金海峰 張悠然 吳楠

摘要：為探索VR技術(shù)在傳統(tǒng)文化教育中的應(yīng)用模式，提出了基于傳統(tǒng)成人禮的VR教育內(nèi)容設(shè)計(jì)方案。通過分析VR在教育中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、在傳統(tǒng)文化教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題，對(duì)VR成人禮內(nèi)容進(jìn)行探索，挖掘其文化內(nèi)涵和教育意義，提出一種基于UE4的體驗(yàn)式教育模式，為VR傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);傳統(tǒng)文化;成人禮;體驗(yàn)式教育

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）36-0123-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（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

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)已經(jīng)成為促進(jìn)教育發(fā)展的一種新型教育手段，在文化教育領(lǐng)域的應(yīng)用層出不窮。近年來中華傳統(tǒng)文化創(chuàng)新回歸，但VR在傳統(tǒng)文化教育領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)量少、教學(xué)內(nèi)容單調(diào)、教育格局窄、缺乏創(chuàng)新，對(duì)比以往教育模式并無顯著優(yōu)勢(shì)。以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，以成人禮的教育意義為需求牽引，對(duì)傳統(tǒng)成人禮進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提出一個(gè)能充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)優(yōu)勢(shì)，通用性強(qiáng)且易開發(fā)的VR內(nèi)容設(shè)計(jì)方案，以滿足VR傳統(tǒng)文化教育的創(chuàng)新需求。構(gòu)建以傳統(tǒng)成人禮為內(nèi)容的VR教育應(yīng)用，從內(nèi)容策劃、場(chǎng)景搭建、功能開發(fā)等方面形成一套完整的教育內(nèi)容設(shè)計(jì)流程。

1 VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

VR最初應(yīng)用在美國(guó)的軍事教育和訓(xùn)練中，例如Cyber View便是當(dāng)時(shí)用于美國(guó)海軍戰(zhàn)斗機(jī)飛行員訓(xùn)練的一種虛擬環(huán)境系統(tǒng)[1]，系統(tǒng)可以節(jié)省60%的訓(xùn)練時(shí)間和70%的費(fèi)用。直到90年代，美國(guó)開始將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入普通教育和高等教育。經(jīng)過多年實(shí)驗(yàn)探索發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在文化教育領(lǐng)域有著顯著優(yōu)勢(shì)。

1.1 科普類教育

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行文化、科技、藝術(shù)等普及教育的應(yīng)用最為廣泛，尤其是在文化遺產(chǎn)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者通過三維掃描、3D建模和多媒體技術(shù)搭建博物館、科技館等虛擬漫游系統(tǒng)，對(duì)館藏物品進(jìn)行交互展示。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠最真實(shí)地復(fù)現(xiàn)館藏物品，甚至復(fù)原殘缺品，這種科普方式還能在增加趣味性的同時(shí)有利于展品保護(hù)。

1.2 模擬培訓(xùn)教學(xué)

VR最初被應(yīng)用于模擬培訓(xùn)教學(xué)，并得到許多研究人員的青睞。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)能協(xié)助各行業(yè)的操作人員學(xué)習(xí)或提高專業(yè)技能。其主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠加快培訓(xùn)內(nèi)容的及時(shí)更新，確保操作人員第一時(shí)間學(xué)到最新技術(shù)，并且能夠節(jié)約培訓(xùn)成本，提高效率。

1.3 虛擬教學(xué)環(huán)境

在教學(xué)過程中，虛擬環(huán)境相當(dāng)于教學(xué)環(huán)境。模擬培訓(xùn)教學(xué)和虛擬教學(xué)環(huán)境都需要搭建虛擬環(huán)境，但前者側(cè)重于特殊技能的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，而后者更注重虛擬環(huán)境本身所具備的教學(xué)意義。比如，對(duì)于土木工程專業(yè)、地質(zhì)學(xué)專業(yè)、考古專業(yè)之類的學(xué)生來說，虛擬環(huán)境本身就是一種教學(xué)資源，它能促進(jìn)學(xué)生的情景認(rèn)知能力和對(duì)環(huán)境構(gòu)建過程的理解[2]。

