实验背景experimental background
古代壁画修复虚拟仿真实验，以西北大学艺术学院美术学文物修复与鉴赏专业本科生核心课——《壁画修复与临摹》急需的实验教学内容为指向，以建设高阶性、创新性和挑战度的实验教学项目为目的，为壁画修复与临摹课程真实教学环境中难以开展的高成本、高风险、不可及、不可逆的壁画修复实验提供有力支撑。
壁画是人类历史上最早的一种绘画形式。我国壁画艺术源远流长，古代壁画作为珍贵的文化遗产资源，包含大量历史信息反映了古代社会的真实信息，具有极高历史、艺术以及科学价值。任何形式的古代壁画，其结构主要都是由基础支撑体、地仗层、颜料层三部分组成。以石窟壁画为例，一般是在石窟开凿后，在窟内开凿的壁上先做草泥地仗，然后用颜料绘画。但随着时间推移、环境变化及人为破坏等，古代壁画中最常见起甲、空鼓、酥碱、裂隙、划痕等病害产生，不断侵害这一珍贵遗产。
古代壁画修复对专业人员的技艺和经验要求极高，一般学生很少能够亲身接触。因此，结合互联网、虚拟现实等先进性教学形式和互动性教学内容，通过古代壁画修复虚拟仿真实验教学的实验场景、实验对象、有效互动、观察指标、实验判断、实验评价等环节的有效设计，使得学生的学习结果具有个性化和探究性特点。
设计原则design philosophy
本着“能实不虚、虚实结合”的基本原则，古代壁画修复虚拟仿真实验的具体实验目的为：指导文物修复与鉴赏及相关专业学生更好熟悉古代壁画病害的产生机理、主要壁画病害形式、修复过程及工具，培养学生掌握壁画结构和科学修复的实践和创新能力。该实验项目避免了真实环境中的学生实践操作对珍贵文物产生不可逆的损害，有助于解决当前壁画修复与临摹课程教学中面临的实际困难和问题。
课程目标course objectives
（1）壁画主要结构(3个知识点)
①地仗层：
各地的壁画的地仗层，所用的原材料有一定的差异。表面用白灰泥粉刷成厚1毫米左右的壁画表层，然后在上面作画。因为掺有棉花、麻刀、碎麦秸等植物纤维作为茎，胶、矾、蛋青等作为凝固物，就形成了类似现在石膏板的状态，非常容易从墙壁或岩壁上成块剥离并且不损坏壁画。
②白粉层：
壁画剖面解构中间白色的就是白粉画层，用白浆和胶粘剂（胶矾水），涂刷于地仗层上面，用于作画。其中，刷胶矾水时,要用排笔一笔挨一笔刷于壁面,勿让重叠,重叠会使矾性不均匀,影响作画效果。
③颜料层：
古代壁画主要用的是矿物颜料，主要是从矿石中提炼出来的，部分颜色利用植物、植物的花卉、动物血液、有色矿土、石灰和焦炭等按照一定的比例提取进调配等等，所以古代壁画具有原始质朴的特点。
（2）壁画常见病害形式（8个知识点）
①起甲：
壁画的底色层或颜料层发生龟裂，进而呈鳞片状卷翘，甚至脱落，只剩下壁画地仗泥层，严重者壁画损失殆尽。
②酥碱：
壁画酥碱病害，被称为壁画的“癌症”，主要受到相对温度、湿度的影响，由潮湿环境造成崖体及壁画地仗中大量的氯化钠聚积，不断地溶解、结晶，恶性循环，盐分结晶富集产生的结晶压力及粉化所导致。
③空鼓：
地仗层局部脱离支撑体，但脱离部分的周边仍与支撑体连接的现象。
④龟裂：
壁画表面微小的网状开裂现象，通常由于壁画颜料层、底色层或地仗层表面泥层内所含胶质材料过多，或地仗层的收缩变化等。
⑤霉变
在阴暗潮湿环境下微生物霉菌在壁画上繁殖形成霉斑的现象，不仅从整体上减弱了壁画的外观效果，而且会直接或间接地腐蚀壁画。
