坭興陶窯變燒制工藝虛擬仿真實驗教學平臺開發(fā)建設(shè)研究

周興海 李榮

摘要：廣西欽州坭興陶是中國“四大名陶”之一，廣西坭興陶也通過了國家地理標志產(chǎn)品保護技術(shù)審查。研究從虛擬仿真技術(shù)的坭興陶非遺文化活態(tài)記錄和傳承角度切入，以交互式的虛擬燒制技藝為平臺，達到“安全保護、廣泛傳播、體驗教育、全面展示”的預期效果。以此，希望能夠?qū)枧d陶燒制非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的活態(tài)記錄和傳播的形式進行新的探索和補充，并且可以總結(jié)出數(shù)字化虛擬仿真交互技術(shù)在非遺文化中運用的一般規(guī)律為其它的非遺文化提供參考。

關(guān)鍵詞：窯變燒制;虛擬仿真;教學平臺

一、虛擬仿真實驗教學平臺實驗原理

利用虛擬仿真實驗教學平臺，真實還原窯變燒制實驗室場景，通過坭興陶窯變燒制虛擬仿真實驗的高仿真度，學生學習正確的窯爐操作方法，掌握四種坭興陶窯變燒制的原理、工藝特點和實驗操作方法（如圖1所示）。

坭興陶傳統(tǒng)電窯窯變燒制虛擬仿真實驗原理：通過電窯加溫加熱方式對坭興陶坯品進行烘烤。經(jīng)過排水階段、低溫階段、中溫階段、高溫階段將窯內(nèi)溫度升至1150℃，在保溫階段將煤塊、松香投入窯內(nèi)，不充分消耗窯內(nèi)氧氣，使窯內(nèi)既有氧化氣氛又有還原氣氛，即中性氣氛。處在氧化氣氛下的坭興陶會生成磚紅色、古銅色或黃褐色，并留下火焰燎過的痕跡;而處在還原氣氛下的坭興陶坯體中的高價鐵會還原變成氧化亞鐵，同時濃煙中的碳元素會吸附到坭興陶表面，形成黑灰色、深青色或深藍色等暗色調(diào)，所以坭興陶會呈現(xiàn)出一邊紅一邊黑的窯變現(xiàn)象，窯內(nèi)冷卻后開窯，燒制工藝和窯變效果仿真度達98%以上。整個工藝流程為：打開窯門→裝窯（裝泥坯）→關(guān)閉窯門→打開電源→設(shè)定升溫曲線→燒制→熏窯（投放可燃物）→保溫→降溫→出窯（如圖2所示）。

坭興陶定點窯變燒制虛擬仿真實驗原理：用匣缽遮蓋住不需還原的坭興陶坯品，通過電窯加溫加熱方式對坭興陶坯品進行烘烤。經(jīng)過排水階段、低溫階段、中溫階段、高溫階段將窯內(nèi)溫度升至1150℃，在保溫階段將煤塊和松香燃燒消耗窯內(nèi)氧氣，產(chǎn)生少量火焰和大量濃煙，使窯內(nèi)缺氧形成還原氣氛，處在還原氣氛下的坭興陶坯體中的高價鐵會還原變成氧化亞鐵，同時濃煙中的碳元素會吸附到坭興陶表面，形成黑灰色、深青色或深藍色等暗色調(diào)，而有匣缽覆蓋的地方，因有匣缽的遮擋而無法被碳元素附著，形成古銅色或深紅色，燒制工藝和窯變效果仿真度達96%以上。

坭興陶鹽燒窯變燒制虛擬仿真實驗原理：通過電窯加溫加熱方式對坭興陶坯品進行烘烤。經(jīng)過排水階段、低溫階段、中溫階段、高溫階段將窯內(nèi)溫度升至1150℃，在保溫階段關(guān)閉電源，帶上防毒面具，打開投料口，將海鹽投入窯內(nèi)，海鹽在高溫中分解出的鈉化合物與二氧化硅結(jié)合形成薄薄釉面，同時也會與胚體中的氧化鋁產(chǎn)生排斥現(xiàn)象，造成"桔皮"的玻璃質(zhì)感的窯變效果，燒制工藝和窯變效果仿真度達95%以上。

