(1）该实验是传承中华文化基因、树立文化自信的新方式

2014年，习近平总书记《在文艺工作座谈会上的讲话》指出：“我们要结合新的时代条件传承和弘扬中华优秀传统文化，传承和弘扬中华美学精神。”昆曲于2001入选联合国第一批世界非物质文化遗产项目，是中华美学精神的代表。

我们要坚守中华文化立场、传承中华文化基因，展现中华审美风范。新时代要求新使命，新使命要求新作为。进行昆曲表演艺术虚拟仿真实验，实现了艺术与技术的高度融合，将中华优秀传统文化、工匠精神、中国审美、家国情怀等德育要素融入现代科技，让学生身临其境地感受到中华传统艺术的博大精深，可以触发学生对中华文明的理解和热爱，同时将正确的价值追求、理想信念和家国情怀有效地传递给学生，真正将立德树人融入教学全过程、各环节。对昆曲表演艺术进行虚拟仿真实验，是新时代传承和弘扬中华美学精神的新探索，是讲好中国故事，做好文化传承，树立文化自信的新方式。

(2）该实验是非物质文化遗产保护、传承与传播的新尝试

对以昆曲为代表的非物质文化遗产的保护和传承是每一代人的责任，其中面向青少年的中国审美、鉴赏体验式教育尤为重要。昆曲一直是通过极其有限的师徒言传身教的方式传承，其实践普及根本无法适应当前的教学模式。传统昆曲教学“门槛”较高，师资不足、场地缺乏、服饰道具造价太高、化妆非专业无法实现等诸多因素使得昆剧表演教学在普通高校几乎无法进行。只有少数专业学校或相关资源丰富的高校才能开展昆曲的体验式教学,普通院校学生只能通过书本、图片或视频对昆曲进行粗浅了解，难以深入领会昆曲艺术的神髓。

昆曲表演艺术虚拟仿真实验能够突破这些条件限制：

①在网络的虚拟空间里，可以最大限度地面向学生进行昆曲表演教学；

②对于昆曲艺术远离现代生活而又具有无限魅力的视觉造型（如服装、化妆、道具等）、表演程式、唱念方式等，让更多的学生可以通过软件近距离、交互式、沉浸式、全方位地加以体验（图 1）。

昆曲表演艺术虚拟仿真实验以“虚”代“实”，推动了体验式昆曲实践教学的普及，是对非物质文化遗产保护、传承与传播的创新。

图 1 昆曲表演教学“虚”、“实”对比

(3）该实验是高校人才培养中美育实践教学改革的新探索

2020年10月15日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全民加强和改进新时代学校美育工作的意见》，对于“建立常态化学生全员艺术展演机制”及“非遗展示传习的体验式学习”等美育实践教学改革目标提出了明确要求。

2020年爆发的新冠疫情悄然改变了教育的基本形态，线上教学将逐渐常态化,与传统线下教学模式彼此融合互补，因此昆曲表演教学向虚拟仿真实验形式转化也是新常态的需要。

东南大学的戏曲类美育课程已经开设10多年，从《中国戏曲艺术研赏》、《中国戏曲艺术与名著研赏》，到《戏曲文化解读》、《中国戏曲艺术》，以及《中国传统表演艺术》等相关专业选修课，昆曲表演实践一直是重要的教学内容之一，教学模式和教学方法也在实践检验中不断改革提高。先后已有2000余名学生通过学习后初步具备了戏曲审美鉴赏能力。其间500余名学生完成了昆曲表演艺术虚拟仿真实验,成为系列课程中不可缺少的重要一环。

昆曲表演艺术虚拟仿真实验改变了传统教学口传心授的时空限制，旨在通过基础知识学习、表演仿真实验、虚拟演出设计三个模块的全方位体验式教学，培养学生对昆曲表演的观察能力、审美能力、鉴赏能力、创新能力，线上线下融合互补的教学模式为全国高校普及昆曲表演实践的体验式教育提供了“低门槛”的选项，体现了“以学生为中心”的实验教学理念，是疫情条件下教学新常态的需要，也是落实美育实践教学改革的有效探索。

