1. 显著增强中国文化自信，促进文化遗产保护与传承创新
习近平总书记在二十大报告中提出继承和弘扬中华民族优秀传统文化，推动文化自觉和文化自信显著增强，国家文化软实力根基更为坚实，中华文化国际影响力明显提升。中国彩绘家具传承已有上千年历史，远古至明清已有14个门类、85个不同品种。清代彩绘屏风在继承明代特征基础上达到彩绘屏风发展顶峰，例如漆地嵌螺钿、漆地百宝嵌等，具有极高的传承研究价值和收藏价值。因工艺稀有繁复尤其需要进行传承性和抢救性修复和保护。
本实验项目得到故宫博物院、南京博物院、江苏工美红木文化艺术研究所等文保单位的大力支持，通过实物测绘将清代彩绘屏风进行数据采集和虚拟呈现，让学生鉴赏和理解清代彩绘屏风形制、装饰纹样及涂饰工艺等知识，学习常见病害形式、产生机理、结构与涂层修复实验设计及工具设备等多个重要知识点，切身感受中国古典家具传统工艺制作原理与当代科学修复高新技术，在学习过程中体验前沿科技实验研究方法，同时加强民族文化自信。
2. 专业急需培养古典家具修复技术和科学研究方面稀缺人才
作为培养家具领域领军人才为优势并在行业内享有盛誉的南京林业大学，沉淀传承了六代专业学者积累的中国古典家具丰富理论知识和著作，掌握古典家具鉴赏和修复实践能力是本科专业人才培养方案重点要求。清代彩绘屏风修复虚拟仿真实验项目课程依托国家一流专业“家具设计与工程”和“产品设计”以及省级特色专业及“工业设计”，涉及《家具表面装饰》《家具史》《家具展示设计》等必修核心专业课程的实践教学模块。
通过虚拟清代彩绘屏风材料鉴定、原始工艺和古典纹样的还原再现，建立清代彩绘屏风数据库与屏风病害库，开展屏风材料人工加速老化实验，梳理屏风表面腐朽漆膜起皮、木材开裂、立柱虫蛀、腿部脆化、部件缺失、涂层缺失、地仗层粉化、涂层开裂等缺陷，开展虚拟修复实验和评估。让学生沉浸式地感受经典国粹家具的博大精深，通过亲历体验古典家具科技与艺术融合的修复过程，触发学生对大国工匠精神的理解，形成对中国文化自信的价值观，培养艺术与科技多元融合，具备理想信念和家国情怀的创新性人才。
3. 清代彩绘屏风文物修复不可及，修复过程不可逆且成本高周期长
清代彩绘屏风具有珍稀性和唯一性，修复实验面临着不可及和不可逆的制约，且清代彩绘屏风劣化过程时间可达千年以上的不可及性、不可察觉性和漫长性等原因导致学生实践对珍贵文物产生的不可逆损害等实际教学问题及困难。首先，清代彩绘屏风收藏级文物臻品价值高昂且毁损再也无法复原的不可逆性和不可及性，决定了无法在实物家具上进行相应的认知实验和实践操作。其次，修复过程所涉及到的器材和技术价格昂贵，耗时耗力耗财，使得学生无法在短时间内掌握修复技能。此外，由于材料和工具的特殊性，彩绘屏风的修复过程比普通修复实验更漫长，对实验室的温度、湿度、空气等要求精准可控。多种原因导致清代彩绘屏风家具修复无法进行实际教学，因此，需要通过虚拟仿真实验进行教学。通过虚拟仿真实验方式来进行家具病害测量与评估、家具病害劣化预测，同时虚拟体验家具结构修复和涂层修复的全过程，丰富和扩展了实体实验的边界和可能性。
4. 虚拟仿真实验为屏风修复教学提供了实现途径
目前国内博物馆藏家具修复存在以下四点缺失：1）修复理论的系统化研究缺失；2）修复技法的“两极化”现象显著；3）对传世家具修复技法系统研究缺失；4）矫正采用现代技术对损伤进行修复的局限性。利用现代信息技术，可以针对受损严重的家具进行可逆的虚拟家具修复，使用三维虚拟场景展现清代彩绘屏风以及修复过程，实现创造性转化和创新性发展。项目通过虚拟清代彩绘屏风材料鉴定、原始工艺和古典纹样人工智能还原再现，并根据文物修旧如旧的原理，进行家具涂层人工加速老化实验，完成清代彩绘屏风修复后与原件质量对比评估，量化判定修复结果。完整的屏风数据库支撑，缜密的实验结构搭建，趣味性的教学引导和训练，整个实验动画演示丰富、操作可逆，将学生在实体文物上进行修复实验的不可能变为可能，为古典家具修复实验教学带来革命性突破。
