虛擬仿真技術(shù)在雕塑藝術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究

賓泉　魏楊博文　周祥

內(nèi)容摘要：數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，為雕塑藝術(shù)教學(xué)提供了有利的契機(jī)，同時(shí)也提出了新的要求。在這樣的發(fā)展態(tài)勢(shì)下，雕塑教學(xué)必須拓展理念，更新技術(shù)和教學(xué)模式，以提升學(xué)生綜合素質(zhì)和教學(xué)效率。大量教學(xué)實(shí)踐表明，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于雕塑藝術(shù)教學(xué)中有顯著效果。

關(guān)鍵字：虛擬仿真、雕塑藝術(shù)、教學(xué)方法、應(yīng)用與探索

一、概述

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在我國(guó)教育中廣泛應(yīng)用，促使虛擬仿真技術(shù)與實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)聯(lián)系緊密。通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以營(yíng)造良好的教學(xué)環(huán)境，增進(jìn)教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果。傳統(tǒng)雕塑教學(xué)之中出現(xiàn)的高風(fēng)險(xiǎn)、高消耗、不可逆等方面的問(wèn)題，在虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中得到了有效解決，同時(shí)也為新的教學(xué)思路和理念提供了新的可能性。為學(xué)生在藝術(shù)創(chuàng)作的過(guò)程中，啟迪新思想、領(lǐng)悟新知識(shí)和全面提升綜合素質(zhì)能力等方面創(chuàng)造出前所未有的有利條件。本文主要從雕塑藝術(shù)實(shí)踐教學(xué)角度探討虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用。

二、虛擬仿真技術(shù)在雕塑教學(xué)中的有效應(yīng)用方法

1、構(gòu)筑以數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬仿真技術(shù)教學(xué)平臺(tái)

現(xiàn)代數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正推動(dòng)著教育信息化的穩(wěn)步向前。如今的學(xué)習(xí)資源、模式和教學(xué)策略，都隨之發(fā)生改變。大學(xué)開(kāi)放課程，教學(xué)資源普及和移動(dòng)學(xué)習(xí)終端等在發(fā)達(dá)地區(qū)廣泛運(yùn)用，這對(duì)雕塑教育的信息化發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)和要求。

恨據(jù)國(guó)家《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》提出了到2015年和2020年應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的具體的教育化目標(biāo)。因此，面對(duì)目前雕塑教學(xué)信息化程度低、電子資源少和受時(shí)間空間制約程度高等諸多問(wèn)題，把先進(jìn)的數(shù)字化教育信息引入雕塑教學(xué)是個(gè)重要的舉措，同時(shí)也是符合國(guó)家教育信息化的發(fā)展目標(biāo)。

例如桂林理工大學(xué)虛擬仿真藝術(shù)實(shí)驗(yàn)中心是本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地，作為藝術(shù)類(lèi)省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心直承擔(dān)著大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。依托于學(xué)校教務(wù)處，資產(chǎn)管理處和藝術(shù)學(xué)院的組織架構(gòu)模式，并分支出環(huán)境設(shè)計(jì)虛擬仿真平臺(tái)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝虛擬仿真平臺(tái)和數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)虛擬仿真平臺(tái)。搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（圖1），一方面可以作為實(shí)體教學(xué)的補(bǔ)充和深化，另一方面，為學(xué)生實(shí)訓(xùn)、考察、創(chuàng)作概念、形態(tài)設(shè)計(jì)和環(huán)境融合提供可操作性平臺(tái)。同時(shí)引入曼恒GMagic虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)、HP work station及搭建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)庫(kù)，為雕塑教學(xué)提供了一個(gè)很好的解決方案。更好的減少了實(shí)物實(shí)驗(yàn)耗材的浪費(fèi)和儀器設(shè)備的管理維護(hù)費(fèi)用。雕塑藝術(shù)在數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)虛擬仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)之上得到了前所未有的發(fā)展。

