動畫視覺元素在教學(xué)類虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

章凱

【摘 要】隨著計算機(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)的實踐中。但是在虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)化實踐中，常會發(fā)現(xiàn)較之娛樂類的虛擬仿真，這種嚴(yán)肅類的虛擬仿真系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的積極性，影響實際的教學(xué)效果。而動畫表現(xiàn)元素的應(yīng)用是對其較好的彌補(bǔ)。且動畫表現(xiàn)元素正是兩類虛擬仿真系統(tǒng)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(xué)類虛擬仿真中的應(yīng)用。從動畫的構(gòu)圖，色彩及景深等視覺元素為分析點，得到關(guān)于動畫表現(xiàn)元素應(yīng)用于嚴(yán)肅類虛擬仿真系統(tǒng)可供借鑒的實踐依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】嚴(yán)肅類虛擬仿真;趣味性;藝術(shù)性

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

一、構(gòu)圖設(shè)計在軟件界面設(shè)計中的應(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，用戶可以點擊相應(yīng)的圖標(biāo)以實現(xiàn)軟件制定的功能。當(dāng)觀察部分嚴(yán)肅類教學(xué)用的虛擬仿真系統(tǒng)時，我們不難發(fā)現(xiàn)其UI界面停留在設(shè)計刻板，缺乏交互性等問題上，圖標(biāo)按鈕等在響應(yīng)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(shè)計與制作時需融入了動畫畫面設(shè)計的構(gòu)圖設(shè)計理念。在設(shè)計前，我們需要知道的是UI界面對于該系統(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(shè)計時，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，準(zhǔn)確的按鈕數(shù)量也就決定了UI主菜單在畫面中的基礎(chǔ)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(yōu)，對于按鈕數(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），對于存在過多數(shù)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(jìn)行進(jìn)一步分類，或通過創(chuàng)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(shè)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(biāo)時，可以使用圍繞型或者置底型的構(gòu)圖形式。圍繞型，即以畫面中央為構(gòu)圖中心，圍繞畫面邊緣進(jìn)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(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面的有效像素為前提而設(shè)計的，且盡可能地保證了UI元素在畫面結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定性與均衡性。

綜上，將動畫的構(gòu)圖設(shè)計理念應(yīng)用到虛擬仿真系統(tǒng)的UI設(shè)計中時，可以將虛擬仿真內(nèi)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(gòu)成原則為參考，即畫面各元素在結(jié)構(gòu)上都需以被攝主體物為視覺中心，在內(nèi)容上都需要為被攝主體物服務(wù)為原則，對畫面各元素進(jìn)行主次結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)上的排序，在保證畫面結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的前提下進(jìn)行針對性處理，由此可以實現(xiàn)有效地科學(xué)性地擺放多種元素，在不影響仿真系統(tǒng)說教功能的同時，實現(xiàn)了各種按鈕的人機(jī)交互功能，對于整個系統(tǒng)最初的視覺印象有質(zhì)的提升。

二、色彩設(shè)計在軟件全局視覺傳達(dá)中的應(yīng)用

色彩設(shè)計對軟件的全局視覺傳達(dá)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)。

（一）對用戶界面色彩指定的影響

將動畫的色彩設(shè)計思維應(yīng)用到用戶界面的色彩設(shè)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(guān)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(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。在動畫的色彩設(shè)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(shè)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(shè)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(diào)時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)的同類色中進(jìn)行挑選并展開具體的顏色設(shè)定。在動畫的色彩設(shè)計中，場景角色的色指定需要同時考慮到劇情發(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，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(guān)系，在解決這類關(guān)系時最常用的解決方案即盡可能地擴(kuò)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(shè)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(diào)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(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，是針對此類嚴(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(shè)計顯得尤為重要，恰當(dāng)?shù)念伾付?，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(shè)計理念以及設(shè)計技巧應(yīng)用到仿真場景中主要體現(xiàn)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(jìn)行仿真的場所進(jìn)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(huán)境的基本色調(diào)，在進(jìn)行具體場景構(gòu)建時，需要保證畫面美觀的前提下，對素材的顏色進(jìn)行明度或者飽和度上調(diào)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(dāng)?shù)卦黾赢嬅娴募?xì)節(jié)，可以通過調(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(diào)統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上，增加場景的細(xì)膩度與可觀賞度。

