王贺光

郑州工程技术学院

近年来，随着信息技术的不断发展和教育模式的转变，虚拟仿真技术在教育领域得到了广泛的应用。虚拟仿真技术通过模拟真实的环境和情境，为学生提供了更加直观、生动的学习体验，有助于提高学生的学习兴趣和学习效果。在传统工艺教学中，虚拟仿真技术也展现出了巨大的潜力和优势。

本文旨在探讨虚拟仿真技术在银珐琅工艺教学中的应用，并建立相应的虚拟仿真教学系统。通过对虚拟仿真技术在银珐琅工艺教学中的优势进行分析，以及对教学系统的设计和实施进行研究，旨在提高银珐琅工艺教学的效果，为学生提供更好的学习体验，进而培养出高水平的工艺人才。本研究对于推动传统工艺教育的创新和发展具有重要意义。通过将虚拟仿真技术与银珐琅工艺教学相结合，不仅可以促进传统工艺的传承和创新，还可以拓宽学生的学习途径、培养学生的创新思维能力。同时，本研究也为其他传统工艺教学提供了借鉴和参考，有助于推动传统工艺教育的现代化和国际化进程。

一、相关概念

（一）银珐琅工艺

银珐琅工艺是一种在金属器物表面绘制彩色图案的技艺，其特点是使用金属丝或细线在器物表面勾勒出图案的轮廓，并将不同颜色的珐琅填充在轮廓内部，然后通过高温烧制使其固化和光亮。银珐琅工艺在我国有着悠久的历史，可以追溯到公元14 世纪的元朝时期。它在明朝和清朝达到了巅峰，银珐琅工艺品成为皇室贵族珍视的工艺品。银珐琅工艺常用于制作各种器皿、装饰品，如花瓶、酒杯、香炉、匣子等。银珐琅工艺的重要性在于，它不仅是一种传统的手工艺，也是中华文化的瑰宝之一。

（二）虚拟仿真技术

虚拟仿真技术是一种通过计算机生成虚拟环境，模拟真实世界的行为和交互的技术。它利用计算机图形学、物理引擎和交互技术，使用户能够在虚拟环境中进行互动和实验，以获取与真实世界相似的体验。虚拟仿真技术在教学中有着广泛的应用。虚拟仿真技术可以模拟真实实验室环境和实验操作，能为学生提供安全、经济、可重复的实验体验。学生可以在虚拟实验室中进行实验操作和观察，加深对实验原理和过程的理解。虚拟现实技术结合虚拟仿真技术可以创建沉浸式的学习环境，学生可以通过虚拟现实头盔和手柄进行交互，与虚拟环境中的对象和场景进行互动，进而提高学习的参与度，有身临其境的感觉。

二、研究现状

（一）虚拟仿真技术在教育领域的应用

虚拟仿真技术在教育领域的应用已经取得了显著的效果。它通过模拟真实场景，为学生提供了一种身临其境的学习体验，使学生的学习更加直观、生动。虚拟仿真技术不仅可应用于理论知识的学习中，还可应用于实践性学习中。

在医学教学中，虚拟仿真技术可以使学生在虚拟环境中模拟手术操作，进而提高其操作技能和决策能力。此外，虚拟仿真技术还可以模拟各种临床环境、疾病症状，让学生能够在虚拟空间中更直观地进行学习和实践。

工程类学科的学生可以通过虚拟仿真技术模拟各种工程项目，包括建筑设计、结构分析等。这样可以提高学生的设计能力和解决问题的能力，进而减少实验成本和时间［4］。

在化学、物理、生物等理论学科的教学中，学生可以在虚拟实验室中进行各种实验操作，感受真实的实验环境，同时培养实验能力。虚拟仿真技术还可以模拟复杂的物理过程和化学反应，帮助学生更好地理解和掌握理论知识。

虚拟仿真技术在教育领域的应用还面临一些挑战，如技术成本、教师培训等。但随着技术的不断进步和普及，这些问题将逐渐得到解决。虚拟仿真技术的应用将为教育领域带来更多的机会和可能性，不仅能提高学生的学习效果和兴趣，而且能促进教育的创新和发展。

（二）银珐琅工艺教学的现状

随着虚拟仿真技术的发展，银珐琅工艺教学中也逐渐引入了这一技术。虚拟仿真技术可以通过计算机模拟真实的工艺场景，为学生提供更加真实和自由的学习环境，这样学生可以在虚拟环境中进行实践操作，不受时间和空间的限制，并能够根据个人的学习进度进行学习。

