中国美术学院|虚拟仿真实验教学共享平台

2、项目描述：

实验目的

本实验教学项目作为中国美术学院摄影系核心课程《传统摄影工艺拓展》中对摄影传统工艺的拓展部分，以崭新的虚拟现实交互体验方式，数字化地保留和生动再现了摄影艺术的古典工艺手法，使学生和大众可以通过虚拟仿真实验的手段，身临其境地学习和掌握古典摄影工艺中的艺术创作方法，并与此同时了解摄影艺术的发展历史。

实验课时

实验所属课程所占课时：60 课时
该实验项目所占课时：4 课时

实验原理

蓝晒法（又称“铁氰酸盐印象法”）是第一个实用的铁盐摄影工艺，在摄影术“正式”发明后第三年，即1842年，John Herschel 发明了这种能制作持久保持的蓝色照片的摄影工艺。这种基本的印相法能产生一种带有蓝色中间色调的白色影像和阴影部位。其它颜色也可以产生出来，包括在白色背景上产生蓝色影像，并且可以用负片或透明正片在相纸或用淀粉浆洗的布上，以及其它材料上制作出照片。
蓝晒法流程：把混合好的感光溶液涂在纸上，在暗处晾干感光纸。然后把感光纸放在底片下接触曝光。蓝晒法通过紫外线感光，显影即通过水洗5-10分钟即可。
本虚拟仿真实验，通过照片级渲染的虚拟现实环境营造，以真实物理行为的交互形式，对蓝晒法的整个艺术创作流程进行了模拟。学生在实验过程中，能通过对蓝晒法的简史和原理学习，器材与化学药品的认识，在虚拟环境下进行感光溶液的调制，感光溶液的涂刷处理，透明负片的放置处理，玻璃板的压制，虚拟自然环境下曝光和显影过程的实时观察，感光纸的水洗操作，以真实的体验感，学习古典摄影工艺蓝晒法的全部制作流程和创作技巧。

知识点：共 12 个

蓝晒法简史
蓝晒法原理
化学药品和显影剂配方
蓝晒法的负片
纸张和织物的选择
日光和紫外线
蓝晒法曝光
蓝晒法显影
漂洗和氧化
高亮区的处理
蓝晒法的调色工艺
新蓝晒工艺

实验仪器设备（装置或软件等）

虚拟现实系统：	搭载Windows 10及以上版本操作系统的台式或笔记本电脑可移动VR交互设备：HTC Vive系列或 Oculus Rift系列头显设备（带控制手柄、定位器）可选配HTC Vive Cosmos 或 Oculus Quest 头显设备脱离主机运行（带控制手柄）可选配HTC Vive 无线配件
软件：	通过Unreal引擎自主研发的古典摄影工艺蓝晒法虚拟仿真实验软件。

实验材料（或预设参数等）

引擎制作的数字化虚拟现实环境。
3D建模的数字化实验器材。
全流程数字化，无需消耗类、易损类实验材料。

实验教学方法

（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）
使用目的：

① 数字化传承古典摄影工艺
古典摄影工艺方式由于传承形式、操作方法、技术更新、社会需求等各方面的原因，正在失去传播的效力，逐渐淡出大众的视野。以数字化的方式对古典摄影工艺的整理和保存，具有可永久流传、广泛传播、反复体验等优势。
② 虚拟式感受传统摄影工艺
由于操作环境、实验设备、实验材料等各种必备的因素，开展古典摄影工艺的实践有一定的条件限制。学生通过在虚拟现实环境下的沉浸式交互体验，为古典摄影工艺在现实层面之外，提供了一种虚拟的体验可能，从而打破了时间和空间的障碍。
③ 仿真式体验传统摄影工艺
通过在虚拟现实环境下的仿真交互操作方式，学生直观、实时、互动地体验了古典摄影工艺的完整操作流程，并可以在操作过程中，随时观察和分析工艺流程中的每一个细节。
④ 激发学习兴趣
通过崭新得到数字化虚拟现实方式来进行古典摄影工艺的交互式教学，可以大幅度激发学生的学习兴趣，调动学生的主观能动性。同时，虚拟方式的练习，让学生有充分的机会反复试错、反复练习、不断总结，为今后面对实际的工艺流程做好了专业知识和操作上的准备。