⑥烟熏
人为烟熏所造成的损害，主要是供养人焚香类使壁画受到烟熏损害，或是人为放火或者生火做饭（如洞窟壁画）造成的。
⑦裂隙
因地震、不均匀沉降等因素引起，使支撑体失稳，致使壁画地仗开裂或错位、相互叠压或地仗层自身变化而产生的缝隙、错位、相互叠压的现象。
⑧地仗层脱落
因各年代久远等多种因素，地仗层从墙壁上脱落。
（3）壁画常见病害修复方法（4个知识点）
①起甲修复
起甲颜料层与地仗泥层注射混合胶黏剂的操作和胶黏剂配比，外包白丝绸的棉化拍压起甲部位的操作。
②酥碱修复
向泥层深处注射不同浓度的聚乙烯醇水溶液与聚醋酸乙烯乳液的混合剂或单纯的聚醋酸乙烯乳液以及丙烯酸酯乳液，然后压实。
③空鼓修复
壁画部分空鼓，先涂刷其边沿一层聚醋酸乙烯乳液，再以聚醋酸乙烯乳液调粘土、砂粒、麻刀或麦草等成膏状，往地仗边沿处填塞，使画壁与岩体粘贴牢固。为了使修复处与壁画色调一致，可向泥内加添适当的颜料；壁画大面积空鼓，可采用压力灌浆(粘合剂)粘贴或采取灌浆与铆固相结合的修复方法。
④地仗层及脱落碎片修复
壁画地仗缺失部位的修复用土、麦草纤维、麻纤维等材料进行脱盐处理、地仗破损处的填补、加固（少量多次）、碎块拼接等操作。
实验要求experimental requirements
1、实验仪器设备（硬件环境或软件等）
（1）计算机硬件配置要求
Web端用户硬件要求
处理器：Intel（R）Core（TM）i5
主频：2.4GHz
内存：8GB
显卡：NVIDIA GeForce GTX GT740 2G
（2）其它计算终端硬件配置要求
软件：浏览器（客户端）、恒点MOOL平台（该 VR 平台是恒点公司开发的新一代 VR 互动教学平台，教室将虚拟现实技术与教学情景相融合，以优质教学资源为核心，集终端、应用系统、云平台、课程内容于一体，将抽象的概念情景化，提供极简易的教育教学互动操作，为学习者打造高度仿真、沉浸式、可交互虚拟互动学习场景）。
2、面向学生要求
（1） 专业与年级要求
美术学本科生、研究生及相关专业学生。
（2） 基本知识和能力要求等
①了解壁画修复与临摹的意义、研究方法及原则
②了解壁画修复与临摹的材料及工艺、颜料及胶结材料
③理解古代壁画常见病害的类型
④理解古代壁画常见病害的修复工具及流程选择
⑤掌握古代壁画常见病害的修复过程及综合问题解决
成绩评定evaluation of the experiment
根据虚拟仿真实验项目教学特点，从有利于激发学生自主性学习，提高学生对实验课程学习兴趣，提高实验能力，提高学生对实验学习的重视程度，将虚拟仿真实验考核纳入到学科学习的平时成绩中，并占有10%的权重。考核方式采用机器考试的方式，以客观题为主，以确保系统考核评的客观性和公正性。其中，认知模块与实践和探究模块的考核方式有所区别，最终加权平均。
认知模块重点考察学生对实验原理掌握与实际动手操作能力进行全面考核，实验成绩包括三个部分，预习占20%、实验操作占50%，实验报告占20%进行成绩评定。实践和探究模块的实验成绩包括三个部分，重点考察学生综合设计能力：包括资料收集、方案设计、软硬件设计、装配与调试、测试与优化、数据分析、报告撰写等全过程，实验方案40%、实验操作占40%，实验报告占20%进行成绩评定。
