影視創作虛擬仿真實驗教學系統構建探討

滕厚雷，陳慶龍，肖瑩盈，何琳瑜

（1.韶關學院 教師教育學院，廣東 韶關 512005；2.韶關學院 文學與傳媒學院，廣東 韶關 512005）

“立德樹人”作為我國教育的根本任務，在高校人才培養過程中始終堅持的主線和原則. 2020 年6 月教育部發布的《高等學校課程思政建設指導綱要》（以下簡稱“《綱要》”）中指出：系統進行中國特色社會主義和中國夢教育、社會主義核心價值觀教育、法治教育、勞動教育、心理健康教育、中華優秀傳統文化教育等［1］.《綱要》對新時期高校課程建設提出了新的要求，進一步明確了課程的德育價值和時代使命.黨的十八大以來，習近平總書記圍繞繼承和弘揚中華優秀傳統文化發表了一系列重要講話.著名學者、哲學史家陳來先生在《二十世紀思想史研究中的“創造性轉化”》一文中將習近平總書記系列重要講話精神歸結為“兩有”“兩相”“兩創”三個方針［2］.其中“與當代文化相適應、與現代社會相協調”的“兩相”方針講的是繼承和弘揚傳統文化的實踐要求. 2019 年中共中央辦公廳 國務院辦公廳發布的《關于深化新時代學校思想政治理論課改革創新的若干意見》中指出，“落實立德樹人根本任務”“扎根中國大地辦教育，同生產勞動和社會實踐相結合，加快推進教育現代化、建設教育強國、辦好人民滿意的教育”［3］.

從高校課程層面來看，國家出臺的一系列政策不僅明確課程使命和價值，同時也為如何開展課程提供了新思路.大學專業與課程不同，其肩負的使命和發揮的價值也有所區分.選擇大學影視教育中的創作類課程作為研究對象，針對目前影視創作課程現狀與問題，探討虛擬仿真教學實驗系統構建，并以“打鐵花文化專題片創作虛擬仿真實驗教學系統”的構建為例進行說明.

1 影視創作課程的現狀與問題

1.1 影視創作課程功能

課程是與人才培養共存共生的教學要素，大學課程對人才培養至關重要［4］.影視教育在立德樹人中具有獨特價值，在塑造學生世界觀、人生觀、價值觀及道德品行等方面有著潛移默化的滲透和內化作用［5］.影視創作類課程是影視教育中由理論走向實踐的重要組成，如以“專題片創作”課程為例，該課程主要面向數字媒體技術、廣播電視編導等專業開設，課程實施以實踐創作環節為主，強調社會調研、文案撰寫、作品拍攝與剪輯、團隊合作等能力的提升.作為高校創作類課程，有著一般創作課程的特點，如看重學生的創新意識、重視實踐能力培養、產生創作成果.同時，作為影視教育的重要組成，影視創作課程也有自身特色，在大學教育中發揮獨特價值.在美育功能上，強化學生的審美感知力、想象力、理解力和創造力，培養學生的審美趣味，提高學生的審美能力和品行人格.在德育功能上，優秀的影視作品中內涵大量的藝術文化和正確思想，愛國主義、集體主義、社會主義、創造意識、科學精神、高尚道德情操都可體現［6］.在影視教育過程中，不論是內容創作者還是賞析者，都在潛移默化中凈化心靈、激發自我教育潛能，引導學生樹立正確世界觀、人生觀、價值觀.

在傳承與弘揚中華優秀傳統文化、促進文化自信方面，影視創作課程可發揮自身的優勢，一是影視創作課程可以為國家培養正能量的媒體創作者和傳播者，二是繼承優秀文化精神的前提下，創作更有價值的、符合時代發展的媒體作品.縱觀影視創作類課程，存在不可忽視的現實困境.

1.2 影視創作課程教學問題

（1）實驗設備與設施缺乏、損耗率高.影視本身是科技和藝術的結合體，憑借高科技產品為支撐的影視教育需要充足的教育資金投入［7］.大部分影視創作課程都需要一定的實驗設備和實驗環境，且影視創作所需設備與設施造價昂貴.隨著計算機技術和數字技術的飛速發展，這些設備一般使用5~8 年就需要更新，且更新成本很高［8］.影視創作課程傾向創作實踐，在實踐中掌握與創新理論，具備一定行業標準的實驗設備與設施是學生從理論走向實踐的重要保障.但高昂的設備與設施成本讓學校在購置時謹小慎微，往往采取購置較低成本、部分、較少設備與設施等方案，導致實驗所需的硬件數量和質量難以滿足需求.另外，影視創作所需攝像機、光學鏡頭等設備屬于高精度和精細設備，學生在熟悉設備過程中，不可避免損耗設備，減少了學生練習機會，又很難達到教學效果.