1.4 虛擬游戲教育

在開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)教育內(nèi)容的過程中很容易設(shè)計(jì)成教育游戲的模式。國(guó)外學(xué)者研究認(rèn)為，基于游戲的學(xué)習(xí)環(huán)境比虛擬世界或模擬環(huán)境更有效，并且游戲環(huán)境能夠使學(xué)生保持長(zhǎng)期記憶[3]。根據(jù)游戲原則設(shè)計(jì)的VR教育環(huán)境，并通過完成特定情景下的游戲任務(wù)達(dá)到教學(xué)目的，是近年來虛擬現(xiàn)實(shí)教育內(nèi)容開發(fā)的熱點(diǎn)之一。

2 VR在傳統(tǒng)文化教育中的現(xiàn)狀及存在的問題

隨著傳統(tǒng)文化的回歸和虛擬現(xiàn)實(shí)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，近些年“VR+傳統(tǒng)文化”得到研究人員的廣泛關(guān)注。涉及對(duì)物質(zhì)文化本身的虛擬復(fù)現(xiàn)與交互展示、對(duì)傳統(tǒng)手工藝的數(shù)字化流程再現(xiàn)、對(duì)傳統(tǒng)文化產(chǎn)業(yè)的數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)、對(duì)傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容的開發(fā)以及其他傳統(tǒng)文化內(nèi)容的開發(fā)等。然而，當(dāng)前以教育為目的的VR傳統(tǒng)文化內(nèi)容不僅數(shù)量少，還存在以下突出問題。

2.1 教學(xué)內(nèi)容單一

現(xiàn)有的VR傳統(tǒng)文化教育研究側(cè)重于對(duì)傳統(tǒng)文化知識(shí)本身的學(xué)習(xí)與理解，忽視對(duì)學(xué)生的思想道德教育。通過打造古色古香的沉浸式虛擬教學(xué)環(huán)境，加深學(xué)生對(duì)詩詞、古文、朝代歷史等內(nèi)容的理解與記憶，即加強(qiáng)傳統(tǒng)教育“詩書禮樂”中“詩”和“書”的VR教學(xué)，從而忽略了“禮”教與“樂”教。

2.2 教育格局較窄

教育不是單方向的，需要考慮學(xué)校、家庭和社會(huì)三位一體的教育格局。尤其是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育，諸如孝敬父母、尊敬師長(zhǎng)、助人為樂等傳統(tǒng)美德需要以學(xué)校為主體、家庭和社會(huì)為平臺(tái)，才能構(gòu)建良好的育人環(huán)境。當(dāng)前VR傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容的應(yīng)用場(chǎng)景多為學(xué)校相關(guān)課程，忽略家庭與社會(huì)的作用，教育格局較窄。

2.3 虛擬內(nèi)容設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新

在對(duì)虛擬內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，側(cè)重于打造逼真的、古意盎然的沉浸式環(huán)境，但在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上不夠新穎。交互式的情景學(xué)習(xí)固然能夠在短期加深記憶，但這仍是一種被動(dòng)學(xué)習(xí)方式，沒有充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)想性的特點(diǎn)激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的欲望，對(duì)比傳統(tǒng)課堂教學(xué)，無明顯優(yōu)勢(shì)。

3 基于傳統(tǒng)成人禮的VR內(nèi)容設(shè)計(jì)