第二，需考慮各元素之間的色彩關(guān)系，場景的構(gòu)建是眾多物體與元素的組合，隨即帶來的問題即體現(xiàn)在色彩的指定上，上文我們提到可以參考實際環(huán)境進(jìn)行主色調(diào)的設(shè)定，本節(jié)將從場景內(nèi)部各元素之間的色彩關(guān)系為分析點，闡述如何合理地分配各元素之間的色彩關(guān)系。在做動畫場景的色彩指定時，為了區(qū)分各元素之間的色彩關(guān)系豐富畫面內(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比，由此，可以在保證畫面整體色相不會發(fā)生紊亂的情況下豐富畫面內(nèi)容。此類做法通常也可以應(yīng)用到此類教學(xué)仿真軟件的場景色彩設(shè)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(chǔ)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(lán)色增加了相應(yīng)的飽和度，而沒有使用現(xiàn)實生活中常有的灰藍(lán)色，此外，為了增加畫面的層次感，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，這樣可以拉開云朵與天空的空間關(guān)系，進(jìn)而加大畫面的層次與細(xì)節(jié)。在此案例的另一個場景中（如圖3-3-2），描繪了強(qiáng)對流天氣來臨前的場景狀態(tài)，在這個場景中的設(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(guān)系，通過增加烏云與其他元素在明度上的區(qū)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(huán)境所處的時空對色彩的影響，在動畫場景中進(jìn)行色彩指定時，需要考慮到場景所處的虛擬時空環(huán)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(tài)。因此，在此類軟件中進(jìn)行色彩指定時也需要考慮到例如時間、季節(jié)等客觀因素。

因此，在表達(dá)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(chǔ)功能的正確表達(dá)。在此基礎(chǔ)上，需要對畫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)境的時空屬性，從而達(dá)到色彩合理化與優(yōu)化，以提升畫面的美感與質(zhì)感。

三、景深設(shè)計在虛擬場景中的應(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，這就需要合理地擺放攝影機(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，這里可以將動畫的景深設(shè)計引入軟件的鏡頭設(shè)計中，合理的景深設(shè)計可以在正確表達(dá)環(huán)境的同時，還能最大化地減少計算機(jī)的耗能，已達(dá)到用戶體驗的最佳化，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。在動畫的景深設(shè)計中，通常需要根據(jù)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(xì)節(jié)時，則會使用小景別配合大光圈以達(dá)到背景虛化的效果。此類景深設(shè)計方法也同樣適用于教學(xué)類仿真軟件的景深設(shè)計中，由于被描繪物為某種實驗現(xiàn)象，而對實驗現(xiàn)象的認(rèn)定有時是宏觀的，有時是微觀的。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，大景別的景深更能增加天氣現(xiàn)象的氣勢，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，可以使用小景別或者特寫來讓用戶更好地進(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(xiàn)不符合畫面設(shè)定的錯誤存在，可以考慮使用環(huán)幕的設(shè)計放在場景的最遠(yuǎn)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(xiàn)。在動畫中，對重要的主體物，需要多機(jī)位呈現(xiàn)，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(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，不能在同一畫面中對景深進(jìn)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(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面。通過這樣的畫面布局，可以增加用戶對天氣現(xiàn)象的判定要素。在進(jìn)行多景深的呈現(xiàn)時，依然需要考慮到計算機(jī)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(jìn)行具體景深處理，這就要求我們需要根據(jù)被虛擬場景的實際空間體量為參考標(biāo)準(zhǔn)對主攝影機(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定標(biāo)準(zhǔn)，從而更好更高效地實現(xiàn)此類軟件功能性的表達(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，即將動畫相關(guān)視覺元素的設(shè)計理念應(yīng)用到仿真軟件的系統(tǒng)中。作為教學(xué)用的虛擬仿真，在將動畫的視覺元素設(shè)計理念進(jìn)行轉(zhuǎn)移變化應(yīng)用的同時，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)知識的傳播，方便快捷地輔助教師進(jìn)行教學(xué)，簡明扼要地促進(jìn)學(xué)生對知識點的把握。在發(fā)生審美性與科學(xué)性之間的矛盾時，需以科學(xué)性為第一前提，縱使?fàn)奚鼘徝佬?，也要保證知識的正確傳達(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(jié)出適用于提升此類嚴(yán)肅類虛擬仿真軟件審美性與趣味性的實踐依據(jù)。

注釋：

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

參考文獻(xiàn)：

[1]王威.論動畫構(gòu)圖形式[J].芒種，2012，15：227-228.

[2]涂凌琳.動畫制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——構(gòu)圖設(shè)計[J].電視字幕，2009，7：13-17.

[3]姜勝輝，韓宗珠，林霖.虛擬仿真技術(shù)在海底探測教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2015，5（13）：46-48.

[4]于鳳全.虛擬仿真技術(shù)在航空裝備教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2010，3：20.

[5]張媛.UI設(shè)計中的視覺表現(xiàn)[J].大眾文藝，2013，21：57-58.