VR技術(shù)在中職動漫專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用實踐探析

張劍華

摘要：隨著數(shù)字創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與升級的發(fā)展，VR全景拍攝教學(xué)與中職動漫專業(yè)人才實踐能力的培養(yǎng)密切相關(guān)。它作為攝影技術(shù)與產(chǎn)教融合的實踐課程，需要重構(gòu)課程思路，革新教學(xué)資源，達成教學(xué)實效。在教學(xué)實踐方面，VR技術(shù)可以應(yīng)用于單反相機景深和720yun全景云臺節(jié)點調(diào)節(jié)這兩個知識點中。學(xué)生通過佩戴 VR 眼鏡進行場景模擬拍攝操作，獲得真實場景的拍攝交互體驗。VR技術(shù)可以解決教學(xué)中深景和節(jié)點調(diào)節(jié)的重難點，提高辦學(xué)效益，達到教學(xué)實踐改革的目的。

關(guān)鍵詞： VR技術(shù)；VR全景技術(shù)；動漫專業(yè)；教學(xué)實踐

中圖分類號：TP399? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）13-0158-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

1 概述

VR技術(shù)（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR），又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)或虛擬實境或靈境技術(shù)，其指采用計算機技術(shù)為核心的技術(shù)手段，綜合應(yīng)用三維圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、融媒體技術(shù)、傳感技術(shù)等多種高科技的實用技術(shù)，它模擬真實環(huán)境，實現(xiàn)人機交互，讓人有種身臨其境的沉浸感[1]。

1.1 VR全景技術(shù)

VR全景技術(shù)借助專業(yè)的相機捕捉整個場景的圖像信息，利用拼接軟件進行圖片拼合，并通過720yun平臺生成VR全景虛擬漫游，把二維的平面圖模擬成三維空間，它是一種新興的多媒體技術(shù)。VR全景圖是一種基于圖像繪制技術(shù)生成真實感圖形的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，它把相機環(huán)繞四周拍攝的一組或多組照片，拼接成360度全方位圖像，通過全景播放器可進行體驗和觀看三維全景圖。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的日趨成熟，VR全景展示技術(shù)也被應(yīng)用到了更多的行業(yè)，例如：家居裝飾、旅游景區(qū)、汽車三維、房地產(chǎn)等行業(yè)[2]。

1.2 VR全景拍攝設(shè)備

VR全景圖片拍攝設(shè)備由單反相機、魚眼鏡頭、三腳架、全景云臺、電池、相機包、SD卡等組成。設(shè)備操作包含組裝設(shè)備、調(diào)整節(jié)點、重疊拍攝這三個步驟。首先，操作人員組裝全景云臺，安裝到三腳架上，需要保證牢固穩(wěn)定。其次，調(diào)整全景云臺和單反相機位置，將節(jié)點置于合適位置，保證各個角度拍攝的圖片不會產(chǎn)生視差現(xiàn)象。最后，拍攝時要確保相鄰圖片之間要有超過30%的重疊區(qū)域。實驗數(shù)據(jù)表明，全景云臺對VR全景圖片拍攝尤其重要，全景云臺的節(jié)點調(diào)節(jié)正確與否，它是VR全景圖片拍攝中的重點和難點。

2 VR全景拍攝教學(xué)中存在的問題

由于攝影器材較為昂貴，在傳統(tǒng)全景拍攝教學(xué)中，教師通常先采用圖片和文字來進行理論知識講解，后安排攝影拍攝。這種教學(xué)方法使VR全景拍攝教學(xué)只能停留在理論知識的層面，學(xué)生無法親身體驗實操，難以融會貫通攝影技術(shù)知識。目前，VR全景拍攝教學(xué)中存在的問題有： 第一，教學(xué)經(jīng)費有限，攝影設(shè)備比較昂貴。職業(yè)院校無法滿足攝影設(shè)備長期投入； 第二，教學(xué)方法單一，教材內(nèi)容陳舊。 原攝影教材無法與實際全景圖片拍攝設(shè)備器材接軌； 第三，無法真實展現(xiàn)實際拍攝情境。VR全景拍攝教學(xué)需要反復(fù)調(diào)試相機參數(shù)和校正720yun全景云臺刻度，再現(xiàn)實際場景中拍攝的全景圖片效果，達到學(xué)習(xí)和分析的目的，但傳統(tǒng)教學(xué)手段難以滿足這一要求。