二、虛擬仿真實驗教學平臺實驗基本功能

虛擬仿真交互技術(shù)是一門綜合性的學科技術(shù)，它包含了數(shù)字圖形、多媒體、網(wǎng)絡、人機交互、藝術(shù)等多個學科的綜合技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)對人類的學習和生活都產(chǎn)生了巨大的影響，打破了我們學習時間和空間的局限性，通過網(wǎng)絡技術(shù)平臺構(gòu)建的虛擬仿真展示場景，利用傳感設(shè)備對人的視、聽、觸、味、嗅等進行感知，體驗者可以根據(jù)自己的知識結(jié)構(gòu)和興趣，利用空余時間在虛擬場景中對非遺文化進行了解，從而更好的喚醒人們對非遺文化保護和傳承的認知、觀念和創(chuàng)造力（如圖3所示）。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真功能系統(tǒng)，可以創(chuàng)建出虛擬的三維空間和一個真實的動態(tài)環(huán)境，使用戶的可以在這樣的虛擬空間和環(huán)境中更好的認識和了解坭興陶窯變技藝，在體驗上和接受程度上得到愉悅，改變了以前通過計算機單向獲取的知識的枯燥乏味的局面。虛擬交互環(huán)境技術(shù)使人們可以直接觀察到事物的運動方式;過程數(shù)據(jù)的可視化提供了新的方式;為人類探索宏觀和微觀世界提供了新的途徑;為人機交流開辟了一個新的研究領(lǐng)域。

根據(jù)體驗者、虛擬場景與現(xiàn)實世界三者之間的關(guān)系，虛擬現(xiàn)實可以分為三種形式：分別為增強現(xiàn)實（AR），虛擬現(xiàn)實（VR）和混合現(xiàn)實（MR）（如圖4所示）。這三種虛擬現(xiàn)實的方式主要目的就是將虛擬場景與現(xiàn)實世界兩個不同的場景進行互動，讓用戶可以在這樣的環(huán)境中獲取到坭興陶窯變燒制的更多真實可靠的信息。

數(shù)字化虛擬仿真采集與處理為坭興陶燒制工藝的虛擬交互體驗提供了有力保障;數(shù)字化虛擬仿真將素材轉(zhuǎn)換與設(shè)計為坭興陶燒制工藝的虛擬交互體驗提供了有效資源;數(shù)字化虛擬圖形軟件與三維制作軟件都為燒制工藝的虛擬體驗提供了可靠媒介。數(shù)字化虛擬仿真技術(shù)有別于傳統(tǒng)的數(shù)字化保護的優(yōu)點就是數(shù)字化素材再次轉(zhuǎn)換與設(shè)計，并且通過三維空間的建立將素材進行二次轉(zhuǎn)換，可以起到調(diào)配保障數(shù)字虛擬設(shè)計體驗的作用。數(shù)字化虛擬交互技術(shù)為坭興陶燒制非遺的文化體驗提供了技術(shù)支持，將坭興陶燒制數(shù)字化素材使用三維交互Unity3D軟件進行拼接組合，通過適當?shù)慕换ゼ夹g(shù)和數(shù)字化設(shè)計方式實現(xiàn)加工全過程的虛擬體驗。

坭興陶燒制技藝可視化交互平臺可以針對固定的目標用戶，是在PC終端上針對有一定坭興陶專業(yè)和坭興陶愛好者人群，這些受眾目標的需求性很強，他們可以在虛擬交互平臺上對燒制環(huán)境、工具、窯內(nèi)情況等完整坭興陶燒制流程加工中獲得虛擬交互技術(shù)演練，使坭興陶設(shè)計者可以將設(shè)計思路在虛擬交互平臺先實驗，經(jīng)過對設(shè)計數(shù)據(jù)的多次修改和嘗試，得到一套較為滿意的方案最終指導現(xiàn)實的燒制過程。

三、設(shè)計軟件整合與創(chuàng)新平臺的建構(gòu)

