基于虚拟仿真技术的数字颜色调色实验教学改革探究

胡庆喆

（内蒙古艺术学院 内蒙古 呼和浩特 100010）

2018 年6 月，教育部公布了首批国家虚拟仿真实验教学项目，并积极推动虚拟仿真实践教学的改革及广泛应用。数字颜色调色作为戏剧与影视学类、视觉艺术类课程教学内容中最重要的组成部分和颜色理论最重要的实践环节，部分知识点理论性强、实践操作难度系数大、简单的二维化软件难以满足多样化人才的培养一直是相关专业在教学过程中存在的难题。“虚拟仿真教学系统通过整合多媒体资源提供高仿真、可视化的教学内容，能够创设具有临场感、沉浸感和交互性的实践教学情境。”将虚拟仿真技术运用到数字颜色调色的教学过程中，形成有关数字颜色的基础知识学习与基本技能训练的一个虚拟化综合性实践平台，是解决这一难题的有效途径和手段。因此，内蒙古艺术学院以培养和训练学生专业操作能力和实际应用能力为目标，以戏剧与影视学、视觉传达类专业学生为对象，以相关专业课程为依托，搭建了虚拟仿真数字颜色调色技法实验教学平台，在促进教学改革的同时，大大提高了教学质量。

一、数字颜色调色实践教学研究背景阐述

通过对学界数字颜色调色相关理论与实践论文资料的整理与分析，笔者发现数字颜色调色实践教学研究主要还是集中在传统的理论讲授和软件操作层面，缺乏实践教学上的创新。

数字颜色调色与虚拟仿真技术的结合在实践教学中可以对学生学习和实践的完整过程进行记录、对比和评估，可以形成比较完善的大数据信息，实践证明，大数据的应用对于完善教学过程的科学性、合理性能够提供必要的数据依据，是有效提升教学质量必不可少的手段和措施。

截至2021 年底，本实验课程在内蒙古艺术学院教已经成功开展了两轮教学。2020年秋季学期，在信息素养教育课程中进行了第一轮教学，授课学生190 人。2020 年秋季学期，在非线性编辑、媒体融合与编播、电子艺术编辑三门课程开展了第二轮教学，授课学生达到了1131 人。此次教学改革可以使戏剧与影视学、视觉传达等相关专业的学生在掌握数字图形图像、非线性编辑、媒体制作等课程数字颜色基础理论和基本操作的学习过程中达到“所见即所得”的学习效果，使“学生有更多机会在不同情境下去运用他们所学的知识，充分体现学生的首创精神，而且学生可以根据自身的行动反馈来形成对数字颜色调色的认识和解决实际问题的方案，从而提高教学质量。”

二、数字颜色调色虚拟仿真实验教学改革的特色

精细化实验设计。“实验教学是帮助学生理解客观世界运动规律、掌握知识生产能力的重要方式，是在客观知识学习与实践技能培养之间建立联系的有效手段。”“真实情境可以增加学习者对学习内容的认知维度，弥补其自身对知识意义建构的不足，调节其认知难度。”数字颜色调色虚拟仿真实验教学改革，解决了在实际教学过程中学生很难找到具体的实物形态来开展实验的问题。把抽象的理论知识具象化，充分考虑实际工作中所通用的、常规的操作模式，细化理论的每一个知识点和操作参数，实验时每一个参数均具化、均可调，实验过程操作性强，实验结果明确清晰。

该仿真实验以实际运用过程为依据，以真实项目素材为基础，充分利用“互联网+”、“虚拟现实”、开放式在线学习平台（MOOC）等现代教育技术手段，通过虚拟化实验环境培养学生理论知识综合运用与创新思维和创造性设计能力。

多样化教学方法。本虚拟仿真实验教学改革以学生为中心，采用案例实验法、情景实验法、比较实验法等，具有探究学习与趣味性密切结合的特点。实验由学生主导，学生独立操作实验步骤，在大大增强学习兴趣的同时，提高了自主学习能力。指导教师在教学过程中，教授实验方法，演示实验步骤，在学生独立完成实验过程的同时予以指导，通过提问、质疑等方式充分激发学生的想象力，让学生的创新意识、发现问题与解决问题的能力得到充分提高，调动学生学习的积极性。让学生直观感受数字图像相关理论知识的原理、作用和意义，并通过亲手实操深刻理解数字颜色调色的方法和技巧。

系统化评价体系。本虚拟仿真实验教学改革采用多指标评价方法，对理论知识学习采取在线测评（小试题），对综合实操训练采取操作跟踪评价，对实验报告和总结采取主观判别和综合评估，最终形成学生虚拟仿真实验的总体评价成绩。

本实验的评价机制可以对学生的实验过程完整记录，按照统一的评价标准，更加客观、公正地对学生的学习效果、实验步骤、实验成绩给予系统评价。系统的反馈机制可以对实验过程进行全面系统的统计分析，为授课教师完善实验提供数据和参考，进一步提高教学效果。

