數字化虛擬仿真平臺在藝術實踐教學中的應用

吳 珊

（山東建筑大學藝術學院,山東濟南 250101）

隨著科技迅猛發展以及互聯網普及應用，藝術類高校需順應大數據時代發展要求，將數字化、信息化教學手段融入實踐教學中。數字化虛擬仿真是一個新興的科技概念，其綜合利用計算機模擬仿真、計算機圖形學人機接口、互聯網、多媒體等技術，形成一個虛擬化空間，給予體驗者涵蓋視、聽、觸等多維感觀體驗。目前數字化虛擬仿真已應用于諸多領域，涉及航天、教育、影像、醫療、購物、游戲等行業。基于此，本文以藝術人才培養為目的，探討將藝術文化遺產的虛擬仿真平臺引入高校藝術類專業實踐性教學，以期彌補實踐教學環節的短板和不足，提高藝術類專業學生的創新實踐能力。

一、藝術文化遺產數字化虛擬平臺在山東省的應用現狀

（一）藝術文化遺產數字化保護和修復現狀

山東省歷史悠久，是儒家思想的發源地，藝術文化遺產豐富，很多是無法再生的稀缺資源。現實狀況是，很多藝術文化遺產處于損毀的邊緣，亟待加強保護。藝術文化遺產的保護，尤其是非物質文化遺產的修復保護手段較少，很多傳統的手工藝技法依然沿用家族式傳承或文字記錄方式沿襲，很多古老的藝術形式、工藝技法在客觀環境和不可抗力因素的干擾和制約下損毀或失傳。另一方面，隨著現代工業的發展，很多傳統的藝術創作形式和工藝技法，比如刺繡、制陶拉胚、木雕、琉璃工藝等被機器化生產取代，藝術品屬性逐漸被消費品屬性取代，從業者隨著生產力迭代和市場化逐漸減少，導致傳統藝術文化形式逐漸消亡。許多藝術文化遺產形式很難在實際的場景下完成，急需通過數字化仿真設計和虛擬演示平臺進行實現。

（二）現有藝術文化遺產數字化虛擬平臺應用現狀

當前，藝術文化遺產的虛擬仿真平臺（系統）在文化和藝術領域僅局限在博物館或藝術品展示、設計品形象效果呈現等方面，且應用形式以可視化展示為主。數字化虛擬平臺在高校藝術院系教學環節應用非常局限，只有個別藝術設計類專業有所應用，基本用于設計結果的可視化輸出環節。數字化虛擬平臺作為實踐性教學或實操型實驗教學方面，目前是個空白。

二、藝術文化遺產數字化虛擬平臺面向藝術專業教學開發應用的意義

（一）培育學生的文化傳承意識

中華文化是中華民族五千年來日積月累的偉大成就，是中華民族的精神寶庫。習總書記教導我們，要堅持文化自信，要將中華優秀傳統文化創造性的繼承和發揚。藝術文化遺產數字化虛擬平臺面向普通高校藝術專業教學進行定向開發應用，讓學生全景式的了解和研究中華民族的燦爛歷史和光輝文化，增強民族自豪感和樹立歷史藝術觀方面意義重大。

（二）彌補現有教學短板

傳統實驗教學模式以教師講，學生聽的形式進行，形式單一，內容枯燥，很多內容僅靠黑板和粉筆無法有效呈現，降低了教學效果。而藝術文化遺產數字化虛擬平臺面向普通高校藝術專業教學進行定向開發應用，可以很大程度的提高目前藝術專業實踐性教學的教學效果，比如重要的實驗輔助教與文化藝術教學用具可反復利用，解決實驗場地不足問題，比如隨時隨地都可“走進”仿真環境，彌補普通高校藝術類專業實踐能力培養存在的缺陷，利用數字化虛擬平臺的資源庫豐富藝術實踐環境，充實教學資源，滿足大數據時代藝術生對于“開源學習”“終身學習”的迫切需求，見圖1。

圖1 數字化虛擬仿真教學平臺實現自由連通

（三）提高學生實踐能力

學生應用藝術文化遺產數字化虛擬平臺，進行實操訓練，可吸引學生的專注度，提高學習興趣。在數字化虛擬平臺上開展藝術創作實踐活動，能直觀體驗學習效果，以多維視角觀察和制作作品，還原真實創作場景的體驗，從而對創作進行糾錯和修正，極大提升學習效果和實踐水平。同時，通過數字化虛擬平臺的直觀可視化，可實現團隊和分組訓練的教學效果，每個學生能夠從本人和他人的視角體驗，感受不同練習者的構思和創意帶來的體驗差異，開闊眼界和思路，互相取長補短，這有利于完善作品的理念合理性和思路可行性，有利于實踐能力的培養。

三、用于教學的藝術文化遺產數字化虛擬仿真平臺構建

（一）開發原則

“文化+互聯網”概念開發原則。平臺開發要以虛擬仿真技術為基礎，實現教學實踐和互聯網媒體的深度融合，突出文化展示的特點，結合互聯網的數據匯集功能，實現文化內容的多點位呈現和開放共享。