根據(jù)以上的虛擬教學平臺實驗原理操作流程的研究，體驗者可以得到自己所調(diào)參數(shù)的虛擬坭興陶窯變作品，通過交互功能把非遺文化的主體部分的技能和表現(xiàn)形式很好的體現(xiàn)出來。坭興陶窯變燒制流程的展示和加工過程的交互記錄在Unity3D 中完成，利用虛擬引擎 Unity 3D將PhotoShop中的數(shù)字圖像設(shè)計、三維軟件（3Ds Max、Maya）中的三維模型切割和ZBrush中的精雕細模，所有元素整合構(gòu)建出新的可視化虛擬仿真交互平臺，保留原始軟件中創(chuàng)造的各個細節(jié)和功能也通過整合到達全流程的沉浸體驗。

坭興陶窯變產(chǎn)品加工平臺中最重要的步驟就是坭興陶的燒制，虛擬玉器加工平臺中最重要的步驟當屬坭興陶雕刻，常用陶器加工工具由于有尺寸大小和種類不同的區(qū)別，所以使用工具數(shù)量繁多，其主要類別可分為切割片和各類磨頭。不同工具的反復切換、使用，大大降低了加工的效率。虛擬玉器加工可以利用 ZBrush 軟件強大筆刷功能，用來模擬真實雕刻工具所能達到的雕刻效果。每款筆刷都有 Draw Size 用來調(diào)節(jié)畫筆大小，Z Intensity 用來調(diào)節(jié)畫筆強度，雕刻繪制時按住ALT鍵時強度變?yōu)樨撝?，實現(xiàn)反相雕刻，按住 SHIFT 鍵則切換到 Smooth 平滑筆刷，可替代拋光效果，通過筆刷大小的調(diào)節(jié)以取代真實工具大小磨頭的切換。

“教”、“學”、“用”的虛擬仿真交互模式可以有效的記錄和傳承非遺窯變燒制的過程，激發(fā)人們?nèi)チ私夂腕w驗非遺文化的魅力，將所學的理論知識在虛擬平臺上應用得到虛擬技藝的產(chǎn)品，創(chuàng)新了傳統(tǒng)坭興陶窯變工藝的教學方法和教學手段。使傳統(tǒng)的坭興陶窯變技藝在虛擬交互平臺的支持下，形成創(chuàng)新性的坭興陶窯變燒制流程數(shù)字化資源，有效的降低了燒制過程中的浪費，縮短了教學的周期，大大提高了坭興陶非遺文化傳承與傳播的效率。

結(jié)語：

坭興陶窯變燒制工藝虛擬仿真實驗是信息技術(shù)與坭興陶窯變燒制工藝的深度融合產(chǎn)物，坭興陶窯變燒制工藝虛擬仿真實驗教學方法，開創(chuàng)了線上線下教學相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式，將基于網(wǎng)絡的遠程教學和基于翻轉(zhuǎn)課堂的引導式、開放式教學相結(jié)合，從而激發(fā)了學生的實驗興趣，極大提高了學生的實驗操作的技能。通過坭興陶窯變燒制虛擬仿真實驗學習，讓每一位學生都能在獨立的實驗環(huán)境下完成各自的研究和實驗任務，而且這種虛擬仿真教學改變了教師傳統(tǒng)的注入式教學方式，強調(diào)“以學生為中心”的實驗教學理念，將學習資源開放，學習空間開放，以學生自主學習為主，教師指導為輔，教師尊重學生的想法，鼓勵、引導學生創(chuàng)新，教師與學生融合成一體，共同完成實驗項目而使學生獲取知識和技能，為學生今后從事坭興陶行業(yè)和科學研究奠定基礎(chǔ)，也為其他陶瓷工藝教學提供重要參考。

參考文獻：

[1]王耀希.民族文化遺產(chǎn)數(shù)字化[M].北京：人民出版社，2009.

[2]祁慶富.存續(xù)“活態(tài)傳承”是衡量非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護方式合理性的基本準則[J].中南民族大學學報，2009，29（3）.

第一作者簡介：周興海，男，漢，北部灣大學陶瓷與設(shè)計學院副教授;研究方向：數(shù)字化陶瓷

項目基金：2020年度廣西職業(yè)教育教學改革研究項目（GXGZJG2020B007）《基于虛擬仿真實驗教學的坭興陶燒制技藝技能傳承創(chuàng)新平臺開發(fā)與應用》