儀式是一種具有精神或道德力量的教育途徑[4]，而成人禮作為最重要的儀式之一，是一種家庭、學(xué)校和社會(huì)結(jié)合的特殊教育形式。提煉傳統(tǒng)成人禮的精神內(nèi)涵，利用VR技術(shù)沉浸性、交互性和構(gòu)想性的特點(diǎn)讓青少年進(jìn)行禮儀文化內(nèi)容體驗(yàn)和學(xué)習(xí)，對(duì)其思想道德、行為規(guī)范、家庭秩序和公民角色等方面都有積極意義。本文使用虛幻引擎4（Unreal Engine 4，簡(jiǎn)稱UE4）進(jìn)行PC端VR成人禮教育內(nèi)容設(shè)計(jì)，其流程可概括為內(nèi)容策劃、場(chǎng)景制作、功能開發(fā)和發(fā)布測(cè)試四個(gè)環(huán)節(jié)。

3.1 內(nèi)容策劃

3.1.1 收集材料

首先，收集傳統(tǒng)成人禮的起源、內(nèi)涵、流程及發(fā)展等材料，為后續(xù)開發(fā)做準(zhǔn)備;然后，對(duì)傳統(tǒng)成人禮流程做適當(dāng)改進(jìn)。根據(jù)《儀禮·士冠禮》記載，并參考現(xiàn)代成人禮流程，可將傳統(tǒng)成人禮（這里指男子冠禮）概括為以下步驟：（1）迎賓：加冠當(dāng)日所需物件應(yīng)擺放的位置及主人迎賓過程。加冠物品有盥洗用具、加冠服裝、結(jié)發(fā)物品、酒器等;（2）三加：重復(fù)三次加冠過程。初加緇布冠、再加皮弁冠、三加爵弁冠，中間分別換上玄端服、皮弁服和爵弁服;（3）賓醴冠者：冠者與賓客相互敬酒、拜謝;（4）拜謝父母：向父母行禮敬酒，感謝父母;（5）賓字冠者：賓宣告冠者的字。

3.1.2 策劃內(nèi)容

VR成人禮要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)禮儀文化教育展示及體驗(yàn)教學(xué)的目的，需要開發(fā)兩個(gè)場(chǎng)景。場(chǎng)景一為室內(nèi)場(chǎng)景，搭建成虛擬展廳對(duì)傳統(tǒng)禮儀文化進(jìn)行交互展示，包括傳統(tǒng)成人禮的起源、文化內(nèi)涵、禮儀流程、歷史演變及當(dāng)代價(jià)值等。場(chǎng)景二為室外場(chǎng)景，搭建成文廟廣場(chǎng)讓用戶體驗(yàn)成人禮儀式，包括加冠用具、禮儀步驟、NPC交互動(dòng)畫、系統(tǒng)提示等。室內(nèi)場(chǎng)景和室外場(chǎng)景可自由切換。

3.2 場(chǎng)景制作

場(chǎng)景搭建分為室外場(chǎng)景和室內(nèi)場(chǎng)景，室外場(chǎng)景側(cè)重于繪制地形、植被、建筑外觀等;而室內(nèi)場(chǎng)景側(cè)重于內(nèi)部結(jié)構(gòu)、家具、燈光等。虛擬場(chǎng)景的制作一般在3D引擎中進(jìn)行，它能將所有場(chǎng)景資源都集中起來，創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的“真實(shí)世界”。在UE4中，場(chǎng)景一般被稱為關(guān)卡，3D模型有靜態(tài)網(wǎng)格體和骨架網(wǎng)格體之分，圖1為一種基于UE4的常用的場(chǎng)景制作方法。

3.2.1 室外場(chǎng)景制作

室外場(chǎng)景制作首先從繪制地形開始，虛幻引擎的地形工具十分強(qiáng)大，支持自制地形或是導(dǎo)入灰度圖生成地形。上文分析的室外關(guān)卡地形是文廟廣場(chǎng)，因此直接使用帶有青石磚材質(zhì)的平面即可。場(chǎng)景模型所需的材質(zhì)或貼圖可以自己繪制導(dǎo)入U(xiǎn)E4中，然后根據(jù)需求附加到模型上。植被模型需要借助專門工具繪制，Speedtree是一款比較好用的三維樹木建模軟件，樹木模型的生成、動(dòng)畫制作、導(dǎo)入方式等簡(jiǎn)單易學(xué)。