三、虚拟仿真技术在数字颜色调色实验教学中的设计与实施

内蒙古艺术学院自2020 年实行将虚拟仿真技术引入到数字颜色调色课程当中的实验教学改革，取得了良好的教学效果。在此过程中，老师们不断调整实验教学思路，完善实验教学环境，在有效加强理论知识讲授的同时，使课堂上的每一位同学都能够通过直观、形象的实验操作进行有效地实践和分析。一方面培养了学生理论指导实践的能力，另一方面也加强了学生对于数字颜色理论的深层次认知。

将虚拟仿真技术与数字颜色调色课程结合主要是从数字颜色的基本混色模式、基本调色方法出发，通过设计具体、可感的实验环境控制数字颜色的各项参数值变化进行调色。为使实验案例不仅能够具备典型性和实用性，并且更加符合实际的教学应用，实验平台在采用大量生活中具有典型颜色特点图例的同时，还充分借鉴了常用商品化软件的操作形式。在具体教学过程中的设计与实施需要注意以下几点：

（一）了解相关的数字颜色原理

基本数字颜色模式。RGB 颜色模式是基于自然界中三色光的混色模式：等值的红色、绿色合成黄色；等值的红色、蓝色合成品红色；等值的蓝色、绿色合成青色。最大值的红色、蓝色、绿色合成白色，最小值合成黑色，其余等值状态可合成灰色。

CMYK 颜色模式是基于颜料的混色模式：等值的青色、品红色合成蓝色；等值的青色、黄色合成绿色；等值的品红色、黄色合成红色；因实际上不能合成黑色，需要补充添加黑色原色。

HSB 颜色模式是基于人眼对色彩的观察来定义：色相（H）规定了颜色的根本性质，饱和度（S）指明颜色的强度或纯度，亮度（B）指明颜色的明暗程度。

常用颜色调色方法。中灰曲线（Gamma 曲线）颜色调色：人眼对图像亮度的视觉感受和自然图像本身的亮度具有一定的非线性关系，这个关系用Gamma 曲线值表示。Gamma 值对数字图像的调整作用可概括为：“当调大gamma时，表现为总体提亮，原暗部占据更多明暗范围、易于分辨细节。 当减小gamma 时，表现为总体压暗，原亮部占据更多明暗范围、易于分辨细节。”

三维颜色查找表（3DLUT）颜色调色：3D LUT（3D Look-Up-Table)是对于数字图像建立的立体颜色映射表，由输入的RGB 三个通道颜色值按照3D LUT 的三个查找表做映射，得到转换后的颜色进行输出。在实际应用中，事先根据调色需要，制作出3D LUT 调色预设文件，在对特定数字图像调色时，通过导入这个预设文件，则图像相应的颜色值就会被调整替换到预设的颜色上。

光源、色温和白平衡对颜色的影响：不同温度的光源产生的光线颜色不同，光源颜色称为色温。冷光源表现为色温越高，光线越偏蓝。暖光源色温越低，光线越偏红。对于同一个景物，在不同的冷暖光源环境下，其所呈现出的颜色不同，冷光偏蓝，暖光偏黄，对景物拍摄形成的照片图像颜色也有所偏差，为了消除这些色彩偏差，达到还原真实色彩的目的，引入了白平衡的概念。白平衡的原理是根据光源不同的色温对应的颜色，增加相反的颜色，就可以抵消掉偏色的影响。

（二）核心要素仿真设计与实施

虚拟仿真实验结构的设计与实施。针对教学要求，按照内在逻辑规律和知识技能递进关系，模块化构建实验环节，引导学生自主选择，自由发挥，创造性地进行实验。

虚拟仿真实验功能的设计与实施。以实现教学目标为原则，强化学、思、练的融合统一，突出学习功能、实验功能、评价功能。实验软件充分借鉴主流商品化软件的特点，使学生的实验更加贴合实际应用，做到学、练、用相统一。

虚拟仿真实验场景的设计与实施。选择内蒙古地区“沙漠、草原、雪原”等地域特色和“那达慕盛会、敖包祭祀”等民族文化特色素材。学生在学习知识技能的同时，可以感受到祖国壮美绚丽的自然景观和丰富多彩的民俗文化，从而铸牢学生中华民族共同体意识，起到思政进课堂的效果。

知识单项训练采取“减法式场景设计”，强调针对性和集中性。调色综合应用采取“加法式场景设计”，突出实验的复杂性和多元性。

虚拟仿真实验仿真应用的设计与实施。仿真实际应用中把各调色参数的数据具化为滑块、推杆等，方便操作，达到“所见即所得”的操作效果。仿真实际应用中常见商品化软件的界面和模式，达到“所学即所用”的学习效果。

（三）实验教学过程的设计与实施

前序课程教学完成后，将实验课程涉及到的数字颜色理论及调色技法所有专题问题和应用案例下发给学生，学生自主学习数字颜色相关理论，针对实验内容进行预习和准备。教师根据班级容量和实验安排，让学生自行分组形成若干实验小组。

