戏曲欣赏课程新技术探索——虚拟现实技术在中职课堂的应用

武亚红

(郑州市艺术工程学校，河南 郑州 450000)

豫剧源于中原，是我国具有较大影响力的地方剧种之一。作为一所艺术类的中等职业学校，学生应具有一定的欣赏我国传统的戏曲文化的素养。本文研究的意义在于，将豫剧这一古老的地方剧种以现代虚拟现实技术重现在网络的虚拟场景中，以一种全新的形式使人们身临其境，有更大的沉浸感和娱乐功能，同时也将进一步借助网络传播和发扬我国传统戏剧文化。

1 设计思想

戏曲作为我国传统文化的重要代表，有着悠久和辉煌的历史。各地各民族的戏曲无一不体现着先民对生活的高度热情，对艺术的高度创造，对乡土的高度眷恋，对生命的高度智慧。

豫剧是源于中原的全国性剧种，在我国戏剧的百花园里享有很高的地位。豫剧愉悦身心的社会功能有目共睹，然而上世纪80年代以后，随着文艺领域里呈现的多元化发展态势，在传统农业生态中发展、成熟起来的戏曲剧种，日渐失去统领城乡文化娱乐的主流地位，传统戏曲在全球经济一体化过程中出现了前所未有的危机。尤其是在青年学生中，他们思维活跃，喜爱流行音乐，对于传统文化艺术接触不多。

日前，很多地区已经启动了“保护非物质文化遗产，弘扬民族传统戏曲文化”工程，也出现了一些二维的戏曲动画片，有力的保护和弘扬了我国的戏曲文化。如果能让古老的豫剧在网络中立体的呈现在人们的眼前，必将为更多的人们和青年学生所喜闻乐见。

为此，本文提出了基于虚拟环境的豫剧表演片段重建技术的研究，建立了一个“豫剧大舞台”，通过网页，将豫剧舞台的VRML场景链接到网上，用户可以浏览舞台场景，观赏豫剧表演片段，在网上欣赏3D豫剧人物的表演。

为了能够将豫剧表演片段重建于基于网络的虚拟场景中，要通过三个方面来表现虚拟的戏剧场景:首先，三维建模技术是建立虚拟场景的基础，对舞台中对象进行建模，包括舞台、道具等，对一些对象赋予交互能力，如幕布、灯光的开启都可以通过用户的交互完成;其次，通过一些文字、图片等资料介绍豫剧相关的知识，以达到深入了解豫剧，并喜欢豫剧的目的;最后，通过将VRML虚拟场景与数据库相连，使用户快捷的调用对应的虚拟豫剧表演片段场景来进行观赏。

2 需求规定

本文研究的主要目的是在于利用三维动画的简练形式，以现代技术手段包装豫剧唱段，使得豫剧文化在网络中以全新的面貌呈现在人们面前，让人们身临其境，在欣赏豫剧的同时爱上豫剧，在时代发展的浪潮中仍旧可以以时代发展的节奏焕发青春。主要有以下几个方面的功能:(1)网站介绍、用户登录和注册。(2)豫剧片段查询及展播。(3)豫剧相关知识介绍。

3 基于虚拟环境的豫剧表演片段重建的实现

3.1 豫剧表演虚拟舞台环境的建立

豫剧表演舞台虚拟环境的建立选用建模。3ds Max是国内PC机上最流行的一种三维建模及动画软件，使用起来非常直观快捷。而且3ds Max与VRML结合得非常好，可以把三维模型和动画输出为.wrl格式的VRML文件，而且信息丢失不多。以下是我建立的豫剧舞台的图片如下图1、2所示。

图1所示的是传统的戏剧表演的舞台，图2所示的是虚拟的戏剧场景舞台。它们是两种风格的舞台形式。

(1)建立舞台场景模型。本例中就采用了专业三维软件3ds Max9来创建基本的舞台场景的几何模型。对于建筑物的建模一般采用多边形建模方法，在3ds Max建模时最好用米为单位，因为3ds Max建模输出的时候，VRML默认物体的单位为米。在3ds Max中建立豫剧舞台虚拟场景的方法为:按照设计图纸的要求，在3ds Max中对要创建的虚拟现实对象，按一般制作三维动画模型的方法进行建模。在3ds Max中建立场景时，场景中的物体要注意不宜过于复杂。

(2)场景的美化。为了增强模型的美感和真实感，要为各个模型赋予材质使模型具有颜色、反光度、透明度等光学特性，在部分模型上使用纹理(Texture)贴图，以增加真实感。增加、修改场景中的灯光设置，使整个场景能表现出比较好的立体感和层次感。建立摄像机，通过摄像机的取景角度，从各种视角观察模型和场景。