室外場(chǎng)景建筑根據(jù)需求一般會(huì)做成真實(shí)的3D建筑模型和帶貼圖的簡(jiǎn)單幾何體建筑外觀，這取決于場(chǎng)景用途和功能設(shè)計(jì)。男子冠禮的場(chǎng)地是文廟廣場(chǎng)，即無須在室內(nèi)舉行加冠儀式，因此采用帶貼圖的簡(jiǎn)單幾何體來搭建建筑外觀，能夠降低系統(tǒng)開銷、增加開發(fā)效率。這里可以用3DS MAX建模工具對(duì)文廟建筑進(jìn)行建模，或使用UE4自帶的BSP工具直接搭建建筑平面外觀充當(dāng)背景，最后附上材質(zhì)貼圖。

3.2.2 室內(nèi)場(chǎng)景制作

室內(nèi)場(chǎng)景制作關(guān)鍵在于室內(nèi)空間構(gòu)建和室內(nèi)設(shè)計(jì)。如果室內(nèi)空間簡(jiǎn)單，可直接使用建模軟件進(jìn)行多邊形建模。對(duì)于復(fù)雜的室內(nèi)空間（如多層多房間），建議使用Auto CAD圖紙結(jié)合3ds Max軟件進(jìn)行空間建模。使用CAD繪制的建筑圖紙（包括平面、剖面和立面）導(dǎo)入3ds Max中，然后使用樣條線結(jié)合“擠出”命令，就能沿著二維圖紙上的墻體繪制出三維空間模型。空間建模完成后，就可以制作各種家具或擺件的3D模型，進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)。

根據(jù)上文，男子冠禮的室內(nèi)場(chǎng)景為展示傳統(tǒng)禮儀文化的虛擬展廳。因此，需要將室內(nèi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)成展廳或展館的樣式，并將傳統(tǒng)成人禮文化內(nèi)容以圖文、視頻等形式放入虛擬展廳的適當(dāng)位置。成人禮文化內(nèi)容的圖文信息、視頻資料等，在內(nèi)容策劃環(huán)節(jié)收集，然后使用圖文編輯軟件、音/視頻編輯軟件進(jìn)行制作，最后導(dǎo)入虛幻引擎的室內(nèi)關(guān)卡中。

3.2.3 場(chǎng)景處理

室內(nèi)外空間構(gòu)建完成后，則要補(bǔ)充添加各種所需的3D模型。比如成人儀式上所用的器具模型、配合禮儀流程所需的3D人物模型等。這些內(nèi)容都可以通過3D建模工具進(jìn)行模型設(shè)計(jì)和動(dòng)畫設(shè)計(jì)，最后導(dǎo)入U(xiǎn)E4關(guān)卡中。值得一提的是，針對(duì)復(fù)雜模型，在賦予材質(zhì)貼圖之前需要進(jìn)行UV展開，即讓模型的所有表面展到一個(gè)平面上，這樣方便根據(jù)不同表面繪制貼圖，以達(dá)到更為真實(shí)的效果。

最后，統(tǒng)一在UE4中使用光源系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)外光源進(jìn)行設(shè)置。室外場(chǎng)景的光源有很多種方案，一般會(huì)添加定向光源、指數(shù)級(jí)高度霧和天空光照，通過調(diào)整對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)面板上的參數(shù)以達(dá)到需要的效果。室內(nèi)燈光相對(duì)復(fù)雜，除了室內(nèi)家具燈光外還需注意自然光源的光影效果。室內(nèi)一般使用點(diǎn)光源，來模擬現(xiàn)實(shí)世界中燈泡的工作原理，而聚光源是從一點(diǎn)出發(fā)的錐形光源，其工作原理類似手電筒和舞臺(tái)照明燈，可用來作為吊燈或壁燈。設(shè)置好燈光，即可開啟UE4的播放模式，預(yù)覽室內(nèi)外場(chǎng)景。