本实验源于古典家具修复工艺传承以及文物图像虚拟修复技术创新，通过“修复知识测验+修复科学体验+修复结果检验”对清代彩绘屏风修复进行沉浸式科技实验设计，使学生直观地了解彩绘屏风家具文化艺术价值，掌握清代彩绘屏风修复技术和修复流程，认识人工智能图像修复技术在文物修复领域的应用，达到对现实课堂中家具表面装饰、家具史和家具展示设计等课程的实践补充，从而帮助学生全方位立体性理解家具的外延和内涵，提升学生对古典家具修复技能以及创新应用能力。
本项目具有使用方便、交互性强、共享性好等特点，课程采用“虚+实+虚”的教学方法（线上沉浸式虚拟仿真实验+线下理论应用实践教学+线上赋分模型考核评价），可显著提高学习效率，有利于开展研究型和实践型实习，旨在让学生通过本项目达到如下实验目的：
1）巩固清代彩绘屏风制作技艺相关知识；
2）增强清代彩绘屏风形制、材料、结构、病害等相关认知；
3）了解清代彩绘屏风病害产生的原因及修复办法；
4）掌握清代彩绘屏风修复工艺过程；
5）了解智能识别材质等人工智能新兴修复技术；
6）了解人工智能图像生成等新兴修复技术；
7）掌握材料老化理论及光照、湿度对老化的影响要素；
8）掌握清代彩绘屏风基材修复原理及腻子配比比例探究；
9）掌握涂层成分分析技术及拉曼光谱仪使用；
10）掌握正交实验方法和全因子等实验方法。
本实验3个模块、2个学时（每个学时45分钟）、15个交互性操作步骤。
本实验依据博物馆馆藏家具工艺认知、劣化环境、病害分类、量化评估及修复过程，分为三大模块：实验介绍及知识点、实验操作及分析、实验报告及讨论。
本实验3个模块、2个学时（每个学时45分钟）、15个交互性操作步骤。
在实验介绍及知识点模块中，项目建设虚拟屏风馆和修复室，依据博物馆藏屏风和修复设备物料等进行数字建模，以虚拟形象展现彩绘屏风修复流程的真实面貌，随意从任何角度多精度观赏高真实数字文物与工具设备。拟屏风馆和屏风修复室依托于清代彩绘屏风数据库与屏风病害库在115件代表性清代彩绘屏风库中精选出8件病害形制最为典型的屏风进行虚拟仿真呈现，分类分级筛选得到40种病害组成病害库，聚类为8类，每类选取1件典型待修复清代彩绘屏风为代表，让学生掌握屏风的病害种类及具体病害形式进行“屏风病害查找”。
“屏风材质识别”实验原理是人工智能深度学习，采用卷积神经网络算法训练模型，建立木材构造图像特征训练集及内嵌CNN图像识别模型，经过“图像采集→图像预处理→特征提取→图像识别”的过程得到材质种类。
在实验操作及分析模块中，“屏风彩绘纹饰物象还原”实验原理是深度学习图像修复Transformer模型，通过辅助上下文重建任务的联合训练，借用周边特征去修复损坏部位，同时兼顾数字图像包含光谱和色度信息，经过关键步骤光谱反射率重建实现多光谱颜色重现；通过腻子原料配比实验寻找最佳比值，调配腻子进行病害部位的基材修复；通过比对标准拉曼谱图确定成分及含量，对原始涂层成分进行分析；采用正交实验统计学原理验证颜色配比，通过Lab色差分析探究修复涂层颜色配比；根据全因子实验进行涂覆处理，获得表干优化最佳工艺参数；采用极限法探究最佳干燥温度，确定修复部位实干处理的干燥参数；虚拟模拟老化过程，探讨光照、温度与湿度综合复杂因素对老化的影响。
在实验报告及讨论模块中，采用百分等级模型对学生学习结果进行评估，生成实验各步骤评估报告，学生分析实验所得的数据信息，回顾反思修复实验模块操作，查阅最终实验报告。
以上3个不同模块应用既相互独立又关联，并相互影响且制约。
知识点：共8个
1. 屏风病害种类及具体病害形式识别
2. 屏风材质智能识别原理及运用
3. Transformer深度学习图像修复技术
4. 基材修复原理及腻子配比比例探究
5. 涂层成分分析技术及拉曼光谱仪使用