（2）真實現場創作難以實現.影視創作課程考核要求涉及主題影視作品創作，創作大多依賴一定的真實環境，由于不同主題需要，所需環境更為多樣和復雜.在校園環境范圍內進行作品創作，扼殺了影視創作的更多可能性.若將學生帶入真實場景進行創作，又不得不顧慮成本和安全等因素.尤其是2020 年以來，很多創作課程都受空間約束無法開展，促使教師選擇一些替代方案，也間接驗證了其代替真實場景創作的可能性和性價比.

（3）與傳統文化教育融合不夠.在媒體日益發達的今天，影視教育成為宣揚傳統文化教育的重要途徑.影視創作課程與傳統文化教育融合，有著廣泛的基礎和巨大的教育價值.通過影視作品去承載和傳播傳統文化內容是最直接便捷的方式，如作品創作以非遺為主題，學生以非遺紀錄者的身份體驗非遺、感知文化，同時不乏優秀作品以數媒傳播的方式實現非遺的保護與傳承，進而提升其專業使命感、職業情操和道德品質［9］.在實際教學過程中，很多傳統文化偏隅一方、具有很強的地域性，而影視創作又往往受地域等因素限制很難進行現場創作，這種融合看似合拍實則困難.國家提出文化自信，建設文化強國，在大學教育中，傳統文化教育有著深遠的德育價值.程為民等對國內10 余所高校學生對中華優秀傳統文化認同狀況進行調查發現：當代大學生基本認同中華優秀傳統文化價值內涵，但對中華優秀傳統文化的整體認知較為欠缺［10］.這也說明大學傳統文化教育接受意識和學習動機已經具備，但缺少好的教育形式.基于虛擬仿真技術，設計開發以中華優秀傳統文化為主題的影視創作虛擬實驗教學系統，或許是一種可行的教育形式.

1.3 現有影視創作類虛擬仿真實驗系統介紹

虛擬仿真實驗是根據實驗教學的基本要求，在計算機系統中采用虛擬仿真技術模擬真實實驗的環境，學生運用各種虛擬機械設備對實驗對象進行虛擬操作，完成各項預定的實驗項目.影視創作虛擬仿真實驗系統就是為滿足影視創作實驗需要創設的虛擬仿真系統.虛擬仿真實驗教學信息技術在教育領域具有重要應用，是教育信息化的重要組成部分［11］.近年來，國家高度重視虛擬仿真實驗資源建設，尤其2020 年以來，虛擬仿真在學生專業實踐、實訓、見習與實習等過程中發揮了更重要的作用.以“實驗空間—國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺”為例，截至2023 年4 月，已共享的虛擬仿真實驗教學課程共計3 468 個，包括一流課程國家級727 個、省級1 525 個.在現有的實驗課程中，工學類（1 584）、理學類（444）、醫學類（496）實驗課程占據多數.影視創作所屬的藝術學類有181 門、文學類有101 門，與“影視創作”相關的虛擬仿真實驗系統大多是新聞制作與報道類型主題，以傳統文化為主題的影視創作虛擬仿真實驗課程有2門，分別是山東師范大學的“紅色影視創作虛擬仿真實驗”、云南師范大學的“中國優秀文化VR 定格動畫影像創作實踐”.整體來看，影視創作的虛擬仿真實驗系統數量偏少.

2 虛擬仿真實驗教學系統構建

影視創作屬于藝術創作的一種，具有多主題、多線索、多場景等特點，雖有工序流程，但更強調創意與個性發揮，導致影視創作虛擬仿真實驗教學系統的設計與開發難度很大.盡管影視創作虛擬仿真實驗教學系統設計與開發困難重重，但他的存在能夠很好地應對影視教育問題，如實驗設備與設施缺乏與高損耗率、真實現場創作難以實現、與傳統文化教育的融合不夠等，具有開發價值.虛擬仿真最大的特點就是“虛擬”和“仿真”，類似于其他信息資源，虛擬仿真實驗系統具有極高的可共享性，影視教育中涉及的學校資源與社會資源兩個主體，可以在此以極低的成本實現融合，一定程度上促進了教育資源與教育發展的均衡.虛擬仿真實驗可使學生獲得一個還原度高、可操作性強的影視創作實驗操作與訓練機會，突破了線上教學無“實踐”的限制，有效地橋聯了理論與實踐相互割裂的狀態.

對于系統設計與開發而言，困難與阻礙越多，一定程度上說明其開發的價值與意義越大.“打鐵花文化專題片創作虛擬仿真實驗教學系統”是為影視教育中的專題片創作等課程設計開發的，幫助學生在虛擬仿真實驗系統中圍繞中華傳統文化進行影視創作，主要側重攝像機拍攝與鏡頭畫面導出功能實現，以下是設計與開發過程說明.

2.1 前期構思與系統設計

最初的虛擬仿真實驗系統構思是仿真整個專題片創作過程，主要包括選題與調研、策劃、文稿創作、采訪、拍攝、后期編輯等，但專題片創作采訪之前的環節大多不太適合做虛擬仿真實驗，或者其采用虛擬仿真技術的意義和作用并不大，因此打鐵花專題片創作虛擬仿真系統主要側重中期的影視素材采集過程，將系統中拍攝得出的鏡頭直接導出后，借助其他影視編輯軟件進行剪輯合成.