3.3 功能開發(fā)和發(fā)布測(cè)試

要實(shí)現(xiàn)用戶與場(chǎng)景交互，就需要進(jìn)行場(chǎng)景功能開發(fā)和交互設(shè)計(jì)。在虛幻引擎中很多功能都可以通過藍(lán)圖（Blueprints）系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。藍(lán)圖指的是可視化腳本，它通過使用連線把節(jié)點(diǎn)、事件、函數(shù)及變量連接起來[5]，實(shí)現(xiàn)或簡(jiǎn)單或復(fù)雜的功能。虛幻引擎的開發(fā)方式有藍(lán)圖和C++兩種模式，其中藍(lán)圖系統(tǒng)強(qiáng)大靈活，它為設(shè)計(jì)人員提供了一般僅供程序員使用的所有概念及工具，而C++更適合專業(yè)的編程人員使用。但在實(shí)際開發(fā)中，很多開發(fā)者將藍(lán)圖和C++一起使用，因?yàn)槎吒饔袃?yōu)勢(shì)，搭配使用開發(fā)效率更高。

3.3.1 功能開發(fā)

經(jīng)過分析，基于男子冠禮的VR教育內(nèi)容主要功能有：開始界面與背景音樂、交互展示、關(guān)卡切換、消息對(duì)話框、模型特效、暫停與退出等。

“開始界面與背景音樂”的創(chuàng)建需要將準(zhǔn)備好的背景圖和音頻文件導(dǎo)入U(xiǎn)E4的內(nèi)容瀏覽器中。使用控件藍(lán)圖，搭配Button和Text組件可以制作出想要的開始界面;通過編輯sound面板可以實(shí)現(xiàn)音頻循環(huán)播放?！敖换フ故尽惫δ苡糜谑覂?nèi)展覽，對(duì)展板模型創(chuàng)建藍(lán)圖事件，然后啟用onclicked節(jié)點(diǎn)，便可讓用戶通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)展板內(nèi)容切換?！瓣P(guān)卡切換”的簡(jiǎn)單方式只需使用OpenLevel節(jié)點(diǎn)，直接填入?yún)?shù) “關(guān)卡名稱”即可?！跋?duì)話框”用來讓用戶接觸任務(wù)，進(jìn)而提高參與度?？梢栽赨E4中使用FMessageDialog提供的對(duì)話框，也可以給場(chǎng)景中的角色添加TextRender和BoxCollision，使用控件藍(lán)圖設(shè)置對(duì)話框?！澳Ｐ吞匦А笨梢栽谟脩艚佑|冠具模型的時(shí)候觸發(fā)，UE4提供了處理特效的功能，這里用到了PostProcessVolumn，可以放置在場(chǎng)景中的任何需要特效的位置。此外，“暫停和退出”與“開始界面”實(shí)現(xiàn)方式類似，這里不再贅述。

3.3.2 發(fā)布測(cè)試

最后，將開發(fā)的內(nèi)容進(jìn)行打包測(cè)試，虛幻引擎打包方式很簡(jiǎn)單，直接按步驟打包成exe格式，便可應(yīng)用在其他PC端。但在打包的過程中有兩點(diǎn)需要注意，即確定要操縱的角色和初始生成位置以及設(shè)置默認(rèn)加載的關(guān)卡和參與模式。在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題需要回到之前步驟進(jìn)行解決或改進(jìn)，然后重新打包，直到實(shí)現(xiàn)想要的效果。

4 結(jié)束語

通過分析VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及在傳統(tǒng)文化教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前基于傳統(tǒng)文化的VR教育內(nèi)容存在的不足，最終以傳統(tǒng)成人禮為例，提出一種基于UE4的體驗(yàn)式VR教育內(nèi)容設(shè)計(jì)方案，為VR傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容開發(fā)提供參考。

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【通聯(lián)編輯：王力】