实验课阶段分为基础实验和综合实验，老师通过课前预先布置的专题问题，引导学生进入实验学习环节，学生登录进入实验课程平台开始在线实验。学生根据自身知识掌握程度和预学习情况自由选择实验模块进行实验。在实验中，对数字颜色理论知识和基本调色技能掌握后，学生可以进行线上测试答题，系统记录测试成绩。之后进入综合调色实验阶段。该阶段充分考查学生前期实验中知识和技能的掌握程度，根据综合调色的实验任务，学生充分发挥能动性，自由选择场景模式，创新性地进行实验设计和操作，完成系统要求的实验目标。实验时，学生在老师的引导下根据所学理论对实验步骤和操作进行尝试和探究，找出解决问题的办法，在实验系统上验证改进的效果，提交实验结果。此阶段，实验系统也将记录学生的实验情况并给出该阶段实验成绩。

实验完成后，学生撰写实验报告并在线提交，老师对实验报告给出成绩评定并提交系统。系统根据实验全程计算出综合得分作为学生该实验课的综合成绩。该阶段可根据学生实验情况和知识技能掌握情况安排在课上进行或是课后线上进行。对于基础知识薄弱的学生（例如大一新生，刚接触计算机或是刚接触计算机设计软件的同学），由于课时限制，可以安排在实验课后再上线完成实验报告。对于有一定的计算机操作基础和接触过计算机设计软件的同学，可以在实验课中直接完成实验报告。对于两种不同情况，老师在给成绩时可酌情考虑。

整个实验过程以学生自主学习为主，老师在实验期间只起到引导、释疑和推动作用。

四、数字颜色调色虚拟仿真实验教学改革的意义

有效降低数字颜色调色软件成本。计算机多媒体软件一直是数字颜色调色实践教学的重要内容，近年来，国外软件公司凭借技术垄断优势，对常用的教学软件进行捆绑式销售，并按年收取高额的软件使用费，这笔费用已然成为国内各大高校教学中的巨大开支之一。而数字颜色调色虚拟仿真实验教学系统完全可以自主开发，成本低廉，在有效降低教学成本的同时，也积极响应了国家有关软件正版化的政策。

有效降低数字颜色调色学习难度。数字颜色调色一直是内蒙古艺术学院广播电视编导、室内设计、视觉传达等专业的核心课程内容。在实际教学过程中发现，大部分学生在经过数字颜色理论与实践操作课程学习后，还是难以熟练运用Photoshop、Painter 等专业软件进行数字颜色调色。数字颜色调色虚拟仿真实验操作简单，特别适合刚刚进入大学的低年级艺术类学生。两轮的实验教学改革结果表明，该实验系统已经成为内蒙古艺术学院相关专业教学的必要教学手段和工具。

打破数字颜色调色学习空间限制。在实验教学改革中采用的虚拟仿真实验教学平台采取模块化设计，简单修改即可嵌入其他相关课程的系列实验中，作为数字颜色调色实验的子项目，在大大节约开发成本的同时，学生进行虚拟仿真实验操作可以不受仪器设备、实验器材的制约，无需特定环境场地，有网络的地方就可进行实验操作。实验平台的使用让数字颜色调色理论知识具象化地呈现在学生眼前，弥补了传统教学的不足。同时，虚拟仿真实验环境采取BS（用户浏览器-服务器）架构，学生只需要一台可上网的PC 计算机，无需安装额外的软件、插件，无需进行复杂的系统配置，就能随时随地开展实验。

结 语

将虚拟仿真技术引入数字颜色调色教学中，是对当前视觉艺术类教学体系的进一步完善，突破了传统课堂教学抽象化、理论化的教学模式的局限，丰富了教学理念、教学环境和教学方式，提升了学生数字调色中处理复杂问题的实践能力和对虚拟仿真实践学习这种新文科实践学习形式的适应能力，有效降低了教学成本，充分发挥了学生的主观能动性、学习积极性及艺术创新性，解决了教学主体由教师向学生转变过程中存在的瓶颈问题。在接下来打造国家级金课的过程中，老师们将进一步完善实验教学理念，开放共享实验系统资源，利用“元宇宙”技术与虚拟仿真技术相结合来设计实验环境，更新实验步骤，使理论与实验教学、线上与线下教学能够得到充分融合。

在以“融合”为建设理念的新文科大背景下，虚拟仿真实验教学改革在全面提升新时代大学生创新素养及实践能力的同时，培养了学生的科学精神及人文修养，不仅是新时代高等教育内涵式发展的重要体现，同时也是高校教学主动适应信息技术革命性变化的重要实践，是后疫情时代构建“人工智能+教育”智能教育新生态的重要组成，是大力推进教育教学改革，进一步落实立德树人教育根本任务的积极探索，对高质量的人才培养、高等教育的发展及教育体系的建设具有极其深远的推动性意义。