实验原理

（1）实验原理：

在漫长的发展历程中，昆曲从剧本创作、戏曲音律、演唱、扮演等各方面都形成了完整的理论及表演体系。本实验围绕昆曲表演的脚色行当、表演程式、“四功五法”等表演艺术基本要素进行实验环节设计与建构（图 5）。

图 5 昆曲表演艺术基本要素

昆曲的脚色行当对不同身份和性格的人物造型进行了提炼升华，形成了程式化的表演语言，“五法四功”对不同表演功法进行归纳总结，并提供了学习与评价的基本依据。本实验精选经典昆曲剧目《牡丹亭》选段“惊梦”并对其进行精简改编，提取其中的生、旦、丑等不同脚色表演艺术特征，将化妆、服饰、动作等造型艺术元素可视化、虚拟化，通过虚拟仿真技术将其在三维空间中呈现出来（图 6）。学生可以通过各种交互方式对昆曲虚拟表演进行改变和再创作，体验式地学习昆曲表演的精髓，感受其艺术魅力及文化内涵。

图 6 昆曲《牡丹亭》（江苏省昆剧院供图）

本实验构建了基于三维游戏引擎的昆曲表演数字虚拟仿真平台，将昆曲表演进行数字化，使同学们能够在对昆曲表演艺术基础知识有一定了解后，借助平台进行昆曲表演虚拟仿真实验。在实验过程中，学生能够选择特定风格的舞台、特定的角色，并对角色的视觉造型参数进行定制，如妆容、服装、道具等，还可以设计昆曲的动作程式、念唱方式等表演要素，最终完成一台昆曲选段的虚拟演出。

（1）核心要素仿真设计：

1）将知识点转化为实验核心要素
通过对昆曲表演基本要素的凝练和拓展，本实验归纳了8个知识点，对应于课程教学大纲中的相关要求（表 1）。

表 1 实验教学知识点

图 7 虚拟仿真实验模型

围绕知识点，本实验结构分为三个层次（图 7）：
层次一、昆曲基础知识。主要针对知识点1-2进行昆曲基本知识的学习。
层次二、昆曲表演仿真实验。围绕知识点3-6展开各表演艺术特征的仿真实验，包括了视觉造型（扮相）模块、动作表演（做功）模块和念唱方式（唱功）模块。
层次三、虚拟演出实验。对应知识点7-8。根据层次二完成的实验结果进行虚拟演出实验，对其进行验证和评估。
这三个层次是有序的、递进的，实际教学过程中还可以形成闭环，通过迭代方式提升教学效果。

2）实验核心要素仿真度
在实际使用中，学生以键盘、鼠标等通用外设对实验进行控制，经系统运算后通过三维图形方式实时显示结果，能够立即得到实验反馈，与真实情况一致。例如，在昆曲表演仿真实验中，包括视觉造型、动作表演、念唱方式各模块，都是以三维角色动画及音视频方式实时反馈学生的操作情况，学生所见、所闻与真实环境下的化妆、着装、动作、演唱等基本一致（图 2）。最终虚拟演出模块中的戏台、各脚色的演出也采用三维动画技术予以呈现，念唱以高保真数字音频的方式播出，与实际演出基本一致。

图 8 真实化妆场景与虚拟仿真实验对比

昆曲表演艺术虚拟仿真实验主要分为三个阶段:

第一阶段，通过文字、图片、视频等形式学习昆曲基本知识，最后以选择题形式进行阶段性考核，考核通过才可以进入下一阶段。

第二阶段，通过直接操纵、可视化浏览及参数调整等互动方式进行脚色视觉造型、动作表演、念唱方式等表演仿真实验模块。首先选择表演场所，然后分别进入各模块交互式、可视化地进行角色表演参数的选择与调整，最终目标是配置一个合理的参数组合。

第三阶段，通过基于实时三维图形引擎的虚拟演出模块进行昆曲经典选段的虚拟演出实验。将第二阶段得到的参数组合应用于虚拟演出中，用户可以作为观众沉浸式地观看演出，也可以作为导演对虚拟演出的部分现场参数进行调整。必要时还可以回到第二阶段重新进行剧场、角色造型、动作等参数的配置。