2、運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行雕塑創(chuàng)作

在創(chuàng)作教學(xué)階段，教師指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多樣化的手段完成初期的概念創(chuàng)作，通過(guò)兩種教學(xué)方式落實(shí)創(chuàng)作思路： 種是用泥或其它可塑性材質(zhì)制作50cm以下雕塑，在基礎(chǔ)造型前提下，訓(xùn)練同學(xué)們對(duì)觀念的表達(dá)、形態(tài)的表現(xiàn)和對(duì)作品整體的把握。在反復(fù)推敲創(chuàng)作稿之后，通過(guò)3D掃描儀對(duì)其進(jìn)行形態(tài)數(shù)字化采集。另種方法是直接使用ZBrush、Maya、3dsMax或Rhino等三維軟件進(jìn)行建模，形成創(chuàng)作初稿，在計(jì)算機(jī)虛擬的環(huán)境下對(duì)未完善的初稿做進(jìn)一步的完善和調(diào)節(jié)。在這個(gè)調(diào)整的過(guò)程中可以對(duì)我們?nèi)粘Ｈ菀缀雎缘牟糠?，進(jìn)行全方位的觀察和塑造，如圖2所示。由這兩類(lèi)方式創(chuàng)作的作品初稿直接導(dǎo)入DVS3D⑩虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中，實(shí)現(xiàn)直觀化的人機(jī)交互操作。在這個(gè)創(chuàng)作過(guò)程中，從泥稿、石膏稿、數(shù)字調(diào)整稿和交互稿等每一個(gè)階段的形態(tài)在教師的悉心指導(dǎo)下對(duì)雕塑創(chuàng)作的思路、形態(tài)、材質(zhì)、環(huán)境效果及參數(shù)化數(shù)據(jù)等進(jìn)行反復(fù)推敲和調(diào)整，以符合創(chuàng)作的初衷和要求。

3、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)過(guò)程中普遍存在著實(shí)驗(yàn)材料利用率不高，成型效果不理想，甚至存在著一定的危險(xiǎn)性。有效開(kāi)展雕塑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以彌補(bǔ)客觀實(shí)踐造成的問(wèn)題，還大大降低設(shè)備購(gòu)置，管理和維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的費(fèi)用。雕塑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效的將數(shù)字化模式貫穿實(shí)踐教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，并有利于構(gòu)建多樣化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如虛擬成型實(shí)驗(yàn)室模具設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字交互實(shí)驗(yàn)室等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要以三維形態(tài)成型為中軸，貫穿了三維形態(tài)概念設(shè)計(jì)、模型制作和模具制作等多個(gè)流程。

通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，能極大的消除傳統(tǒng)雕塑教學(xué)過(guò)程中的死角和盲點(diǎn)，提高創(chuàng)作實(shí)踐的成功率，使學(xué)生的創(chuàng)作思路得到有效成型。例如，根據(jù)學(xué)生提出的假設(shè)模型進(jìn)行構(gòu)建，計(jì)算機(jī)后臺(tái)為其實(shí)時(shí)渲染，學(xué)生直觀看到虛擬模型效果，并結(jié)合可穿戴設(shè)備在虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互創(chuàng)作。在這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，極大地促進(jìn)各知識(shí)點(diǎn)理解、交融，學(xué)生可豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)創(chuàng)作性意識(shí)。同時(shí)，在交互實(shí)踐的過(guò)程中，老師也不斷進(jìn)行有效指引，一方面，促使學(xué)生逐漸形成自我評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí);另一方面，有效使雕塑理論知識(shí)與實(shí)踐相融合，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)雕塑的本質(zhì)，培養(yǎng)其雕塑觀。

例如，在具體實(shí)踐的過(guò)程中，通常采取兩類(lèi)實(shí)驗(yàn)方式來(lái)進(jìn)行雕塑模具的制作，如圖3所示，在一些體量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雕塑形態(tài)中，通過(guò)模具合范制作的方式，把模具分為兩個(gè)部分，并以模具為主體，雕塑形態(tài)為參考，對(duì)雕塑進(jìn)行差集布爾運(yùn)算，便可生成高精度的模具，再通過(guò)3D打印的方式制作出模具實(shí)體，最后將模具合范進(jìn)行翻制。這樣做有利于學(xué)生后期通過(guò)模具嘗試不同材質(zhì)的置換實(shí)驗(yàn)，并保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中較高的成功率和較少的耗材損耗。同時(shí)也利于學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的要求進(jìn)行自主實(shí)踐探索和激發(fā)創(chuàng)新性思維。