3 VR技術(shù)在攝影課教學(xué)中的優(yōu)勢

3.1 豐富教學(xué)形式，做到因材施教

VR體驗式教學(xué)在攝影教學(xué)資源使用中，主要利用3D技術(shù)構(gòu)建三維立體場景，模擬生活拍攝場景。學(xué)習(xí)者通過專業(yè)的VR眼鏡或頭盔等設(shè)備，通過“可操作、易再現(xiàn)、更安全”的教學(xué)形式，更快掌握攝影操作技能。 VR體驗式教學(xué)能夠再現(xiàn)虛擬拍攝場景，采用專業(yè)相機的參數(shù)和展示效果圖片，讓實踐課堂更直觀，實現(xiàn)差異化教學(xué)，提高教學(xué)成效。

3.2 創(chuàng)造教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)習(xí)動能

VR虛擬教學(xué)課堂使用豐富新穎的教學(xué)資源，它有利于調(diào)動學(xué)生的積極性。在傳統(tǒng)課堂中，老師所講解和示范的光圈、快門和景深等知識點，大部分教學(xué)只停留在畫面和文字上。實際攝影器材設(shè)備，如單反相機鏡頭，不可能讓學(xué)生進行拆除操作，學(xué)生很難掌握復(fù)雜相機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的知識。 但是，利用 VR技術(shù)，教師通過制作一個單反相機VR內(nèi)部結(jié)構(gòu)和部件位置三維模擬課件，實際觀察單反相機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，讓學(xué)生能在體驗式學(xué)習(xí)中快速掌握知識，提高學(xué)習(xí)動能和積極性。

3.3 節(jié)約教學(xué)成本，增加辦學(xué)效益

VR虛擬拍攝項目，能夠體驗真實拍攝場景，例如：焰火現(xiàn)場、高速運動、雪景、冰川等拍攝場景。利用VR技術(shù)模擬真實環(huán)境，既能避免各種不必要危險，又可以降低攝影實訓(xùn)室建設(shè)的成本。學(xué)生佩戴 VR 眼鏡就能進行模擬不同品牌攝影器材和設(shè)備，進行拍攝操作，獲得與真實器材拍攝體驗感，在保證教學(xué)效果的前提下，極大節(jié)省了教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備投入成本，增加辦學(xué)效益。

4 VR技術(shù)在動漫專業(yè)教學(xué)中的實踐應(yīng)用

4.1 VR全景拍攝課程構(gòu)建思路

集美工業(yè)學(xué)校動漫專業(yè)經(jīng)過了長期的發(fā)展，VR全景拍攝教學(xué)是學(xué)校中職動漫專業(yè)產(chǎn)教融合的特色實踐課。在教學(xué)上既能滿足學(xué)生的理論知識需求，又能緊跟數(shù)字創(chuàng)意技術(shù)前沿。學(xué)校以產(chǎn)教融合為核心，以教學(xué)改革為目標，積極探索校企合作、協(xié)同育人。通過廈門市職業(yè)院校特色服務(wù)文化創(chuàng)意專業(yè)群委員會，學(xué)校與廈門軟件園區(qū)多家動漫相關(guān)企業(yè)，構(gòu)建協(xié)同育人的虛擬現(xiàn)實創(chuàng)新實驗室，并打造校企深度融合的產(chǎn)教平臺。聘請專業(yè)群委員會專家共擬共建人才培養(yǎng)方案，重建課程體系，組建雙導(dǎo)師制，創(chuàng)建項目實訓(xùn)制等方式。學(xué)校將企業(yè)真實項目引入教學(xué)，以項目為引領(lǐng)，采用任務(wù)驅(qū)動法來鼓勵學(xué)生在項目實施中主動思考。本著學(xué)生能發(fā)現(xiàn)并解決問題，達到自主學(xué)習(xí)的目標。在產(chǎn)教融合背景下，本研究團隊建構(gòu)了福建省VR全景拍攝省級精品課程。課程中共有9個VR全景拍攝的基礎(chǔ)教學(xué)項目模塊。如VR全景攝影的概述、全景攝影的參數(shù)及設(shè)備組裝、全景補地方法、全景圖片后期處理技巧等。教學(xué)團隊以項目2《全景攝影的參數(shù)》及《設(shè)備組裝中單反相機景深和720yun全景云臺節(jié)點調(diào)節(jié)》為例，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立高沉浸度的虛擬漫游場景，以此虛擬教學(xué)場景為指導(dǎo)，將相應(yīng)知識點相融合，開展VR全景拍攝教學(xué)。學(xué)生按照“VR眼鏡+三維漫游場景”的提示流程，來提升對知識點的體驗，加深對相機深景知識點的學(xué)習(xí)；經(jīng)過720yun全景云臺中縱節(jié)點和橫節(jié)點的VR虛擬操作考核，解決節(jié)點調(diào)節(jié)重點和難點，提高教學(xué)效果和效率。

