基于虚拟仿真实验的大数据管理与艺术设计实践的跨界融合研究

一、引言

互联网时代，尤其是大数据、人工智能、区域链与以 5G 为代表的移动网络技术的创新应用把人类社会带入了一个以“PB”为单位的结构和非机构数据信息的大数据时代。正如美国学者维克托 . 迈尔 . 舍恩伯格所言，大数据将开启一次重大的时代转型，现代世界的本质是数据。随着大数据、人工智能、虚拟现实等信息技术蓬勃发展，虚拟仿真实验应运而生[1]。

通过虚拟仿真对实体实验进行模拟，展现不可视的结构或原理，完成各类预设的实验，能够以虚补实、以虚验实、以虚展实、以虚代实，从而快速响应实验教学的需求，拉近实验教学与工程实践、科技前沿的距离，促进学生自主学习、探究式学习、无纸化学习，解决目前实验做不到、做不好的问题 [2]。可见，基于大数据的虚拟仿真技术已广泛嵌入教育教学的课堂当中，成为新时代培养高素质创新型人才的重要技术手段。

艺术实践是艺术设计专业具有较强操作性的实践类课程，基于艺术实践成本高、周期长、可视化弱等特征，通过虚拟仿真实验与大数据管理能够有效突破常规教学时空限制、过程不可逆和实境感知等现实问题。因此，基于虚拟仿真实验的大数据分析与管理，能够知悉虚拟仿真实验与大数据管理在艺术实践中的现状，明晰其开展模式，有助于在理论上形成其跨界融合的系统性认知，使虚拟仿真实验与大数据管理成为新时代艺术人才创新发展的新动能。

二、研究综述

在国外，通过几次重大的计算机科学技术革命，不同程度的塑造了数字化教学的基本结构。20 世纪 90 年代，美国最早将虚拟仿真技术应用于生物学教学当中，并将其列入科研发展的战略规划；近年来，国外对数字化教学的研究成果颇丰，同时，大数据作为新兴技术在各行业崭露头角，国外学者将21 世纪称为“数字化技术的时代”。

国内对数字技术与实践教学跨界融合展开了全方位的现状与实证研究，并指明发展的新动向。陈国辉等（2016）对虚拟仿真实验教学体系展开研究，提出以人才培养为核心，将虚拟与真实的实验相结合构筑完整的人才培养实验体系；张浩等（2017）基于数据的挖掘，对虚拟仿真实验教学的成效展开大数据分析；王勇等（2019）邵长金（2021）等基于多源数据，探讨从技术角度实现虚纵仿真实验项目的持续改进；李铭，程建钢等（2022）指出，数字技术引发高等教育人才培养方式和治理体系的变革，进而结合大数据时代的教学实践提出相应解决对策。

综上，国内外现有研究成果分析了虚拟仿真技术的优势和存在的问题，为本课题的研究提供了丰富的理论和实践参考。但仍存在虚拟仿真实验与实践教学跨界融合的系统理论体系研究不足；基于大数据管理、虚拟仿真实验平台在实践教学中的跨界融合程度、效应的实证分析有待深入；尚缺乏针对艺术实践的虚拟仿真实验平台跨界融合模式与发展的探讨。本文基于虚拟仿真实验共享平台等数据分析与我校虚拟仿真实验教学实践，从微观层面对相关问题展开探讨与实践研究。

三、虚拟仿真实验与跨界融合

（一）虚拟仿真

虚拟现实（VR），又译为虚拟实在或拟真等，又被称为赛博空间。汪成为院士对其定义为：“虚拟实在技术是计算机与信息技术发展的新成就，它是指在计算机软硬件及各种传感器的支持下生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境。”虚拟现实（VR）与增强现实（AR）和混合现实（MR）是三种密切相关的虚拟仿真沉浸式技术，它们通过不同的方式将用户带入数字世界或融合数字与物理世界。

虚拟仿真实验是利用计算机技术、虚拟现实、增强现实或混合现实等综合手段，提供安全、高效、低成本的实验体验，模拟真实空间环境、设备操作流程及处理数据结果的一种数字化实验方式。

（二）跨界融合

所谓“跨界”是指跨越原来区域划分或分类意义上的界限，实现资源的共享；“融合”则意味着在其互相渗透、动态互动中形成一个新的产业框架结构。跨界的本质是“整，是利用自身资源的独特优势与其他资源搭配进行应用，可放大资源价值，融合为一个完整的新个体。

本文对虚拟仿真大数据与艺术实践跨界融合的界定，不同于资源的简单重组和产业的扩张，立足于跨界视角，以设计创新为驱动，以大数据资源效用最大化为导向，通过虚拟仿真实验、大数据管理整合与延伸，探讨大数据资源与艺术实践教学的集聚联动与融合迭代发展。