北京工业大学的董薇团队开发了一款基于移动终端平台的体验式交互游戏，将景泰蓝复杂的传统工艺流程用身临其境的体验形式移植到虚拟的移动终端App 应用上，展示了景泰蓝工艺制作过程。在此过程中，引发了笔者对目前传统艺术的发展困境和策略的思考，以及新媒体环境下数字技术与传统艺术相结合的可能性，并设想了其结合前景及其双赢路径。［1］

吕林雪等人的《论北京传统手工艺的数字化保护——以景泰蓝为例》一文，试图以北京景泰蓝为例，探讨传统手工艺的数字化保护问题。文章首先阐述了北京景泰蓝的历史渊源，探讨了景泰蓝的生存现状，然后分析了数字化保护的优越性，并探讨了景泰蓝的数字化保护方案，提出利用数字化技术采集、存储传统手工艺资料和信息，建立传统手工艺数字化资源数据库。［2］

熊露等人的《计算机仿真技术在陶瓷釉料工艺中的应用》一文，利用计算机仿真模拟技术，研制了基于Windows 平台的陶瓷釉料工艺仿真系统。该系统改变了传统工艺实验相对烦琐、耗时的实验模式，实现了陶瓷工艺实验方法的多元化。结果表明，仿真实验系统与实物实验相互配合，可提高实验效率，为打造全新的“低碳”陶瓷工艺实验技术提供了条件，具有一定的推广价值。［3］

邓卉在《基于VR 技术的陶瓷烧窑工艺虚拟体验应用研究》一文中，以实地观察法了解长沙铜官窑谭家坡龙窑遗迹的现状，发现其陶瓷烧窑工艺的展示方式存在一系列需要改良的问题，并以实验研究法在动态环境建模技术和VR 技术展示两个方面将陶瓷烧窑工艺制作升华到所见即所得的层次，使参观者进入虚拟的烧窑空间，体验在不同温度下泥与火的碰撞。［4］

银珐琅工艺教学正逐渐借助虚拟仿真技术的力量进行改革和创新。虚拟仿真技术的应用为学生提供了更加真实和自由的学习环境，提高了学习效果和学习兴趣。随着虚拟仿真技术的不断发展和完善，相信银珐琅工艺教学将迎来更加美好的未来。

三、虚拟仿真技术应用于银珐琅工艺教学的优势

（一）传统银珐琅工艺教学的局限性

传统的银珐琅工艺教学存在一定的局限性。传统的银珐琅工艺教学通常需要实际的珐琅制作工具、材料和设备，以及实物示范和指导。这就导致学生在学习过程中必须亲自接触实物，并进行实地操作，这种依赖性可能导致学习资源和学习时间的限制，以及教学成本的增加。传统的银珐琅工艺教学往往无法满足每个学生的需求。因为传统的教学方法通常需要专业的工作室和设备，以及经验丰富的教师，这可能限制了学生接触和学习银珐琅工艺的机会。

（二）虚拟仿真技术的应用优势

虚拟仿真技术可以将银珐琅工艺制作的过程和技巧以图像和动画的形式展示给学生，使学生能够更直观地理解每个步骤和技术细节。虚拟仿真技术可以追踪学生的操作并提供实时反馈。学生可以在虚拟环境中尝试不同的方法和技巧，而不必担心犯错或造成损失。系统可以及时检测和纠正学生的错误，并向学生提供指导和建议，帮助他们改进和提高。虚拟仿真技术还可以为学生提供自主学习的机会，学生可以根据自己的兴趣和创造力探索银珐琅工艺制作的不同可能性。学生只需通过计算机或虚拟现实设备就能够体验银珐琅工艺制作，无须依赖于工作室和设备，这为学生提供了更多学习和实践的机会。

四、银珐琅工艺虚拟仿真教学系统的建立

（一）原理构想与仿真逻辑

首先，坚持“虚实结合”的制作模式，从传统银珐琅工艺课程的教学内容出发开展实验设计，分析现有实验存在的问题，得出线下实验与虚拟仿真实验结合的教学内容和结合方式。其次，解决虚拟仿真技术手段介入银珐琅烧制实验教学的主要问题，如传统银珐琅工艺线下实操练习成本过高等问题。最后，与同类型非遗传承的形式相比，基于信息技术的虚拟银珐琅体验系统中，学生可以从不同时间、地域、空间对该工艺进行虚拟体验。