4.2 VR全景拍攝課件構(gòu)建內(nèi)容

4.2.1 攝影景深應(yīng)用

景深是指相機在完成對焦時，景物在感光元件上的清晰、銳利范圍。光圈、鏡頭焦距及焦平面到拍攝物的距離是影響景深的三個重要因素。

在景深課件虛擬仿真系統(tǒng)中，技術(shù)團隊利用3DS Max進行建模和系統(tǒng)場景制作，并使用Photoshop對系統(tǒng)界面進行UI和貼圖制作。最后，通過Unity3D進行系統(tǒng)集成，結(jié)合C#語言進行腳本開發(fā)，與HTC Vive設(shè)備連接完成系統(tǒng)的設(shè)計。相對于傳統(tǒng)的攝影景深教學(xué)而言，它的交互性更強，不僅具有傳統(tǒng)攝影中影響景深的三要素基本模塊，同時也能更好地適應(yīng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展趨勢。采用VR頭戴式顯示設(shè)備（HTC Vive）作為交互手段，可以真實地模擬攝影拍攝過程，實時仿真教學(xué)拍攝效果。它既滿足了實訓(xùn)教學(xué)需求，又避免了實訓(xùn)中需要建設(shè)場地的資金費用。

景深虛擬仿真課件實驗數(shù)據(jù)表明，影響景深的關(guān)系如下：光圈數(shù)值越小，光孔越大，景深越淺；光圈數(shù)值越大，光孔越小，景深越深。焦距越長，景深越淺；焦距越短，景深越深。相機與拍攝對象距離越近，景深越淺；相機與拍攝對象景深越遠，景深越深。

4.2.2 720yun全景云臺節(jié)點調(diào)節(jié)應(yīng)用

鏡頭節(jié)點又稱鏡頭最小視差點，它是指相機鏡頭的光學(xué)中心點，穿過此點的光線不會發(fā)生折射。鏡頭節(jié)點分為縱向節(jié)點和橫向節(jié)點，全景云臺的作用就是保證縱向節(jié)點和橫向節(jié)點正確，讓鏡頭節(jié)點和旋轉(zhuǎn)點在垂直方向保持同一垂直線上。在全景拍攝時，操作者進行鏡頭節(jié)點旋轉(zhuǎn)拍攝時，防止位移現(xiàn)象。

以8毫米的魚眼鏡頭為例進行縱節(jié)點調(diào)節(jié)時，操作者先將相機垂直向下對準全景云臺，打開LED取景器，將相機翻轉(zhuǎn)使鏡頭朝下并對準全景云臺水平板。打開相機網(wǎng)格線，把網(wǎng)格線分別對準分度臺中心的水平線和垂直0刻度線。通過前后移動水平板讓相機LED取景器的中心位置與全景云臺的十字準星位置對齊，這樣就可以確保相機的光軸與全景云臺的下轉(zhuǎn)臺軸心重合，相機在立臂上移動就始終都保持在光軸上。水平節(jié)點的調(diào)節(jié)是設(shè)備組裝調(diào)試部分的難點，因為在尋找垂直節(jié)點時，可以參照水平板的刻度，但是水平方向上的節(jié)點尋找，只能通過參照物直觀感受。首先，翻轉(zhuǎn)相機至水平，找兩個參照物，置于相機鏡頭的前方，近物距離鏡頭30～50厘米，遠物距離鏡頭1～2米。其次，以鏡頭正對參照物，使鏡頭、近物、遠物三點成一線。最后，左右旋轉(zhuǎn)鏡頭，透過取景器會看到，隨著鏡頭轉(zhuǎn)動角度的加大，遠近兩個參照物之間有了明顯的位移變化。實驗數(shù)據(jù)表明：隨著相機的旋轉(zhuǎn)移動，如果兩個參照物靠得越來越近，則說明雙面夾座移動的方向是正確的；繼續(xù)調(diào)整雙面夾座的位置，直到兩個參照物能夠完全重疊在一起。反之，如果兩個參照物之間的距離越來越遠，則說明雙面夾座調(diào)整的方向有誤，要往反的方向移動，直到參照物完全重疊在一起。