所有阶段完成后，系统将根据特定的数学模型对各阶段实验结果进行量化、分析及评估，最终生成实验报告。

实验可选普通和进阶两种难度模式，根据不同难度模式，交互性操作步骤及赋分模型也有差别。

1.普通模式

2.进阶模式

核心素养赋分模型

本实验中每个阶段都可以进行回溯并对某环节进行重复尝试，如果尝试并完成超过3次（含），系统将根据核心素养模型对学生的核心素养进行评价，最终在实验报告上得以体现。

核心素养由专业素养和能力素养两部分组成：

1)专业素养

专业素养指学生在实验中表现出的专业水平，根据本环节历次成绩的平均水平计算得出。专业素养评价分为4档：优秀、良好、中等、不合格。具体方法是计算历次得分平均值占满分的百分比：90～100%（含90%）为优秀，80～90%（含80%）为良好，60～70%以上（含70%）为中等，低于60%为不合格。

2)能力素养

能力素养是指学生的自主学习与探究的能力，根据本环节历次成绩的变化趋势计算得出。趋势变化采用Mann-Kendall单调趋势检验法（M-K检验）计算，因为MK检验不需要样本遵循一定的分布，也不受少数异常值的干扰,可以得到一个稳定的成绩趋势。

能力素养分是成绩趋势与专业素养综合的结果。在单项实验成绩相同的情况下，历次单项实验分趋势呈上升态势，则能力素养分高；历次单项实验分趋势呈平稳或下降态势，则能力素养分也低。在单项实验分趋势相同的情况下，专业素养分越高，则能力素养分越高；反之专业素养分越低，能力素养分也就越低。能力素养分计算结果归一化为百分数。

能力素养评价是能力素养分的直观描述，分为4档：优秀、良好、中等、不合格。能力素养分转算方式如下：90～100%（含90%）为优秀，80～90%（含80%）为良好，60～70%以上（含70%）为中等，低于60%为不合格。

和谐度赋分模型

和谐度体现了各视觉元素之间风格的和谐统一程度，通过计算实验中剧场种类、脚色“扮相”选项所对应“类型”参数的标准差，并换算后得到。和谐度满分10分。

a. 协调分=10-各选项类型值的标准差3+0.4（然后四舍五入）；

b. 如果有选项的类型值为0，每出现1次扣去1分；

c. 协调分极限值最小为0，最大为10；如果出现溢出则取极限值。

举例说明：

（2）交互性步骤详细说明

第一阶段 实验基础知识学习

本阶段包括步骤1～步骤4，主要围绕对实验基本原理及操作的了解和昆曲基础知识的学习展开。

步骤1：登录实验并选择难度模式

操作目的；登录实验系统，选择适合的难度模式。

操作过程：打开网络浏览器（建议使用Chrome、Firefox或Edge等主流网络浏览器），输入虚拟仿真教学实验平台网址，进入平台主页，在相应区域输入用户名、密码，并且点击“登录”按钮登入实验。新用户首先需要进行注册。

图 6 虚拟仿真平台首页

当昆曲表演虚拟仿真实验首页出现后，有两种难度模式可以选择：普通模式和进阶模式（图 6）。两种难度模式的差别主要在于部分环节的题目难度高低、选项数量不同以及分值计算方式不同，在实验总体流程方面没有差异（表 2）。用户可以点击“普通模式”或“进阶模式”按钮选择相应的难度模式。

表 2 不同难度模式比较

操作结果：进入相应难度模式的实验。

步骤2：了解实验的基本流程

操作目的：通过学习实验流程和使用说明获得自主完成实验的能力。

操作过程：首先将介绍实验的基本原理及流程（图 7），屏幕上将出现界面操作方式的简单介绍等。如果学生完成了该部分内容的学习，可以点击“下一步”进入实验的下一个步骤。

图 7 了解实验原理和流程

步骤3：进入昆曲基础知识模块

操作目的：学习昆曲基础知识，为下一步测试及后续实验做知识储备。

操作过程：进入昆曲基础知识模块后，学生可以通过点击左边导航按钮，初步了解昆曲的起源、发展及艺术形式等（图 8）。模块中还有昆曲《牡丹亭惊梦》的真实演出视频供学生欣赏、学习和观察。学生也可以点击“下一步”或“上一步”按钮进入昆曲基础知识测试环节或回到上一个步骤。