6. 正交实验方法及运用
7. 全因子实验方法及运用
8. 材料老化理论及光照、湿度对老化的影响
本实验3个模块、2个学时（每个学时45分钟）、15个交互性操作步骤。
步骤1：实验预习与测试
浏览器登录该实验系统后，点击页面左侧主菜单栏中的“屏风病害及修复实验学习”按钮，进行四个板块知识点学习。完成学习后点击页面左侧主菜单栏中的“实验测试”进入在线测试界面，学生需完成试题库中随机抽选的相关题目，完成后点击“提交”按钮，可查看自测结果。
步骤2：屏风病害查找
点击页面左侧主菜单栏中的“屏风病害查找”按钮进入虚拟屏风馆进行3D全方位自主漫游。依照指示“虚拟屏风馆”及箭头指示进入修复室。修复室中陈列着《博古纹暗八仙彩绘祝寿十二扇屏风》，点击该屏风，系统给出屏风病害查找题，通过放大镜查找病害部位并点击填写病害名称，完成后显示病害查找结果，学生需在五分钟内完成查找。
步骤3：屏风材质识别
点击页面左侧主菜单栏中的“屏风材质识别”，放大观察屏风，随后点击屏幕右侧的“截图”功能，操作鼠标采集原件屏风修复部位高分辨率木材构造图像；点击“木材智能识别”按钮弹出木材识别过程动画，判定屏风材质种类。
步骤4：屏风彩绘纹饰物象还原
点击屏幕右上方菜单栏中的“实验操作及分析”进入模块二“彩绘纹饰物象还原”，屏幕中央弹出“修复重建原理”窗口学习修复原理，随后根据步骤引导按钮点击“下一步”，完成屏风彩绘纹饰的修复重建；其次，根据步骤引导点击“下一步”按钮，进入“多光谱颜色重现原理”窗口重现屏风修复件的彩绘纹饰表面颜色，生成复制件屏风图像。
步骤5：病害部位基材修复
选择某一修复部位（5处），点击“确定”按钮进入腻子配比页面；根据配比实验公式和嵌入式计算器进行配比计算。配比到合适的腻子后，点击“开始修复”按钮，使用工具箱中的腻子刀将配比好的腻子涂料填补在开裂部位。
步骤6：原始涂层成分分析
选择某一样品部位，点击“确定”按钮开始原始涂层成分分析，将原始涂层无损检测得到的原始涂层成分拉曼谱图，与标准拉曼谱图进行对比，分析成分及含量。
步骤7：修复涂层颜色配比
实验操作前，学生进入“正交实验说明”页面学习正交实验设计。根据四因素三水平正交实验表获得颜色变化规律。
步骤8：涂覆优化与表干处理
实验操作前，学生进入“全因子实验说明”页面学习全因子实验设计原理。学习之后点击“下一步”，进入“基材打磨”，选择合适的打磨时间，用砂纸顺木纹打磨基材（出现打磨效果动画），表面粗糙度低于10微米则满足要求。打磨完成后点击“下一步”进行全因子实验设计。
步骤9：修复部位实干处理
设置干燥温度，点击“下一步”将修复部位放入恒温干燥箱进行干燥（温度阈值为40-60C），每隔2分钟称重并记录。
步骤10：光照对修复涂层老化影响
系统提供氙灯老化试验箱，在参数调节界面，设置不同的光照强度进行老化。使用氙灯老化试验箱进行光照强度参数老化实验。
步骤11：湿度对修复涂层老化影响
在参数调节界面，学生设置不同的湿度进行老化。使用恒温恒湿试验箱进行湿度参数老化试验。
步骤12：复合因子对修复涂层老化影响
复合因子为光照强度与湿度，学生同时调节两种参数进行老化，使用氙灯试验箱研究复合因子对老化试验的影响。氙灯试验箱可同时调整湿度、光照强度、温度参数，从而研究复合因子参数。
步骤13：修复部位和物象还原比对
学生使用光谱仪测量修复后部位和物象还原修复件屏风表面光谱反射率，生成光谱反射率对比结果图。
步骤14：实验结果评估
学生导出修复数据并查看，在系统中了解综合评估结果。查看每个步骤得分结果和评价，回顾反思实验操作正确和错误的部分，同时可以返回“步骤4”优化实验过程。
步骤15：最终实验报告查阅
学生分析屏风修复模块中的实验操作和数据，回顾和反思整体修复过程。总结实验经验，加深和促进对传统清代彩绘屏风修复的学习和吸收，查阅最终实验报告。