金海峰 张悠然 吴楠

摘要：为探索VR技术在传统文化教育中的应用模式，提出了基于传统成人礼的VR教育内容设计方案。通过分析VR在教育中的应用优势、在传统文化教育中的应用现状及存在的问题，对VR成人礼内容进行探索，挖掘其文化内涵和教育意义，提出一种基于UE4的体验式教育模式，为VR传统文化教育内容开发提供参考。

关键词：虚拟现实;传统文化;成人礼;體验式教育

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）36-0123-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on VR Education Content Based on Traditional Coming-of-age Ceremony

JING Hai-feng， ZHANG You-ran，WU Nan

（Institute of Cybersecurity， Changchun University， Changchun 130022， China）

Abstract： In order to explore the application mode of VR technology in traditional culture education， a content design scheme of VR education based on traditional coming-of-age ceremony is proposed. Firstly， the application advantages of VR in education， its application status and existing problems in traditional culture education are analyzed. Then explore the content of VR coming-of-age ceremony， excavate its cultural connotation and educational significance. A UE4-based experiential education model is proposed to provide a reference for VR traditional culture education content development.

Key words： virtual reality; traditional culture; coming-of-age ceremony; experiential education

虚拟现实（VR）技术已经成为促进教育发展的一种新型教育手段，在文化教育领域的应用层出不穷。近年来中华传统文化创新回归，但VR在传统文化教育领域的应用数量少、教学内容单调、教育格局窄、缺乏创新，对比以往教育模式并无显著优势。以虚拟现实技术为基础，以成人礼的教育意义为需求牵引，对传统成人礼进行创新设计，提出一个能充分发挥虚拟现实优势，通用性强且易开发的VR内容设计方案，以满足VR传统文化教育的创新需求。构建以传统成人礼为内容的VR教育应用，从内容策划、场景搭建、功能开发等方面形成一套完整的教育内容设计流程。

1 VR技术在教育领域的应用优势

VR最初应用在美国的军事教育和训练中，例如Cyber View便是当时用于美国海军战斗机飞行员训练的一种虚拟环境系统[1]，系统可以节省60%的训练时间和70%的费用。直到90年代，美国开始将虚拟现实技术引入普通教育和高等教育。经过多年实验探索发现，虚拟现实技术应用在文化教育领域有着显著优势。

1.1 科普类教育

采用虚拟现实技术进行文化、科技、艺术等普及教育的应用最为广泛，尤其是在文化遗产领域。国内外很多专家学者通过三维扫描、3D建模和多媒体技术搭建博物馆、科技馆等虚拟漫游系统，对馆藏物品进行交互展示。通过虚拟现实技术，能够最真实地复现馆藏物品，甚至复原残缺品，这种科普方式还能在增加趣味性的同时有利于展品保护。

1.2 模拟培训教学

VR最初被应用于模拟培训教学，并得到许多研究人员的青睐。利用虚拟现实技术搭建的培训仿真系统能协助各行业的操作人员学习或提高专业技能。其主要优点在于能够加快培训内容的及时更新，确保操作人员第一时间学到最新技术，并且能够节约培训成本，提高效率。

1.3 虚拟教学环境

在教学过程中，虚拟环境相当于教学环境。模拟培训教学和虚拟教学环境都需要搭建虚拟环境，但前者侧重于特殊技能的学习与训练，而后者更注重虚拟环境本身所具备的教学意义。比如，对于土木工程专业、地质学专业、考古专业之类的学生来说，虚拟环境本身就是一种教学资源，它能促进学生的情景认知能力和对环境构建过程的理解[2]。

1.4 虚拟游戏教育

在开发虚拟现实教育内容的过程中很容易设计成教育游戏的模式。国外学者研究认为，基于游戏的学习环境比虚拟世界或模拟环境更有效，并且游戏环境能够使学生保持长期记忆[3]。根据游戏原则设计的VR教育环境，并通过完成特定情景下的游戏任务达到教学目的，是近年来虚拟现实教育内容开发的热点之一。

2 VR在传统文化教育中的现状及存在的问题

随着传统文化的回归和虚拟现实软、硬件技术的发展，近些年“VR+传统文化”得到研究人员的广泛关注。涉及对物质文化本身的虚拟复现与交互展示、对传统手工艺的数字化流程再现、对传统文化产业的数字产品开发、对传统文化教育内容的开发以及其他传统文化内容的开发等。然而，当前以教育为目的的VR传统文化内容不仅数量少，还存在以下突出问题。

2.1 教学内容单一

现有的VR传统文化教育研究侧重于对传统文化知识本身的学习与理解，忽视对学生的思想道德教育。通过打造古色古香的沉浸式虚拟教学环境，加深学生对诗词、古文、朝代历史等内容的理解与记忆，即加强传统教育“诗书礼乐”中“诗”和“书”的VR教学，从而忽略了“礼”教与“乐”教。