实施过程：

① 虚拟现实环境漫游
学生在进入虚拟现实环境后，通过空间定位移动自行探索虚拟场景，逐步让自己沉浸在虚拟环境。结合音画的互动解说，建立对蓝晒法工艺简史的了解。
② 初步认识
根据提示，学生与虚拟工作台上的药水瓶、笔记本、负片、纸张、织物等道具发生交互行为，学生从而依次对蓝晒法工艺所需的化学药品、配方、负片、载体，以及蓝晒法的原理进行初步了解。
③ 交互式练习
学生通过交互操作的方式，根据笔记本上的药水配方，在虚拟工作台上操作药水瓶混合药水，自行配制显影剂。在完成药水配制后，选择相应的纸张或织物，使用大笔刷进行显影液的涂刷。完成后，操作玻璃板，对负片、纸张或织物进行夹压，并将夹压后的玻璃板移动到虚拟环境的室外，在日光下进行紫外线的曝光模拟。显影后，取出纸张或织物，进行漂洗和氧化等处理。在交互式练习过程中，如出现操作错误，会在虚拟环境和虚拟道具出现声音和视觉提示，如：药水选择错误、药水配比错误、涂刷方式错误、曝光时间错误、漂洗方式错误等。所有错误操作会在实验结束时，出现统计和展示。在虚拟环境下生成的蓝晒法摄影作品，最终可保存在本地文件夹。

实施效果：

① 提升教学效率
本实验项目突破了时间和空间的限制，学生可以随时随地进行实验。同时，系统中设计有纠错和提示功能，有充分的机会反复试错、反复练习、不断总结，为今后面对实际的工艺流程做好了专业知识和操作上的准备。虚拟环境下，对工艺简史、工艺原理、工艺流程的交互式学习，音画互动的展示方式，消除了文字化的理论学习所带来的枯燥和单调。学生在虚拟实验过程中的步骤操作会自动统计和总结，并回馈到教学者，效率远高于一对多的现场教学。此外，数字化格式的文件，让学生可以随时随地下载、携带、运行，将实验室带到了课堂之外，解决了古典摄影工艺流程实践对空间环境、耗材设备等一系列条件的严苛要求，提高了教学效率。
② 降低教学成本
本实验项目建构了一个逼真的虚拟现实环境，解决了摄影房、暗房、配药台、工作间等一系列摄影空间和摄影设备的建设改造难题，减少了器具和耗材的购置费用；也解决了学生无法以真实工艺流程进行反复练习的问题。大大降低了教学成本。
③ 保证教学安全
古典摄影工艺流程中，涉及到多种化学药品、玻璃器具、水、火、有毒物质等一系列影响教学安全和身体健康的因素。通过数字化的虚拟仿真实验，完美规避了这些可能会出现的安全隐患，保证了教学的安全性。
④ 共享教学资源
本实验项目可通过互联网下载、传播，能够方便地开展大范围班级实验并向社会开放。不仅惠及本专业的师生，也支持了我校其它专业的虚拟仿真实验教学与研究开发，并可与国内与国际的艺术院校相关专业共享该虚拟仿真实验教学项目。
⑤ 传承文化艺术
本项目以虚拟现实、交互沉浸的方式，真实还原和再现了古典摄影工艺蓝晒法的制作流程，并以数字化的格式永久保存，通过互联网方式进行广泛传播，为传承和保留即将消失的传统文化艺术，在新时代中做出了贡献。

实验方法与步骤要求

（学生交互性操作步骤应不少于10步）
实验方法描述：

情境法

对虚拟现实环境的照片级渲染构建，最大程度的真实还原和再现了古典摄影工艺蓝晒法的操作现场，通过音画互动、情景设计，使学生能在生动、逼真、互动的虚拟场景中，以沉浸的方式，学习和了解蓝晒法的历史沿革，蓝晒法的制作原理。

模型法

通过控制手柄或手势识别，学生在虚拟现实环境中，对环境中的虚拟道具进行真实物理状态的操作，对工艺流程的操作方式和步骤建立起直观和高度仿真的记忆。本实验项目中出现的道具，如化学药品容器、纸张、织物、玻璃板、夹子、水管、水盘、操作台等，都依照实物本身的真实比例和材质贴图进行建模和制作，并具有真实的物理属性，在实际操作时具有高度的真实感，并可与学生的操作产生即时的交互回馈。

学生交互性操作步骤说明：

该实验教学项目属于《摄影基础》课程，共计4个实验课时，其中，虚拟现实环境漫游认知0.5个课时，蓝晒法简史0.5个课时，蓝晒法原理0.5个课时，蓝晒法工艺流程操作2.5个课时。学生可在整个场景和情境中进行交互性操作26步。
步骤1:
登录项目网站，进入网站了解实验项目描述、特色、硬件要求等相关信息，并获取实验指导说明书。
步骤2:

点按链接图标，下载并安装“古典摄影工艺蓝晒法虚拟仿真实验”软件。
步骤3:

运行软件，带上头显设备，双手握住控制手柄，进入虚拟现实环境。
步骤4:

在虚拟现实环境中，选择站姿或坐姿模式，进行画质、音效、语言、字幕等设置，开始仿真实验。
步骤5:

环境中出现控制手柄的各按钮功能介绍，包括移动、抓取、触发。
步骤6:

虚拟现实环境分为室内和室外两部分，通过实际行走和手柄瞬移进行环境的观察和漫游，熟悉控制手柄的各按钮操作。
步骤7:

在漫游过程中，与场景中的道具（如照片、档案、文件等）交互，将触发语音解说和影像片段，介绍蓝晒法的简史。
步骤8:

与场景中的道具（如工作笔记本、纸张、负片、化学药品等）交互，将触发语音解说和动画演示，介绍蓝晒法的原理。
步骤9:

蓝晒法的简史和原理学习完毕后，系统将提醒进入实验环节。
步骤10:

系统图文语音提醒下一步骤。通过控制手柄，抓取并选择化学药品柜中的化学药品，并移动到工作台上。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤11:

在工作台上进行显影剂的调配。调配过程中，注意化学药品的剂量和配比，如出现操作错误，系统会提示失败并重置调配过程。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤12:

通过控制手柄，抓取并选择纸张或织物，摆放在工作台上。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤13:

通过控制手柄，抓取大笔刷，蘸取调配好的显影剂，在纸张或织物上均匀涂刷。涂刷过程中，如出现操作错误，系统会提示并重置涂刷过程。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤14:

通过控制手柄，抓取并选择不同的摄影负片。不同的摄影负片，系统会提示区别和特性。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤15:

通过控制手柄，将负片放置在涂刷好显影剂的纸张或织布上。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤16:

通过控制手柄，抓取两片玻璃板，并放置在工作台上。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤17:

通过控制手柄，将步骤15中的半成品放置在一片玻璃板上。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤18:

通过控制手柄，将另一片玻璃板压在步骤17中的半成品上。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤19:

通过控制手柄，抓取工作台上的夹子，将步骤17中的半成品进行固定。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤20:

通过控制手柄，抓取步骤19中的半成品。移动到虚拟室外环境，进行蓝晒法曝光。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤21:

通过控制手柄，取下夹子，打开玻璃板，取出曝光后的纸张或织物。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤22:

通过控制手柄，抓取步骤21中的半成品，放入室外水槽。
步骤23:

通过控制手柄，拧开水龙头，控制水流大小，抓取皮管，进行漂洗。操作过程中，如水流过大，系统会出现提示。在过程中，可观察蓝晒法的显影变化。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤24:

通过控制手柄，从水槽里取出步骤23中的半成品，并移动到虚拟室内环境。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤25:

通过控制手柄，将步骤23中的半成品放置到整平机中。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤26:

通过控制手柄，调节整平机的温度和时间，盖下整平机。操作过程中，如温度和时间设置不对，系统会出现提示。操作成功后，系统图文语音提醒下一步骤。
步骤27:

通过控制手柄，打开整平机，取出蓝晒法作品。作品以悬浮的形式展示，可通过控制手柄旋转和缩放，观赏作品细节。
步骤28:

通过控制手柄，关闭观赏界面后，系统会提醒是否保存图片到本地文件夹，可选择“是”或“否”。
步骤29:

通过控制手柄，选择结束后。系统会提醒实验结束，并展示实验统计数据和得分，以及“重新进行”按钮。
步骤30:
退出虚拟现实环境，摘下头显设备，关闭软件，结束虚拟仿真实验的操作。

实验结果与结论要求

是否记录每步实验结果：是
实验结果与结论要求：实验报告心得体会

考核要求

1. 学习态度占总成绩10%
考核内容：实验出勤率、实验操作步骤完成度、实验操作次数等。
2. 理论学习占总成绩40%
考核内容：蓝晒法简史、蓝晒法原理、蓝晒法工艺流程、蓝晒法操作要点。
3. 虚拟仿真实验占总成绩50%
考核内容：虚拟仿真实验操作熟练度、实验完成时长、实验统计数据和得分。

面向学生要求

专业与年级要求	本虚拟仿真实验课程，面向摄影专业本科二年级学生，以及选修《摄影基础》课的其它专业学生。
基本知识和能力要求	学生应对胶片摄影的成像原理、曝光原理、显影原理有基础的认识，并对古典摄影工艺有初步的了解。

实验项目应用及共享情况

是否纳入到教学计划：是 (教学大纲下载)

是否面向社会提供服务：是