以人為本原則。平臺應兼顧以人為本的開發原則，重點側重于虛擬化應用，切合藝術教育和藝術實踐的需求，充分考慮藝術課堂教育的成果轉化為可視化的藝術實踐，實現學生設計能力、實踐能力和創新能力的培訓和展現。

藝術文化遺產保護的“物質化”多樣性保護開發原則。對于類似物質文化遺產類型的藝術形式，要考慮記錄方式和存儲方式，對于非遺類型藝術文化，以生動直觀的方式進行原汁原味的記錄，對于類似紙、絹等不宜長期保存的文化藝術品，要注重其虛擬化的存儲方式，特別是色彩的重現和像素的虛擬化保真效果。

教學環節覆蓋原則。平臺的開發建設，要立足于藝術類專業的教學和科研應用，要基于“線上線下互通”理念，從基礎理論教學、課程的設計與實踐、試驗訓練和創新設計四大環節進行考量，實現教育教學環節的內容呈現，實現參與式和研討式的教學方式呈現，有益于學生的專業學習和教師的教學質量提高。

資源聚集原則。數字文化資源是公共文化服務的核心，平臺的開發，要充分的與社會公共文化“云服務”資源對接，打通校內和校外的資源互通共享渠道，實現文化資源的共享和聚集。

（二）開發原理

開發藝術文化遺產數字化虛擬仿真平臺建設，應用全景建模技術和軟件工具平臺，采用VR/AR、深度學習等技術對文字、圖像、古建筑、文物等藝術文化遺產識別掃描，進行快速精細建模，構建全景智能監測、創意文化、仿真訓練、全息投影等典型應用領域建立廣泛應用示范系統。VR/AR、GPU等設備和深度學習、機器視覺等技術提供了可靠的物理和理論支撐，可實現虛擬仿真實驗教學平臺的穩定運行。

（三）開發內容

1.基于深度學習的藝術文化遺產檔案數字化建模，包含立足于學科專業的設計環境和仿真實驗模型，數字藝術產品與工藝仿真實驗環境和仿真實驗平臺。

2.基于圖像/視頻的大尺度的藝術文化遺產（如古建筑和古文物）建模，包含沉浸式可視化的三維空間等。

3.基于多源數據的藝術文化遺產的高維建模；

4.藝術文化遺產的時空高維建模；

5.建立初步的藝術文化遺產的三維點云/圖像標準數據庫；

6.藝術文化遺產的3D 全景模型和場景可視化模型。

此外，數字化虛擬仿真平臺的建立還應注意定期對硬件和軟件進行改造升級，安排專業技術人員維持平臺信息安全，建立完善的校園網信息安全技術防控體系，并做好數據庫和系統的容災備份以及用戶信息備份等。

四、虛擬仿真實驗教學環境的效果預期

第一，數字化與文字識別不會對文物造成物理損壞，更能體現保護、傳承和創新歷史文化的特點。以“學科交叉、虛實結合 、技術支撐、綜合應用”為理念，模擬藝術文化遺產保護情境，具有實驗演示、實驗設計、實驗操作、處理實驗數據、完成實驗能力測試、生成實驗報告等實驗活動，并具有信息發布、數據收集分析、互動交流、成績評定與管理、成果展示等功能，使學生能充分發揮積極性和主動性，在虛擬的藝術文化遺產情境中進行數字化復原與真實的場景互動操作。此外，模擬藝術文化遺產保護情境也為學生提供了“試錯”的機會，加強了實踐能力，為其后繼的學習和職業發展奠定基礎。

第二，互聯網、多媒體、虛擬結合、人機交互等多種技術的綜合使用，讓學生身臨其境，準確感知山東省藝術文化遺產材質、時代肌理、質的變化、量的變化等指標，且在教師教學和學生實踐中，打破了時空桎梏，可以隨時隨地，自主的進行個性化學習，避免了因設備缺乏，環境污染，實驗風險等外界因素的影響，滿足了高校數字藝術設計虛擬仿真實驗教學需求，提升設計類專業學生歷史文化遺產的傳承與開發技能，加強傳統文化知識和數字化設計動手實踐能力。

第三，數字化虛擬仿真平臺以山東省藝術文化遺產的實物資料和工藝技法兩大維度構建靜態和動態素材庫，分別基于作品與時代、體裁與肌理、生產系統與消費系統、質的方法與量的方法、文化藝術與工藝再現等等諸多方面，在使用中還能不斷地豐富素材和數據，即時更新藝術動態發展前沿，使得學生在使用過程中可以通過比較素材和數據差異，利用藝術文化遺產進行藝術創作和創新，提高創新創業水平。

五、結語

通過數字化虛擬仿真平臺實現真實環境的模擬，是一種可以讓學生全身心地投入和自由創作和發揮的環境，數字化虛擬仿真平臺在藝術專業教學實踐中具備明顯的優勢，可逼真地模擬各種藝術創作實踐情景，提供接近實際的仿真訓練效果，有效提升學生的藝術實踐能力，利于改善目前藝術類專業實踐能力培養的短板和不足，是實現藝術類專業實踐能力培養的有效途徑。