2.2 教育格局较窄

教育不是单方向的，需要考虑学校、家庭和社会三位一体的教育格局。尤其是中华优秀传统文化教育，诸如孝敬父母、尊敬师长、助人为乐等传统美德需要以学校为主体、家庭和社会为平台，才能构建良好的育人环境。当前VR传统文化教育内容的应用场景多为学校相关课程，忽略家庭与社会的作用，教育格局较窄。

2.3 虚拟内容设计缺乏创新

在对虚拟内容进行设计时，侧重于打造逼真的、古意盎然的沉浸式环境，但在教学环节的设计上不够新颖。交互式的情景学习固然能够在短期加深记忆，但这仍是一种被动学习方式，没有充分利用虚拟现实构想性的特点激发学生自主学习、主动探索的欲望，对比传统课堂教学，无明显优势。

3 基于传统成人礼的VR内容设计

仪式是一种具有精神或道德力量的教育途径[4]，而成人礼作为最重要的仪式之一，是一种家庭、学校和社会结合的特殊教育形式。提炼传统成人礼的精神内涵，利用VR技术沉浸性、交互性和构想性的特点让青少年进行礼仪文化内容体验和学习，对其思想道德、行为规范、家庭秩序和公民角色等方面都有积极意义。本文使用虚幻引擎4（Unreal Engine 4，简称UE4）进行PC端VR成人礼教育内容设计，其流程可概括为内容策划、场景制作、功能开发和发布测试四个环节。

3.1 内容策划

3.1.1 收集材料

首先，收集传统成人礼的起源、内涵、流程及发展等材料，为后续开发做准备;然后，对传统成人礼流程做适当改进。根据《仪礼·士冠礼》记载，并参考现代成人礼流程，可将传统成人礼（这里指男子冠礼）概括为以下步骤：（1）迎宾：加冠当日所需物件应摆放的位置及主人迎宾过程。加冠物品有盥洗用具、加冠服装、结发物品、酒器等;（2）三加：重复三次加冠过程。初加缁布冠、再加皮弁冠、三加爵弁冠，中间分别换上玄端服、皮弁服和爵弁服;（3）宾醴冠者：冠者与宾客相互敬酒、拜谢;（4）拜谢父母：向父母行礼敬酒，感谢父母;（5）宾字冠者：宾宣告冠者的字。

3.1.2 策划内容

VR成人礼要实现传统礼仪文化教育展示及体验教学的目的，需要开发两个场景。场景一为室内场景，搭建成虚拟展厅对传统礼仪文化进行交互展示，包括传统成人礼的起源、文化内涵、礼仪流程、历史演变及当代价值等。场景二为室外场景，搭建成文庙广场让用户体验成人礼仪式，包括加冠用具、礼仪步骤、NPC交互动画、系统提示等。室內场景和室外场景可自由切换。

3.2 场景制作

场景搭建分为室外场景和室内场景，室外场景侧重于绘制地形、植被、建筑外观等;而室内场景侧重于内部结构、家具、灯光等。虚拟场景的制作一般在3D引擎中进行，它能将所有场景资源都集中起来，创建一个计算机内部的“真实世界”。在UE4中，场景一般被称为关卡，3D模型有静态网格体和骨架网格体之分，图1为一种基于UE4的常用的场景制作方法。

3.2.1 室外场景制作

室外场景制作首先从绘制地形开始，虚幻引擎的地形工具十分强大，支持自制地形或是导入灰度图生成地形。上文分析的室外关卡地形是文庙广场，因此直接使用带有青石砖材质的平面即可。场景模型所需的材质或贴图可以自己绘制导入UE4中，然后根据需求附加到模型上。植被模型需要借助专门工具绘制，Speedtree是一款比较好用的三维树木建模软件，树木模型的生成、动画制作、导入方式等简单易学。

室外场景建筑根据需求一般会做成真实的3D建筑模型和带贴图的简单几何体建筑外观，这取决于场景用途和功能设计。男子冠礼的场地是文庙广场，即无须在室内举行加冠仪式，因此采用带贴图的简单几何体来搭建建筑外观，能够降低系统开销、增加开发效率。这里可以用3DS MAX建模工具对文庙建筑进行建模，或使用UE4自带的BSP工具直接搭建建筑平面外观充当背景，最后附上材质贴图。

3.2.2 室内场景制作

室内场景制作关键在于室内空间构建和室内设计。如果室内空间简单，可直接使用建模软件进行多边形建模。对于复杂的室内空间（如多层多房间），建议使用Auto CAD图纸结合3ds Max软件进行空间建模。使用CAD绘制的建筑图纸（包括平面、剖面和立面）导入3ds Max中，然后使用样条线结合“挤出”命令，就能沿着二维图纸上的墙体绘制出三维空间模型。空间建模完成后，就可以制作各种家具或摆件的3D模型，进行室内设计。