图 8 昆曲基础知识学习

操作结果：完成昆曲基础知识的学习

步骤4：进行知识问答测试

操作目的：完成昆曲基础知识测试。

操作过程：在昆曲基础知识测试页面（ 图 9），平台将从昆曲基础知识题库随机抽取10道选择题对学生进行测试。题库中的题目数共60道，涵盖了昆曲的起源、发展及艺术形式等知识。此项目每题2分，共20分。

图 9 知识问答测试

操作结果：系统自动保存测试得分。得到10分以上者为合格，可以进入下一阶段实验；否则为不合格，需要重新学习相关知识并再次进行测试（图 10）。

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图 10 知识问答考核结果

此外，选择题难度由实验难度模式决定，在“普通模式”下出现的测试题均为低难度；在“进阶模式”下，测试题可能是低难度也可能是中高难度。

第二阶段 昆曲表演艺术仿真实验

本阶段包括步骤5～步骤13，在这个阶段学生可以通过交互式仿真实验的方式深入学习昆曲表演的艺术特征。

步骤5：选择虚拟剧场

操作目的：选择虚拟演出所在的场所类型，也就是选择虚拟剧场（图 11）。采用控制变量法对剧场与昆曲表演核心要素之间的关系进行探究式学习。

图 11 选择虚拟剧场

操作过程：点击屏幕中央四组图片之一图片自主选择合适的剧场。共有4个虚拟剧场可供选择：传统戏台、厅堂会馆、现代舞台、抽象虚空。选择完成后点击“下一步”进入后续实验步骤。

操作结果：系统自动保存选择结果。不同的剧场风格与不同的脚色视觉造型的组合将影响“和谐度”评分。

步骤6：选择脚色行当

操作目的：选择虚拟表演实验对象，采用比较法对昆曲各脚色进行研究。

操作过程：点击屏幕中央三组图片之一选择相应脚色。根据《牡丹亭惊梦》，目前有三种代表性脚色可供选择：生（柳梦梅）、旦（杜丽娘）、丑（梦神），其后的实验步骤将以选定的脚色为对象进行实验（图 12）。脚色选择完成后，点击“下一步”进入后续实验步骤。

图 12 选择脚色行当

操作结果：系统自动保存选择结果作为当前实验对象。为了让学生全面了解各脚色的表演艺术特征，保证实验的完整性，在进阶模式下，每一个脚色的表演仿真实验都是必须完成的，否则无法进入下一阶段实验；普通模式下，只需完成一个脚色的表演仿真实验，但如果中途更改脚色，所有之前保存的表演仿真实验参数将被删除。

步骤7：选择表演仿真实验模块

操作目的：进入相应的表演仿真实验模块。

操作过程：点击屏幕中央三组图片之一就可以进入相应的实验模块。本步骤可以选择三种不同表演类型的表演仿真实验模块，包括：视觉造型、动作表演和念唱方式（图 13）。

图 13 选择脚色行当及表演类型

操作结果：选择完成后自动进入下一步骤，根据表演仿真模块的不同，分别可以进入步骤8、步骤9或步骤10。在简单模式下，某一脚色的三个表演仿真模块都完成后可以进入步骤12——虚拟演出模块；在进阶模式下，所有脚色的三个表演仿真模块都完成后才能进入虚拟演出模块。需要注意，丑角只有两个表演仿真模块。

步骤8：了解《牡丹亭惊梦》各脚色的视觉造型特征

操作目的：学习《牡丹亭惊梦》中柳梦梅、杜丽娘、梦神等各脚色的视觉造型特征（扮相），也就是妆容特征、服装种类、头饰或帽子种类、鞋子种类等。

操作过程：进入视觉造型模块后，学生可以点击“扮相知识”按钮打开视觉造型知识学习窗口，进行相关知识的学习。学习窗口中有关于《牡丹亭惊梦》中不同脚色视觉造型特征（扮相）的图文资料，用鼠标滚轮可以对页面进行上下移动（图 14）。学习完毕后点击“确认”按钮返回模块主界面。