四、基于虚拟仿真实验共享平台数据的考察

（一）虚拟仿真数据考察

以“实验空间—国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台”为例，截至目前，已完成14005 期次智能实验，获2500 万+ 的应用评价。本文基于平台虚拟仿真实验展开考察，涉及工学、理学等实验工4792 项，其中工学类占比最多，共计2229 项，占46.5％；艺术类实践250 项，只占5.2％。专业基础课和核心课占比最高，其中专业基础课1754 门（占36.6％）、专业核心课2635 门（占 55% ），公共课190 门（占3.96％），其他课程213 门（占4.44％）。艺术学门类下设艺术学理论类及设计学类等，本文以设计学类下设的艺术设计学、环境设计、视觉传达设计等实验项目为考查范围，共计课程 39 门，只占艺术类项目总数的1.56％。

再以重庆高校虚拟仿真实验实训教学项目共享平台为例。虚拟仿真实验项目包括工学、经济学、法学等门类实验 271 项。以工学最多，达 146 项，占比 53.87% ；其余学科门类占比普遍较少，其中艺术类项目7 项，占比仅2.58％。

（二）虚拟仿真与艺术实践跨界融合程度与现状分析

1、跨界融合程度与效应分析

本文运用跨界融和测度理论，相关系数方法、赫芬达尔 -- 赫希曼指数、耦合度模型方法等，分析虚拟仿真实验大数据与艺术设计实践的融合程度与融合效应，研究发现：在跨界融合测度方面，通过学科渗透指数（IPI）分析显示，艺术与学科交叉渗透指数极低（<0.01），学科交叉深度不足；通过赫芬达尔 - 赫希曼指数（HHI）分析，艺术设计类项目的资源集中度（HHI>0.15）高度集中。在虚拟仿真与艺术实践的耦合度（C）方面，耦合度（0.4 ≤C<0.5）处于发展完善阶段，技术驱动滞后。

从融合经济效应来看，2023 年虚拟现实市场规模 1126 亿元，但艺术类项目仅占全国实验的效益较低；从融合效应上看，艺术学实验占全国总量（5.2%）低于工学 (46.5% ）、医学（13.9%）等学科，艺术实践跨界融合覆盖率低。

结论显示：当前虚拟仿真与艺术设计的融合处于低渗透、高集中、弱耦合状态；优质内容匮乏，交互设计浅层化导致沉浸感不足；资源重复指数高，反映领域集中；跨界融合兼容性差，技术与内容失衡。

2、跨界融合现状分析

虚拟现实技术使得艺术实践突破了传统教学活动的局限，冲破了时空的藩篱，然而，通过对国家等虚拟仿真实验平台与我校实验项目大数据分析，其存在如下问题。优质内容匮乏、建设质量有待提高。一些项目仅把现实实验虚拟化，缺乏多模态反馈，交互设计浅层化；实验过程程序化、步骤和选项机械，建设质量参差不齐。资源购置重复、重复建设问题凸显。由于虚拟软件设计周期长，加之共享机制不健全、实验项目开放共享度低等，导致实验重复购置。结构模式单一、趣味性较弱。实验追求“短平快”的操作方式，操作模块呈结构单一化，缺少创新性、突破性模式，难以准确定位跨界融合的产业创新重点。

五、虚拟仿真实验与艺术实践跨界融合实现模式与机制

（一）虚拟空间的艺术“在场”

艺术设计实践类课程建设，应围绕数字化生态环境下虚拟现实技术进入“艺术现场”

（虚拟的现场）展开在地性的虚拟场景构建，即用数字化技术搭建虚拟物理空间，来突破艺术实践过程中学生“缺席”的藩篱，运用人工智能等手段实现技术化的艺术现实“在场”。以笔者主持的“三峡地区传统聚落及民居空间认知与重构虚拟仿真实验”项目为例，我们从知识认知、元素采集、虚拟感知、设计元素重构等方面进行虚拟环境构建与系统设计。项目以三峡传统聚落感知与体验为重点，以空间营建与重构为难点，大大减少了实验成本，最大限度的提升实验效率，同时，深入挖掘民居形式、历史文化元素等，提升操作体验感，培养学生团队合作、勇于创新的职业精神。

（二）“既跨且融”的跨界融合模式

虚拟仿真实验与艺术实践跨界融合涉及主体、学科和行业众多，这种“既跨且融”的模式正在重构艺术实践的生产关系，其本质是通过数字化手段实现艺术实践范式的升维。

1、跨界模式

以跨界为视角，可将跨界融合模式归纳为“三跨”：即跨行业、跨门类与跨技术。跨行业即艺术与科学、教育、商业的跨界协作，虚拟仿真实验技术与艺术实践的融合，打破了传统行业的边界，形成新的艺术实践应用场景；跨门类指艺术与不同艺术形式的数字化实验，虚拟仿真技术推动艺术表现形式突破传统媒介的限制，有利于形成新的艺术实践模式；跨技术则强调虚拟仿真与新兴技术的协同创新，虚拟仿真实验与艺术实践的融合依赖多种前沿数字技术的交叉应用。