另一種分層成型實(shí)驗(yàn)方式，如圖4所示，這種方式主要應(yīng)對(duì)大型且形態(tài)復(fù)雜的雕塑作品。通過(guò)虛擬仿真、數(shù)字分層和數(shù)字成型技術(shù)統(tǒng)一融合的實(shí)訓(xùn)，可以有效讓學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)理解大型雕塑的制作原理、熟悉操作流程，并有效獲得實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。具體實(shí)訓(xùn)步驟首先根據(jù)創(chuàng)作要求制作雕塑模型，然后生成略大于雕塑體量的方體模型，接著對(duì)方體進(jìn)行等比例橫向分段和切割，以便于生成方體切面，然后讓所有方體切片為一個(gè)主整體，生成帶有雕塑輪廓的方體橫截面。最后，將方體橫截面的數(shù)據(jù)導(dǎo)入YASKAWA@五軸機(jī)械臂主機(jī)中（圖5），使機(jī)器對(duì)雕塑的橫截面進(jìn)行雕刻，然后再把所有橫截面進(jìn)行有序排列放置、固定，再向橫截面填充所需要的材質(zhì)。在這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，橫截面的材料和填充的材料都是可以根據(jù)需要而進(jìn)行選擇。學(xué)生可以最大的發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，對(duì)不同形態(tài)、材料及各種材料間的組合進(jìn)行嘗試，在反復(fù)嘗試和動(dòng)手訓(xùn)練的過(guò)程中獲取有效地經(jīng)驗(yàn)。這樣有利于提高教學(xué)效率，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)生創(chuàng)作的成功率，同時(shí)啟迪和發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)造性思維，為學(xué)生畢業(yè)后不同類(lèi)型藝術(shù)創(chuàng)作積累實(shí)踐性經(jīng)驗(yàn)。盡管這兩類(lèi)文訓(xùn)方式是針對(duì)不同類(lèi)型創(chuàng)作設(shè)計(jì)的，但都需要在虛擬仿真的基礎(chǔ)上不斷地反復(fù)調(diào)試，以達(dá)到理想的創(chuàng)作效果。通過(guò)這種虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)創(chuàng)作再加上實(shí)體化制作的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方式，有利于拓寬了雕塑教學(xué)的思路和手段，并為雕塑有效學(xué)習(xí)提供了新的手段和方法。

4、擴(kuò)展虛擬仿真技術(shù)的互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生們提供課堂時(shí)效性之外的教學(xué)方式。例如桂林理工大學(xué)積極探索反轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，教師在學(xué)校的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)上傳課后錄制的教學(xué)視頻。課后學(xué)生們可以直接在網(wǎng)上學(xué)習(xí)要點(diǎn)內(nèi)容，次日再到課堂上直接進(jìn)行虛擬實(shí)踐和交流。這種做法直接改變了學(xué)生們學(xué)習(xí)的場(chǎng)域觀念，把課后生活的場(chǎng)所反轉(zhuǎn)為知識(shí)自主獲得的場(chǎng)所。而原來(lái)的課堂則變成了交互傳遞教學(xué)內(nèi)容和精準(zhǔn)交流的實(shí)踐場(chǎng)所。為課后個(gè)體的學(xué)習(xí)困難及問(wèn)題進(jìn)行采集和講解。反轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式不僅統(tǒng)一傳統(tǒng)雕塑教學(xué)所存在的教學(xué)割裂性問(wèn)題，更拓寬了學(xué)生的學(xué)習(xí)半徑，提高大家的學(xué)習(xí)效率，提升教學(xué)效果，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)自主性。隨著時(shí)間延伸，虛擬仿真的網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)積累的教學(xué)資料越來(lái)越多，最終形成數(shù)字化教學(xué)資源庫(kù)，有利于豐富現(xiàn)有的虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

5、加強(qiáng)“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)習(xí)與考察

通過(guò)每年組織學(xué)生到各個(gè)企業(yè)或歷史古跡進(jìn)行實(shí)習(xí)和考察，與虛擬仿真技術(shù)結(jié)合的培養(yǎng)模式，使學(xué)生在“虛實(shí)結(jié)合”的學(xué)習(xí)過(guò)程中，切身體會(huì)雕塑創(chuàng)作與設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)。同時(shí)虛擬仿真平臺(tái)可提供模擬的雕塑創(chuàng)作各個(gè)環(huán)節(jié)條件，營(yíng)造出栩栩如生的環(huán)境，便于學(xué)生可以身臨其境的進(jìn)行學(xué)習(xí)。有助于課堂知識(shí)與實(shí)踐有效融合，提升學(xué)生問(wèn)題分析和處理的能力，確保學(xué)生作品創(chuàng)作扎根于文化的深厚土壤。

三、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)在雕塑藝術(shù)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用是教育信息化發(fā)展的趨勢(shì)，也是現(xiàn)代教育技術(shù)的具體落實(shí)。對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)雕塑教學(xué)的方式方法進(jìn)行了有效的補(bǔ)充和深化，更成為該領(lǐng)域教學(xué)資源共享的現(xiàn)實(shí)途徑，并從根本上提升學(xué)生們的知識(shí)技能，促進(jìn)綜合素質(zhì)全面發(fā)展。探索以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為中軸的發(fā)展導(dǎo)向，對(duì)不斷改善教學(xué)理念，創(chuàng)新教育模式，提高教學(xué)品質(zhì)等諸方面有著十分積極的意義。