為了保證對于文字閱讀的流暢性，我們需要在菜單中文本類的排版以橫向從左至右的方式為優，對于按鈕數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）;如果數量較多，可以使用菜單縱置的布局（如圖3-2-3），對于存在過多數量的按鈕而言，單列或者單行則無法容納，可以考慮使用二級菜單進行進一步分類，或通過創建下拉菜單的方式來處理，以保證菜單的美觀，并不會過多地占用畫面中像素。

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

綜上，將動畫的構圖設計理念應用到虛擬仿真系統的UI設計中時，可以將虛擬仿真內容視為畫面主體，各功能性按鈕視為畫面輔助性元素，以動畫畫面的主次元素構成原則為參考，即畫面各元素在結構上都需以被攝主體物為視覺中心，在內容上都需要為被攝主體物服務為原則，對畫面各元素進行主次結構與空間結構上的排序，在保證畫面結構與穩定性的前提下進行針對性處理，由此可以實現有效地科學性地擺放多種元素，在不影響仿真系統說教功能的同時，實現了各種按鈕的人機交互功能，對于整個系統最初的視覺印象有質的提升。

二、色彩設計在軟件全局視覺傳達中的應用

色彩設計對軟件的全局視覺傳達的影響包含了兩個方面：用戶界面的色彩指定以及軟件仿真場景的色彩設計。這兩方面的色彩指定直接影響了軟件的整體色彩傾向，決定了用戶對軟件色彩的審美評判標準。

（一）對用戶界面色彩指定的影響

將動畫的色彩設計思維應用到用戶界面的色彩設計時，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系。第一、在處理用戶界面的整體色相時，需要確定用戶界面的顏色主基調，在主基調的基礎上輔之以同色系的顏色進行具體設計。在動畫的色彩設計中，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定，不能搶占了主題在畫面中的主要位置。這一點在用戶界面的色彩設計上也同樣適用，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，從確定主色調時就需要選擇低飽和度的顏色作為主色調。同樣，輔助性圖標的顏色也需要以此為基本前提，在主色調的同類色中進行挑選并展開具體的顏色設定。在動畫的色彩設計中，場景角色的色指定需要同時考慮到劇情發展或者人物設定等外部因素，在用戶界面的色彩指定時，也需要考慮到軟件自身所處的使用環境等外部因素。而該軟件所應用的外部環境是教學場所，因此需要較為嚴肅的色相作為主色調，所以可以使用色相偏冷的顏色作為主色調，可以從感性認知層面加強此類軟件的嚴肅性與科學性。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系，用戶界面在設計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，并且這類文本往往是懸浮于按鈕之上的。因此，在對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系，在解決這類關系時最常用的解決方案即盡可能地擴大文本與底部按鈕在顏色上的對比度，最大化的對比是黑白的對比，但這種對比是犧牲美感的設計。因此，我們需要在保證文本可被清晰識別的前提下，賦予主色調明顯的色相，并在明度上與文本拉開對比度。

綜上，在處理用戶界面的色指定時，需要考慮到其與主體顏色的關系、與使用環境的關系、與提示性文字的關系等多種因素。使用低飽和度，偏冷色調，與文字有較強明度差的顏色，是針對此類嚴肅性教學軟件的用戶界面顏色指定較為優秀且不會犯錯的方案之一。

（二）對軟件仿真場景的影響

仿真場景作為該軟件中所占畫面比最大的組成成分，色彩設計顯得尤為重要，恰當的顏色指定，合乎審美的冷暖對比直接影響到用戶的使用體驗，將動畫的色彩設計理念以及設計技巧應用到仿真場景中主要體現在以下方面：

第一，需考慮仿真場景的色彩真實性，首先需要事先對所要進行仿真的場所進行實地考察，可以通過拍取照片或參考視頻的形式，確立所處環境的基本色調，在進行具體場景構建時，需要保證畫面美觀的前提下，對素材的顏色進行明度或者飽和度上調整，在不犧牲場景真實度的情況下，盡量保持畫面的整體性。其次，適當地增加畫面的細節，可以通過調整物體的材質屬性，讓物體在體現固有色的基礎上，表現出凹凸、高光與反光等屬性;也可以通過改變物體的貼圖，在貼圖上增加雜色，或者紋理等效果。由此可以在保證畫面色調統一性的基礎上，增加場景的細膩度與可觀賞度。

第二，需考慮各元素之間的色彩關系，場景的構建是眾多物體與元素的組合，隨即帶來的問題即體現在色彩的指定上，上文我們提到可以參考實際環境進行主色調的設定，本節將從場景內部各元素之間的色彩關系為分析點，闡述如何合理地分配各元素之間的色彩關系。在做動畫場景的色彩指定時，為了區分各元素之間的色彩關系豐富畫面內容，通常的做法是增加各元素之間色彩的明暗與飽和度的對比，由此，可以在保證畫面整體色相不會發生紊亂的情況下豐富畫面內容。此類做法通常也可以應用到此類教學仿真軟件的場景色彩設計中，在如圖中的一個案例中（如圖3-3-1，案例取自某高校虛擬仿真氣象觀測場項目），該場景包含了基礎觀測場與天空，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色增加了相應的飽和度，而沒有使用現實生活中常有的灰藍色，此外，為了增加畫面的層次感，在天空的設定中，還增加云朵的設定，且將云朵的色相定義為純白色，這樣可以拉開云朵與天空的空間關系，進而加大畫面的層次與細節。在此案例的另一個場景中（如圖3-3-2），描繪了強對流天氣來臨前的場景狀態，在這個場景中的設定中，人為地將天空烏云的明度進行了降低，與實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、云與場景之間的色彩關系，通過增加烏云與其他元素在明度上的區別，既可以更好地營造氛圍，同時也增加了畫面層次感。