图 14 各脚色视觉造型特征介绍

操作结果：完成各脚色的视觉造型特征的学习。

步骤9：为脚色视觉造型进行设计

操作目的：根据剧目要求为相应脚色进行视觉造型设计，包括选择合适的妆容、服装、头饰及鞋靴等（图 15）。生、旦、丑每个脚色有6套不同服装（5套为传统昆曲戏服，1套为现代表演装），4种鞋（靴）子，4种脸部妆容（脸谱），5种头饰或胡须可以选择，其中有4套现代风格妆容及头饰和1套现代风格的妆容及头饰（如日常妆容）。

图 15 为脚色设计视觉造型

在“普通模式”下，每个脚色的各视觉造型选项不超过4种；在“进阶模式”下，所有视觉造型选项都可以使用。

操作过程：屏幕左边是三维虚拟角色，右边是视觉造型类别和选项。学生通过点击按钮选中相应的造型类别，然后点击图片选择相应的造型选项。在交互过程上，学生可以在屏幕右边实时观察穿着相应服装、配饰的三维虚拟角色。完成此步骤后，可以点击“保存”按钮保存当前实验参数，也可以点击“上一步”放弃当前实验参数。

操作结果：以三维虚拟角色形式展示学生制作完成的相应脚色，并进行评分。普通模式下，各脚色（生、旦、丑）的脸部妆容（脸谱）、服装、头饰（帽子、胡须等）、鞋（靴）子满分各6分，进阶模式下满分为2分，此项目共24分（表 3和表 4）。

表 3 普通模式视觉造型（扮相）评分表

表 4 进阶模式视觉造型（扮相）评分表

步骤10：了解《牡丹亭惊梦》各脚色的动作表演程式

操作目的：学习《牡丹亭惊梦》中柳梦梅、杜丽娘、梦神等各脚色的动作表演特征（做功）（图 16）。

图 16 各脚色动作表演模式介绍

操作过程：进入动作表演模块后，学生可以点击“做功知识”按钮打开动作表演知识学习窗口，进行相关知识的学习。学习窗口中有关于《牡丹亭惊梦》中不同脚色动作表演特征（扮相）的图文资料，用鼠标滚轮可以对页面进行上下移动。学习完毕后点击“确认”按钮返回模块主界面。

操作结果：完成各脚色的动作表演特征的学习。

步骤11：为脚色加入动作表演的交互实验

操作目的：根据剧目要求为相应脚色进行从动作素材库中挑选符合脚色身份及剧情需要的4组动作片段，完成脚色的一整套表演动作（图 17）。

图 17 为脚色加入动作表演

动作素材库中对应每组动作片段最多有8个选项，其中有1个为标准动作，其余为不标准（干扰）选项。在“普通模式”下，动作片段选项为5种；在“进阶模式”下，动作片段选项为8种。

操作过程：屏幕上半部为A、B、C、D四个待选片段区，屏幕下半部为动作素材选项。点击下方图片将把相应素材指定到当前片段，完成一个片段指定后，其右方的片段自动成为当前片段。也可以通过点击上方四个方格之一制定当前片段。

如果学生感觉难度偏大，还可以点击四个待选片段下方的“提示视频”按钮，观看提示视频，帮助学生完成选择。完成四个段落选择后，学生可以点击屏幕下方“结果预览”按钮，通过三维虚拟可视化方式观看完整的动作预演，判断选择是否正确。

完成此步骤后，可以点击“保存”按钮保存当前实验参数，也可以点击“上一步”放弃当前实验参数。

操作结果：以三维虚拟可视化方式观看动作预演，并进行评分。普通模式下，各脚色（生、旦、丑）的动作根据权重计算得分，单片段满分为6分，进阶模式下满分为2分，此项目共24分（表 5和表 6）。

