陶瓷产品窑炉烧制虚拟实验平台设计研究与实现

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目前我国众多高校开展了陶瓷产品设计专题课程。在陶瓷产品设计专题的课堂教学中,主要存在制作工序多、烧制时间长有一定安全隐患、电窑烧制过程全程不可见、烧制主要由实验员统一操作等现实限制因素,导致学习者对理论知识理解不深、烧成过程理解不直观、烧成环节实操训练和自主探索欠缺。将虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)应用于陶瓷窑炉烧制教学辅助,可以打破现实因素限制,弥补课堂实践教学的短板。因此本研究旨在通过对虚拟现实3I特性、建构主义学习环境要素以及用户体验五要素设计理论的研究,建立条理清晰且能发挥VR技术优势的虚拟实验平台设计流程与框架;并基于此流程框架,开展了陶瓷产品窑炉烧制虚拟实验平台的设计实践,辅助线下教学更好地帮助学习者掌握理论知识和提高实践创新能力。本研究的主要工作如下:首先,本课题通过设计理论研究提出了虚拟实验平台设计流程与框架。主要基于虚拟现实3I特性归纳VR设计要点,结合建构主义学习环境要素,并依据用户体验五要素分析梳理VR设计内容。之后,通过用户研究方法归纳了用户需求,完成实验平台的功能架构。在提出的设计流程框架指导下完成了虚拟实验平台的构建,包含实验内容构建、交互方式构建、实践探索情景创设三个环节,分别通过设计实现了真实沉浸的虚拟实验情景、平台的互动反馈和正确还原的虚拟实验体验。提供了从陶瓷制作到烧制的完整体验流程,并重点实现了烧制过程的可视化展示。然后针对设计难点——烧成参数烧制功能,通过实际的烧制实验总结了烧成参数与釉面效果的关系,通过对贴图技术、Unity Shader的应用研究呈现了精细的釉面效果。最后,进行了平台的优化和可用性测试,对实验平台进行评估,在有效性和满意度评估上开展了对比实验。验证了依据流程框架设计的实验平台具有较高的可用性,能作为课堂教学的有益补充。综上所述,在理论意义上本研究提出了一种流程清晰且设计内容、要点明确的虚拟实验平台设计流程与框架,能指导相近类别虚拟实验平台的构建,以提升实验效果。在实践意义上,作为实践成果的窑炉烧制虚拟实验平台能配合课堂教学,使学习者强化对理论知识的理解,对烧制过程变化以及烧成参数对釉面效果的影响建立真切体会。同时普通民众也可通过该虚拟实验平台对陶瓷产品的烧制全过程有更细致和形象的了解,对激发民众对陶瓷文化的兴趣和热爱,增强文化自信和民族自豪感有一定的作用和意义。
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