最后在输出前要对模型优化(Optimize)，即在模型表面具有同样平滑度的情况下，尽量减少顶点数及面数。

将在3ds Max中处理好的豫剧舞台虚拟场景数字化模型输出为*.wrl格式的VRML文件。为了避免在输出后在3DS MAX中设置的材质贴图找不到，在VRML97导出设置对话框中“位图URL前缀”栏中，“使用前缀”复选框必须取消选择，并且在后面的文本框中要输入纹理贴图文件的URL链接地址，或者将场景中用到的所有纹理贴图文件整理后，统一保存VRML场景文件的同一个目录的下面。

3.2 人物造型的创建及人物动画的设置

人物造型的创建分为几何建模，加入骨骼，设置动作几个步骤。本文建立的是一个卡通的花木兰人物造型，采用的是表面模型，造型完成后，要为模型加入骨骼，然后通过“蒙皮”将骨骼与模型建立联结，为骨骼设置动作人物才能动起来。

3ds Max自身具有一套骨骼系统。全能的蒙皮骨骼动作插件“Character Studio”，有着完整的两足动物骨架，并且有自己一套独特的IK链，调整起来非常方便快捷。它创作速度快，而且还有强大功能的动作融合器，复杂的群集动画场景。本文所用到的花木兰戏曲卡通人物就是采用了Character Studio为其创建骨骼系统，并设计动作，创建花木兰戏曲卡通人物的模型。如下图3所示。

图3 花木兰人物模型

动画调整完成后，将其导出为 WRL格式文件，在“VRML97导出器”对话框中，要把“坐标插补器”选项勾选上，才能保证动画的输出。用3ds Max建立的模型，导出WRL格式文件后，文件会比较大，可以用VRMLPad提供的publish功能进行压缩。本文的花木兰人物模型未压缩前文件有14MB，压缩后仅有3MB左右。

3.3 声音的加入和动画控制

VRML通过各种声音节点引入外部的声音文件，在VRML中有效的声音文件格式包括MIDI文件、MP3格式文件和WAV文件。而MPEG文件作为一种高效的音频和视频压缩存储格式，同样可以作为一个外部的声音文件引入。

动态就是某些对象会随着时间的变化而变动位置、方位和大小等，所以控制一个动态的虚拟对象，需要两个重要的控制因素，第一个是控制动态对象的时间，例如开始时间、结束时间以及循环周期:另一个是描述动态对象改变的方式，如移动、旋转或缩放等。连接这些节点的指令是ROUTE(路由)，它会将某个节点的event0ut事件传递给某个节点产生的eventIn事件，从而达到动态目的。在VRML中，Inline节点可以用来从任意地方读取VRML造型文件，若URL域为空，则没有任何动作。

Anchor锚链节点相当于HTML语言中的超级链接，使用Anchor锚链节点能实现Internet上任意位置、任意文件之间的互联、互动及感知。Anchor节点能实现VRML场景之间、VRML场景与HTML网页之间以及与其它3D虚拟场景之间的调用和互动，同时利用 Anchor节点还可以直接上网，使VRML三维虚拟场景更加丰富、生动。

3.4 与场景的交互

VRML支持开发人员设计出现实感极强的三维世界，而体现其现实性的一个重要方法就是允许用户和三维对象进行直接的交互。交互性是指用户可以在希望的时候控制各个对象，改变运行的方向和结果，实现动画，并真正参与到整个过程中。实现交互的一个基本方法就是使用各种传感器节点。为了使虚拟空间具有动感，构造指令可以包含绑定指令，绑定指令描述如何将节点绑定在一起。VRML绑定包括:绑定在一起的节点和在节点之间绑定的路由或者叫做路径。绑定两个节点之后，第一个节点通过这样的路径传送给第二个节点的信息叫做事件。事件包含一个值。当一个节点接收到一个事件时，它将根据节点的特征开始动画或者其它事情。通过绑定多个节点，用户可以创建许多路由，从而使空间更加具有动感。这就要求不仅获取用户动作，而且还要使场景实时发生变化。基本的交互机制由传感器节点加上路由即可实现。

4 应用

本人就职于一所艺术类的中等职业学校，学校开设有戏曲欣赏课，在课堂上我将作好的基于虚拟场景的豫剧表演动画显现在学生面前，让学生有身临其境的感觉，极大的调动了学生的求知欲和学习的积极性。

将虚拟现实技术应用到多媒体教学中，能更好地解决以往教师语言描述与由学生知识储备不足而引起的教师、学生对问题的理解假设不一致的难题，尤其对于艺术欣赏课程更是如此，说得再多不如亲眼所见，亲耳所听。让学生在虚拟的三维环境中，以动态和交互的方式对戏曲文化对象进行全方位地审视和了解。