第三，需考慮到環境所處的時空對色彩的影響，在動畫場景中進行色彩指定時，需要考慮到場景所處的虛擬時空環境，如圖3-3-3，所描繪的就是同一場景在不同時間下的狀態。因此，在此類軟件中進行色彩指定時也需要考慮到例如時間、季節等客觀因素。

因此，在表達氣象類虛擬仿真的色彩時，首先需要注重被虛擬場景的色彩真實性，只有保證色彩的真實性，才能保證該虛擬仿真的基礎功能的正確表達。在此基礎上，需要對畫面各元素的色彩飽和度與明暗進行進一步調整，以符合虛擬環境的時空屬性，從而達到色彩合理化與優化，以提升畫面的美感與質感。

三、景深設計在虛擬場景中的應用

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境時，這就需要合理地擺放攝影機，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，這里可以將動畫的景深設計引入軟件的鏡頭設計中，合理的景深設計可以在正確表達環境的同時，還能最大化地減少計算機的耗能，已達到用戶體驗的最佳化，其主要體現在以下方面：

第一，根據主體物合理地確定景深。在動畫的景深設計中，通常需要根據主體來確定景深類別，大范圍的場景描繪，會使用大全景或者全景的景深效果，在描繪人物或中型場景時，會采用中景景深，在處理特寫或細節時，則會使用小景別配合大光圈以達到背景虛化的效果。此類景深設計方法也同樣適用于教學類仿真軟件的景深設計中，由于被描繪物為某種實驗現象，而對實驗現象的認定有時是宏觀的，有時是微觀的。因此，可以以具體的認定環境為參考標準去定義攝影機的景深。例如，在上文中提及的以表現天氣為目的的交互軟件中，表現霧、雨、雪、沙塵暴等天氣要素時，大景別的景深更能增加天氣現象的氣勢，也更符合用戶的觀察習慣。而在表現凍雨，結冰等天氣現象時，可以使用小景別或者特寫來讓用戶更好地進行天氣的認定。在確定景深的基礎上，可以更好地確定需要使用的粒子的大小與形態，能夠保證使用較少的粒子，最低的計算機耗能去展現準確的天氣現象。此外，還需要注意到的問題是，無論哪種景深的選擇，都需要考慮到鏡頭末端的畫面，避免出現不符合畫面設定的錯誤存在，可以考慮使用環幕的設計放在場景的最遠端，用來遮擋空白或者制作場景留下的工程痕跡。

第二，單一物體的多景深展現。在動畫中，對重要的主體物，需要多機位呈現，在特寫與全景之間切換，以給物體充足描寫。在仿真軟件中，同樣也可以給物體進行多機位多景深的展現，但由于仿真軟件存在交互性，因此，不能在同一畫面中對景深進行來回切換，而為了讓用戶有更多的觀察空間，可以采用畫中畫的畫面布局，使用1+N的鏡頭模式，1指的是主場景，即在畫面中所占比重最大的鏡頭，用來展現該物體的全貌形態。而N則指的是可以拓展其他的鏡頭，以容納不同的景深畫面。通過這樣的畫面布局，可以增加用戶對天氣現象的判定要素。在進行多景深的呈現時，依然需要考慮到計算機的耗能問題。

綜上，在處理虛擬場景中景深時，要圍繞“如何讓用戶更好地觀察”為原則進行具體景深處理，這就要求我們需要根據被虛擬場景的實際空間體量為參考標準對主攝影機進行擺放;且為了方便用戶的觀察，可以適當地增加機位，以增加用戶的觀察與評定標準，從而更好更高效地實現此類軟件功能性的表達。

四、結論

本文分析了如何提升教學類軟件的整體美感，以及探討了如何提升人機交互的趣味性，即將動畫相關視覺元素的設計理念應用到仿真軟件的系統中。作為教學用的虛擬仿真，在將動畫的視覺元素設計理念進行轉移變化應用的同時，需要保證該軟件的基礎性功能，即準確地嚴肅地進行科學知識的傳播，方便快捷地輔助教師進行教學，簡明扼要地促進學生對知識點的把握。在發生審美性與科學性之間的矛盾時，需以科學性為第一前提，縱使犧牲審美性，也要保證知識的正確傳達。當下，傳統教具已經很難再承擔全部的教學任務了，大多數的軟件都以滿足教學任務的基礎功能性為目的展開制作，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案例，總結出適用于提升此類嚴肅類虛擬仿真軟件審美性與趣味性的實踐依據。

注釋：

①屠秀棟.淺談UI設計[J].多媒體技術及其應用，2010，7：1706-1707.

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