總之，本課件開發(fā)中使用3DS Max，Photoshop和 Unity 3D、C#語言等工具搭建的虛擬仿真（VR）全景拍攝節(jié)點調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它與HTC Vive設(shè)備連接，同傳統(tǒng)的全景拍攝節(jié)點教學(xué)相比，它的交互性更強，不但具有傳統(tǒng)攝影中節(jié)點調(diào)節(jié)中的橫節(jié)點和縱節(jié)點調(diào)節(jié)兩個基本模塊，而且還能更好地應(yīng)用VR技術(shù)。VR全景拍攝節(jié)點調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過采用VR頭戴式顯示設(shè)備（HTCVIVE）作為交互手段，能夠真實地模擬出全景拍攝云臺中橫節(jié)點和縱節(jié)點實際參數(shù)的調(diào)節(jié)，實時仿真教學(xué)節(jié)點調(diào)節(jié)前后的實際拍攝效果，解決全景拍攝云臺節(jié)點調(diào)節(jié)的重點和難點問題。

4.3 VR技術(shù)應(yīng)用于VR全景圖片拍攝的教學(xué)成效

4.3.1 “虛實結(jié)合”，混合教學(xué)模式

虛擬仿真課件由一線攝影教學(xué)教師和企業(yè)技術(shù)人員自主設(shè)計并開發(fā)完成。其內(nèi)容經(jīng)過反復(fù)討論修改，以確保每個設(shè)計環(huán)節(jié)的科學(xué)性和合理性。依照“虛實結(jié)合”“線上線下”混合的原則，所有課件素材及課件中實驗操作數(shù)據(jù)均從真實攝影器材上實際參數(shù)獲得。特別是720yun全景云臺中的豎板、橫板、防垂快裝板、雙面夾座、豎板固定旋鈕、10檔分度臺、補地套件等部件都采用實際的1∶1比例建模設(shè)計，豐富多彩的動畫、實物模型、3D仿真情景的形式顯示，凸顯了虛擬仿真課件實訓(xùn)教材的優(yōu)勢。虛擬仿真課件的部分操作界面截圖如圖1和圖2所示。

4.3.2 VR虛擬仿真課件，實施教學(xué)效果

根據(jù)對動漫專業(yè)學(xué)生問卷調(diào)查，VR虛擬仿真課件的實際使用效果如表1所示。調(diào)查結(jié)果表明，超過95%的學(xué)生接受這種新的教學(xué)方式，認為虛擬仿真課件很有幫助。學(xué)生首次通過課上虛擬仿真課件學(xué)習(xí)后，便期待完成下一階段的真實VR全景拍攝實操。實際VR全景拍攝后，學(xué)生在書寫實訓(xùn)報告的過程中，可以再次利用虛擬仿真課件進行仿真數(shù)據(jù)過程的回放，進一步加深對VR全景拍攝景深和節(jié)點調(diào)節(jié)要點的理解，切實感受到虛擬仿真課件對教學(xué)質(zhì)量的提高以及實際拍攝過程中所得到的收獲。同時，問卷也反饋了存在的不足之處和體驗意見，為虛擬仿真課件下一步完善和升級改造做好前期準備工作。

虛擬仿真（VR）景深和虛擬仿真（VR）全景拍攝節(jié)點調(diào)節(jié)的兩個課件參加2022年第十六屆中國好創(chuàng)意暨全國數(shù)字藝術(shù)設(shè)計大賽，獲教師組游戲與三R組兩個三等獎。

5 結(jié)束語

綜上所述，VR技術(shù)的出現(xiàn)，為VR全景拍攝教學(xué)提供了一套全新的教學(xué)改革思路。通過引入VR技術(shù)，以學(xué)生為中心，獲得真實體驗感和參與感，讓拍攝的場景和內(nèi)容更加豐富和逼真。在VR全景圖片拍攝教學(xué)中，教師可以借助景深和鏡頭節(jié)點調(diào)節(jié)VR課件系統(tǒng)，學(xué)生通過佩戴 VR 眼鏡可進行場景模擬操作，對單反相機的鏡頭光圈、焦距、拍攝距離遠近的調(diào)節(jié)，可以即時觀察所拍攝景物深景變化的場景圖片；通過720yun全景云臺縱節(jié)點和橫節(jié)點的調(diào)節(jié)，更加直觀和逼真體驗，畫面中呈現(xiàn)正確與錯誤結(jié)果，掌握全景云臺在安裝不同單反相機時，能夠適時地修正和調(diào)節(jié)云臺，確保節(jié)點調(diào)節(jié)正確，節(jié)省教學(xué)成本，提高辦學(xué)效益。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】