前面将虚拟的豫剧表演片段已经建立起来了，那么如何将其呈献于人们面前，最有效的方法当然是通过网络。通过网页建立了一个“豫剧大舞台”，将豫剧舞台的VRML场景链接到网上，用户可以浏览舞台场景，观赏豫剧表演片段，在网上欣赏3D豫剧人物的表演。通过一些文字、声音、图片资料等介绍戏曲知识，我国戏曲中一影响很大的地方剧种——豫剧的相关知识。另外，实现了VRML三维场景文件与数据库的连接，在虚拟豫剧舞台场景和表演片段查询中，可以根据用户的需求实现VRML舞台场景及豫剧片段的输出。

系统建成后，通过IIS用Web站点发布，其中包括虚拟舞台的漫游、戏曲知识介绍、戏曲名家、戏曲文化、戏曲音乐、戏曲论坛等相关内容以及用户登录和注册、豫剧表演片段查询等项目。

将VRML虚拟舞台场景文件嵌入网页方法是:通过＜embed＞标签来完成。在网页文档体中放入如下语句:

＜embed width="600"height="400"src="wutai.wr1"style ="HEIGHT:400px;WIDTH:600px"vrml_dashboard=false＞

“src="wutai.wrl"”，指当前链接的VRML文档的路径及文件名(wutai.wrl)。应保证当前链接的VRML文档与该网页文档在同一目录下;否则要写清VRML文档的详细绝对路径。“width="600"height="400"”，则分别指定了VRML浏览器显示的宽和高的参数值。“vrm l_dashboard=fals”的作用是将VRML浏览器的工具栏隐藏。

系统中涉及到的数据库有两个，一是用于存放用户信息的数据库，二是用于存放虚拟舞台场景和表演片段查询的数据库。系统选用Microsoft Access 2000来创建数据库。

用Access 2000建立user.db数据库，内建一个usertable表，表中数据类型如下表1所示，建立一个查询文件数据库search.db，包含一个vrm l表，结构如表2所示。

表1 用户信息数据库user.db中的usertable表结构

字段 数据类型 说明Password 文本 密码Sex 文本 性别Birthday 日期/时间 出生日期Address 文本 住址Email 文本 电子邮箱

表2 用于存放VRML模型文件名的数据库search.db中的vrml表

数据库结构建立起来后，用户通过浏览器进行数据库访问，而数据库通过Web服务器把信息发布出去。在基于Web环境的网站建设应用中，数据库的访问是一个关键问题。与数据库的通信要通过打开的连接来进行。在网站的首页，用户点击注册后，系统通过ADO中的Conection对象建立数据库并将其连接到网页。

打开注册页面，在页面中输入相应信息后，点击确定，此时用户信息数据库中会增加了输入的信息。

图4 网站调用舞台场景后的页面

只有注册用户才可以使用搜索功能，查询并显示虚拟舞台场景及表演片段，经过search.db数据库找到相应的VRML场景文件，经数据库调用到ASP，然后ASP与VRML文件之间通信，“戏曲大舞台”的主页面上会出现对应的虚拟舞台场景及相应表演片段。最终效果如图4所示。

5 总结与展望

本文主要研究虚拟现实技术在豫剧表演片段重建方面的应用。着重研究了3D建模软件3ds Max和VRML语言相结合，在创建动态虚拟舞台表演场景过程中涉及到的技术，并取得了一定成果，主要包括以下几个方面:

(1)采用3D软件与VRML语言相结合，创建了豫剧舞台虚拟场景。

(2)采用3ds Max三维软件建立人物模型，并为其创建骨骼系统，使用骨骼“蒙皮”技术，为人物设计舞台表演动作。

(3)通过研究在虚拟舞台场景中添加声音，并与表演动作相结合，实现豫剧表演片段在虚拟环境下的重建。

(4)利用VRML语言提供的交互功能，实现了人机简单的交互，如点击按钮，控制表演的停止和开始。

用现代虚拟现实技术将豫剧重现在网络的虚拟场景中，本文有了初步的研究，但是还可以从以下几个方面进一步展开更深入的研究和探索:扩大规模，建立虚拟舞台场景库、戏曲人物模型库及戏曲人物表演动作库;人物动画方面还有待进一步细化，包括人物的脸部表情与口型动画，人物动作与音乐节拍的配合等都还有很多有待进一步研究;进一步完善系统的交互功能，使系统能够达到用户点播，随意切换舞台场景和表演人物，观看不同的演出的效果。

［1］刘艳.三维虚拟人行为控制关键技术的研究［D］天津大学，2004

［2］曹彤.虚拟博物馆的三维场景构造及交互漫游实现［J］计算机工程与设计，2007.12

［3］冯启蒙.王振辉.基于数据库的XML存储技术设计和实现［J］计算机系统应用，2006，9:32－38.