表 5 普通模式“做功”评分表

表 6 进阶模式“做功”评分表

步骤12：了解《牡丹亭惊梦》各脚色的念唱方式

操作目的：学习《牡丹亭惊梦》中柳梦梅、杜丽娘、梦神等各脚色的念唱方法特征（唱功）（图 18）。

图 18 各脚色念唱方式的介绍

操作过程：进入念唱表演模块后，学生可以点击“念唱知识”按钮打开念唱方法知识学习窗口，进行相关知识的学习。学习窗口中有关于《牡丹亭惊梦》中不同脚色念唱方法特征（唱功）的图文资料，用鼠标滚轮可以对页面进行上下移动。学习完毕后点击“确认”按钮返回模块主界面。

操作结果：完成各脚色的念唱方法特征的学习。

步骤13：为各脚色添加念白或唱词的交互实验

操作目的：根据剧目要求为相应脚色进行从音频素材库中挑选符合脚色身份及剧情需要的2组演唱片段，完成脚色的完整演唱表演（图 19）。

图 19 为脚色添加念白或唱词

音频素材库中，每个片段最多有8个选项，由2个标准选项（传统昆曲、牡丹亭青春版）和最多5个错误选项（昆曲错误#1、昆曲错误#2、昆曲错误#3、昆曲错误#4、京剧、越剧、秦腔）组成。在“普通模式”下，演唱片段选项为5种；在“进阶模式”下，演唱片段选项为8种。

操作过程：屏幕上半部为A、B两个待选片段区，屏幕下半部为音频素材选项。点击下方图片将把相应素材指定到当前片段，完成一个片段指定后，其右方的片段自动成为当前片段。也可以通过点击上方两个方格之一制定当前片段。

完成两个片段选择后，学生可以点击屏幕下方“结果预览”按钮，通过三维虚拟可视化方式观看完整的演唱预演，判断选择是否正确。

完成此步骤后，可以点击“保存”按钮保存当前实验参数，也可以点击“上一步”放弃当前实验参数。

操作结果：以三维虚拟可视化方式观看演唱预演，并进行评分。普通模式下，各脚色（生、旦）的演唱根据权重计算得分，单片段满分为8分，进阶模式下满分为4分，此项目共16分（表 7和表 8）。

表 7 普通模式唱功评分表

表 8进阶模式唱功评分表

第三阶段 昆曲经典选段的虚拟演出

本阶段包括步骤13～步骤17，将上个阶段完成的定制化脚色导入舞台场景，进行虚拟演出实验，对前序实验结果进行验证。最终演出结果可以存放在云端，共享给教师和同学进行评分。

步骤14：进行虚拟演出前的准备

操作目的：学生可以在这个步骤进行虚拟角色位置、灯光位置、时间位移调整等准备工作（图 20）。

图 20进行虚拟演出前的准备

操作过程：点击相应操纵器对虚拟角色位置、灯光位置、时间位移等参数进行调整。完成此步骤后点击 “开始演出”进入下一步骤。

操作结果：保存演出相关参数，对虚拟演出场景进行初始化，载入演出模型、动作及声音数据。

步骤15：观看虚拟演出结果

操作目的：进行虚拟演出实验。

操作过程：以实时渲染三维动画技术展示虚拟演出结果（图 21）。学生可以对演出进行暂停、恢复播放、静音等操作。虚拟摄影机可以由平台自动控制，也可以由学生手动控制。

操作结果：虚拟演出结果将自动保存在云端，学生可以自行回放，观看演出结果。

图 21 观看虚拟演出结果

操作目的：根据实验报告了解学生对知识点的掌握和达到实验目的的程度，并可以将虚拟演出共享至实验平台。

操作过程：观看系统生成的实验报告。点击“提交报告”按钮将实验结果提交至服务器，并共享至实验平台。如果对实验结果还不满意，可以点击“重新开始”按钮完全重新开始实验。

操作结果：系统将实验中各项目分数相加，再根据综合表现得出客观得分，最终生成一份实验报告（图 22）。

图 22 实验报告

步骤17：作品分享至平台进行网络评分

操作目的：其它学生观看虚拟演出作品并进行网络评分。

操作过程：在分享页面浏览实验结果，选择一个实验项目并点击“欣赏作品”按钮。观看虚拟演出作品后，点击“评分”按钮。在评分栏选择相应的星级，最高为6星。可在评语栏中输入不超过500字的评价。完成后点击“提交”按钮提交评分。

操作结果：网络评分将会存储在数据库中。

实验完成