根据上文，男子冠礼的室内场景为展示传统礼仪文化的虚拟展厅。因此，需要将室内场景设计成展厅或展馆的样式，并将传统成人礼文化内容以图文、视频等形式放入虚拟展厅的适当位置。成人礼文化内容的图文信息、视频资料等，在内容策划环节收集，然后使用图文编辑软件、音/视频编辑软件进行制作，最后导入虚幻引擎的室内关卡中。

3.2.3 场景处理

室内外空间构建完成后，则要补充添加各种所需的3D模型。比如成人仪式上所用的器具模型、配合礼仪流程所需的3D人物模型等。这些内容都可以通过3D建模工具进行模型设计和动画设计，最后导入UE4关卡中。值得一提的是，针对复杂模型，在赋予材质贴图之前需要进行UV展开，即让模型的所有表面展到一个平面上，这样方便根据不同表面绘制贴图，以达到更为真实的效果。

最后，统一在UE4中使用光源系统对室内外光源进行设置。室外场景的光源有很多种方案，一般会添加定向光源、指数级高度雾和天空光照，通过调整对应细节面板上的参数以达到需要的效果。室内灯光相对复杂，除了室内家具灯光外还需注意自然光源的光影效果。室内一般使用点光源，来模拟现实世界中灯泡的工作原理，而聚光源是从一点出发的锥形光源，其工作原理类似手电筒和舞台照明灯，可用来作为吊灯或壁灯。设置好灯光，即可开启UE4的播放模式，预览室内外场景。

3.3 功能开发和发布测试

要实现用户与场景交互，就需要进行场景功能开发和交互设计。在虚幻引擎中很多功能都可以通过蓝图（Blueprints）系统来实现。蓝图指的是可视化脚本，它通过使用连线把节点、事件、函数及变量连接起来[5]，实现或简单或复杂的功能。虚幻引擎的开发方式有蓝图和C++两种模式，其中蓝图系统强大灵活，它为设计人员提供了一般仅供程序员使用的所有概念及工具，而C++更适合专业的编程人员使用。但在实际开发中，很多开发者将蓝图和C++一起使用，因为二者各有优势，搭配使用开发效率更高。

3.3.1 功能开发

经过分析，基于男子冠礼的VR教育内容主要功能有：开始界面与背景音乐、交互展示、关卡切换、消息对话框、模型特效、暂停与退出等。

“开始界面与背景音乐”的创建需要将准备好的背景图和音频文件导入UE4的内容浏览器中。使用控件蓝图，搭配Button和Text组件可以制作出想要的开始界面;通过编辑sound面板可以实现音频循环播放。“交互展示”功能用于室内展览，对展板模型创建蓝图事件，然后启用onclicked节点，便可让用户通过鼠标点击实现展板内容切换。“关卡切换”的简单方式只需使用OpenLevel节点，直接填入参数 “关卡名称”即可。“消息对话框”用来让用户接触任务，进而提高参与度。可以在UE4中使用FMessageDialog提供的对话框，也可以给场景中的角色添加TextRender和BoxCollision，使用控件蓝图设置对话框。“模型特效”可以在用户接触冠具模型的时候触发，UE4提供了处理特效的功能，这里用到了PostProcessVolumn，可以放置在场景中的任何需要特效的位置。此外，“暂停和退出”与“开始界面”实现方式类似，这里不再赘述。

3.3.2 发布测试

最后，将开发的内容进行打包测试，虚幻引擎打包方式很简单，直接按步骤打包成exe格式，便可应用在其他PC端。但在打包的过程中有两点需要注意，即确定要操纵的角色和初始生成位置以及设置默认加载的关卡和参与模式。在测试过程中发现的问题需要回到之前步骤进行解决或改进，然后重新打包，直到实现想要的效果。

4 结束语

通过分析VR技术在教育领域的应用优势及在传统文化教育中的应用现状，发现了当前基于传统文化的VR教育内容存在的不足，最终以传统成人礼为例，提出一种基于UE4的体验式VR教育内容设计方案，为VR传统文化教育内容开发提供参考。

参考文献：

[1] 蒋庆全.国外VR技术发展综述[J].飞航导弹，2002（1）：27-34，61.

[2] James Walker， Dave Towey， Matthew Pike， et al. Developing a pedagogical photoreal virtual environment to teach civil engineering[J]. Interactive Technology and Smart Education，2020，17（3）：303-321.

[3] Zahira Merchant， Ernest T Goetz， Lauren Cifuentes，et al.Trina J. Davis. Effectiveness of virtual reality-based instruction on students' learning outcomes in K-12 and higher education： A meta-analysis[J].Computers & Education， 2014（70）：29-40.

[4] 馬家安.仪式在学校教育中的价值及其实现[J].教育科学研究，2013（2）：30-33.

[5] 符清芳.基于UE4引擎的汉昭烈庙历史文化虚拟实景展示系统开发[D].成都：西华大学，2017.

【通联编辑：王力】