2、融合机制

虚拟仿真实验与艺术实践跨界融合的最终实现需要不同主体积极地在各个层面上进行对接，包括技术融合、产业融合和市场融合等“三融”维度。技术融合的关键在于打破数据孤岛，实现艺术设计数据与仿真技术的无缝对接，技术融合表现为多学科技术，如人机交互、大数据分析、图像可视化等的交叉应用。产业融合基于企业、行业的实践项目，需整合高校、技术企业、行业项目等聚合优势，实现产业项目实训。市场融合是供给方通过所掌握的虚拟仿真实验的技术产权与实验项目技术构建手段为需求方提供虚拟仿真实验场景构建与操作服务；需求主体也会对虚拟仿真实验提出相关要求，进而影响供给方的服务供给路径与促进其技术提升。

六、虚拟仿真实验与艺术实践跨界融合对策建议

本文基于大数据数字化发展特征，基于前述理论研究、数据考察与实证检验，从国家、教学、产业三个层面针对虚拟仿真实验与艺术实践跨界融合发展提出具体对策与建议。

1、完善政策支持与标准体系建设

明确虚拟现实实验的开发标准，建立技术规范及评价体系，避免低质量重复与盲目开发。通过设立虚拟仿真实验的专项支持基金，支持艺术设计领域虚拟仿真项目的研究与开发。

2、建设创新生态体系与安全保障力度

全面优化创新环境，为虚拟现实数字创意产业提供集群发展动力，构建孵化与项目对接、创新与创业融合、教学实体环境与虚拟空间相结合的新数字生态体系与知识产权保护机制。

3、加大技术研发与推动资源开放共享

支持人工智能生成内容（AI）等核心技术的自主创新，提升虚拟现实实验艺术表现力与交互体验。建立全国、地方性虚拟仿真实验教学联盟，整合高校、企业、科研机构资源。（二）教学层面：做好实验项目科学规划

1、提升内容质量与强化沉浸体验

强化实验项目内容建设，实现实验教学、前沿技术与实践课程的无缝对接。引入多模态交互设计手段与设备，如触觉反馈、眼动追踪等技术，强化艺术实践中的手脑联动。2、建立动态评价与反馈机制

引入行业专家参与课程评价，将市场需求与教学成果直接对接。利用大数据分析学生操作行为，生成个性化学情报告，辅助教师精准调整教学策略，构建大数据管理反馈机制。

（三）产业层面：重视产业项目主体作用

1、深化产业项目转化驱动与培育数字创意

2、加强数字创意产业内外的广泛融合

在数字创业产业内部、相关行业之间形成互动支持性发展，推动产业协同发展。加强数字大数据产业在教育、低空经济、健康等其他领域的集成应用与深度融合发展，拓展虚拟仿真现实等的应用边界，形成协同创新、多元共生的发展格局。

七、结语

本研究围绕虚拟仿真实验与艺术设计实践的跨界融合，探讨了大数据时代下数字技术对艺术教育创新的影响。通过分析国家虚拟仿真实验共享平台数据，结合跨界融合理论，研究发现当前艺术设计类虚拟仿真实验仍面临学科渗透不足、资源分布不均、技术与内容耦合度低等问题，提出“三跨”与“三融”的跨界融合模式，并构建“国家引导—教学革新—产业反哺”的优化路径。

目前，虚拟仿真实验与艺术设计实践的跨界融合仍处于发展初期，未来需在技术、内容、产业协同等方面持续探索，以实现“以虚强实、以虚促创、以虚助产”的最终目标，为数字时代的艺术创新人才培养提供更广阔的可能性。

注释：

[1] 刘亚丰，余龙江，卢群伟等 . 教育信息化背景下虚拟仿真教学资源建设 [J].实验科学与技术，2018, 16[2] 李平，毛昌杰，徐进 . 开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J]. 实验室研究与探索， 2013.32

参考文献：

[1] 孙志伟，李继红. 艺术设计虚拟仿真实验教学项目建设方式的研究与实践[J].教育观察，2019.08

[2] 邹岚等 . 高水平大学建设下艺术类虚拟仿真实验室建设探索与实践 [J]. 教育现代化，2020.07

[3] 李虹江. 基于VR 技术的艺术类虚拟仿真实验教学平台构建探讨[J]. 大众文艺，2019.10

[4] 梁旭方，孙铭一 . 数字时代设计学专业跨界融合课程建设研究 [J]. 吉林省教育学院学报，2024.40

本文为重庆教育教学改革项目：“基于虚拟仿真实验的大数据管理与艺术设计实践类课程教学研究 ”（项目编号：223304）、重庆市教育教学改革项目（数字化项目）：双轨融合、多元融入：数字化环境下视觉艺术教学创新与实践研究（项目编号：234096）；教育教学规划项目项目：应用型高校美育通识教育课程模块群体系构建与实践研究（项目编号：GJ202214）；教育教学改革数字化项目：数字提升、交叉共融：人工智能环境下应用型高校“艺术 +^′′ 人才培养探索与研究（项目编号：JGSZH2403）的研究成果。

作者简介：

郑峰，1982.2 ，男，中共党员副教授，硕士研究生导师韩文芳，1989.3 ，女讲师