系統的結構和運行邏輯遵循專題片內容結構，參照其他文化專題片形式，從主要內容呈現上主要劃分為3 部分：打鐵花的介紹、打鐵花技藝展示、打鐵花的發展；從可操作的角度上，整個運行邏輯遵循文稿先行的原則，在引導實驗參與者創建解說詞的基礎上進行素材采集的仿真實驗.其中，構造采訪和打鐵花技藝展示是兩個主要的虛擬仿真內容.在技術實現上，主要是兩個層面的實現，一是現場的虛擬仿真，如采訪現場、打鐵花舞臺展示現場；二是鏡頭拍攝的虛擬仿真，如攝像機、無人機等攝像設備、三腳架、導軌等承托設備，以及操作設備的交互實現等.

2.2 系統開發

2.2.1 主題選擇

打鐵花這一擁有近千年歷史內涵的活動以及其壯觀刺激的畫面，十分符合預想中的場景.打鐵花是只需要簡單舞臺和少數表演人員就可以綻放華美煙火的一項活動，在虛擬舞臺場景中，可以靈活控制場景中的元素，便于體驗者從不同角度拍攝美觀的畫面，以便后期剪輯處理.

2.2.2 制作工具選擇

使用虛幻引擎5.0 作為制作該虛擬仿真系統的工具.相對其他游戲引擎，虛幻引擎具備出色的畫面和簡易的藍圖交互系統，可用較短的時間就獲得較好的畫面效果，并利用藍圖交互系統降低了編程難度，很多時候無需編寫代碼也可實現虛擬仿真系統的基本功能.

2.2.3 模型建構與貼圖

使用Maya、C4D 等建模軟件制作模型，并使用Substance Painter 為模型制作貼圖.Substance Painter軟件是一款功能強大的3D 紋理貼圖軟件，該軟件提供了大量的畫筆與材質，用戶可設計出符合要求的圖形紋理模型.同時通過PBR 流程，將制作好的模型貼圖導出基礎顏色、法線、金屬度、粗糙度以及環境遮蔽五張貼圖.將模型放入虛幻引擎中，使用材質編輯器將5 張貼圖和模型對應連接，還原substance painter里貼圖模型效果.

2.2.4 動畫制作

使用Maya 制作角色動畫.根據人物模型的關節活動部位綁定好骨骼，使用IK（Inverse Kinematics，反向運動）骨骼這一技術，能更好地還原真實動作.骨骼綁定完成后，就可以通過移動骨骼給角色模型設計動作.為了讓骨骼驅動模型產生更加合理的運動形變，采用蒙皮技術將模型綁定到骨骼上.蒙皮過程中，需要注意設置好骨骼對蒙皮的影響權重，如關節部分拉伸程度大的設置高的網格權重，多次試驗效果，直至讓角色模型接近真實的運動拉伸效果.完成這些基本的準備工作后，就可以對模型進行K 幀，也就是通過移動骨骼給模型擺姿勢，將這一姿勢記錄下來（關鍵幀），不同姿勢之間通過軟件自動完成過渡，以此完成動畫.

2.2.5 素材整合與制作煙花效果

制作好場景、模型及動畫后，就可以將其導入到虛幻引擎中進行進一步的加工處理，添加效果.利用虛幻引擎中的Niagara 系統制作打鐵花的煙花效果.Niagara 是虛幻引擎的一個粒子系統，內置豐富的工具和功能，如粒子發射、粒子生命周期、粒子屬性模擬、粒子碰撞等. Niagara 的交互式編輯器允許用戶實時預覽特效并調整參數，能夠輕松地創建復雜的動態效果.通過不斷調整各項參數，使打鐵花的煙花效果（見圖1）接近現實中的形態和運動趨勢.

圖1 打鐵花煙花效果圖

2.2.6 交互設計

在虛幻引擎中添加攝像機錄制畫面功能，并添加可以調整攝像機錄制的參數面板，如錄制的幀率、分辨率、壓縮率以及視頻導出的路徑等.為了更好地讓用戶體驗攝像機拍攝，系統設置兩種攝像機，無人機和導軌攝像機.添加可以調控攝像機拍攝的參數面板，通過快捷鍵等方式控制攝像機的拍攝距離、位置、方向、運動速度等.

3 結束語

影視文化是民族現代文化不可或缺的重要組成部分，影視文化教育對于一個國家和民族的文化水平提升和文化強國建設都至關重要［12］.如“打鐵花文化專題片創作虛擬仿真實驗”等影視創作虛擬仿真實驗系統的實現，不僅充實影視文化教育的實踐教學資源，在弘揚優秀傳統文化、促進文化自信等方面也具有應用價值.同時，體驗者在虛擬實驗過程中產生的學習成果，又可以導入真實實驗環境下進行再次創作，增加了虛擬體驗和現實實踐的聯系，在虛擬與現實交互層面做出了一次小嘗試.