具体来说，通过计算机图形技术和虚拟现实技术，创建一个仿真银珐琅工艺制作工作室环境，包括模拟银珐琅工艺制作工作室的布局、工作台、工具架等各种元素，以营造出逼真的工作场景。虚拟环境的创建可以让学生在虚拟空间中进行银珐琅工艺制作的学习和实践。在虚拟仿真工作室中，需要准确地模拟银珐琅工艺制作过程。通过计算机建模和物理引擎技术，可以模拟各种银珐琅工艺材料的外观、质地和特性，以及银珐琅工艺制作所需的各种工具，如刷子、颜料、烤炉等。学生可以在虚拟环境中与这些虚拟材料和工具进行交互，模拟银珐琅工艺制作过程。虚拟仿真工作室可以提供银珐琅工艺制作技术和操作的模拟。通过精确的物理引擎和运动捕捉技术，可以模拟各种银珐琅工艺制作的动作和手势，如刷涂、烘烤、抛光等。学生可以在虚拟环境中模拟实际操作，通过虚拟工具和虚拟材料进行技术实践和训练，以提高操作水平和熟练度。

（二）系统展示

该项目在银珐琅工艺虚拟体验、基于数据智能的预制功能、仿真釉色库的建立方面取得了突破性、创新性的成果。第一，基于数据智能研发的预制功能。在虚拟体验银烧蓝工艺中，学生可以在不同时间、地域、空间对该工艺进行虚拟体验，感性认知后进入实操，这样可以创新银珐琅工艺传承的模式。为了提升银珐琅工艺虚拟仿真体验的逼真性和真实性，基于银珐琅工艺的实践流程，研发了基于数据智能研发的预制功能。这项功能将结果状态拆分成若干元素，将系统各阶段的状态预先存入数据库，规避程序运行结果的不可预期性，实现数据智能模拟功能，进而呈现可预期的结果形式。第二，银珐琅烧制虚拟仿真关键数据库构建。基于UML 建立银珐琅工艺流程模块、材料物理属性数据库，根据过程寻找变量点，建立变量的函数模型，为预渲染建立数学程式库。将感性的烧蓝工艺流程以虚拟交互体验的形式呈现，设计数据模型、数据结构。基于WebGL 建立色轮，抽取釉色，建立釉色库，为实时渲染做好准备。第三，基于数据智能的烧蓝过程交互。根据数据智能的预制，基于釉色库，对点蓝过程中的着色参数进行预渲染，让受众提前感知最终的成品效果，有效提升虚拟仿真烧蓝过程中交互的体验感。第四，实验设计创新。虚拟仿真实验中既包含了银珐琅工艺文化知识体系的全部内容，也包含颇具价值的纹样图案资料，还有真实工艺操作视频作为教学辅助，同时对核心部分内容进行了大量3D 建模预处理和动画制作，并设计了多种方式的交互环节，拓展了实验的深度和广度；立足“设计性”实验水平的提升，将“纹样设计”纳入虚拟仿真实验环节：大师纹样库解决了学生学习与分析纹样在器型中分布的问题；分类纹样提取依据银珐琅创作的纹样分布模块进行细分设计。第五，实验过程创新。银珐琅传统制作工艺的实验过程尊崇科学性、严谨性、综合性，采用“理论知识学习+虚拟仿真项目学习+现场操作实践教学”的线上线下相结合的教学方式，融合案例教学、情境教学、线上线下互动学习等多种教学方法和手段。通过运用线下理论复习、线上训练与反馈、线下巩固练习的进阶设计，借助三维建模手段模拟银珐琅制作工艺场景和工艺流程，构建了“线下—线上—线下”的混合教学模式，契合了“虚实结合、虚实互补”的教学设计理念。

五、结论

虚拟仿真技术在银珐琅工艺教学中的应用具有许多优势，展示了其巨大的潜力和未来发展方向。虚拟仿真技术可以为学生提供真实的体验，可以使学生在虚拟环境中进行实践和探索。学生可以通过虚拟仿真技术模拟不同的工艺过程，如调配珐琅颜料、上釉、烧制等，从而提高实践能力和解决问题的能力。此外，虚拟仿真技术在银珐琅工艺教学中的应用还可以促进学生之间的协作和交流。学生可以通过虚拟环境中的社交功能与其他同学或教师进行互动和合作，分享经验和知识，从而形成学习社群。