虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)的探索與實(shí)踐

高陽(yáng)林 李進(jìn)進(jìn) 于璐

摘要：在論述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于園林專(zhuān)業(yè)的可行性和必要性基礎(chǔ)上，明確了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的作用，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了搭建虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)的技術(shù)路徑和實(shí)現(xiàn)效果，經(jīng)過(guò)實(shí)踐總結(jié)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)成效。

關(guān)鍵詞：園林；虛擬現(xiàn)實(shí)；教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）06-0112-03

the Exploration and Practice of Virtual Reality Technology Applied to the Teaching of Landscape Architecture

GAO Yang-lin1，LI Jin-jin1，YU Lu2

（1.Guangdong Industry Technical College. Guangzhou 510300， China； 2. guangzhou vocational college of science and technology. Guangzhou 510550， China）

Abstract：With analysis to the practicability and necessity of the application of VRT（Virtual Reality Technology） in Landscape Architecture， the paper confirms the VRTs function in the teaching of Landscape Architecture， illustrates the technological path and running effect of building the Virtual Reality Teaching Platform and introduces the teaching effect of VRT.

Key words： landscape； Virtual Reality Technology； education

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，園林行業(yè)設(shè)計(jì)、工程等各類(lèi)項(xiàng)目已越來(lái)越多的與計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)結(jié)合。如園林工程方面的項(xiàng)目管理系統(tǒng)、招投標(biāo)系統(tǒng)、工程預(yù)算造價(jià)系統(tǒng)等，園林設(shè)計(jì)方面的手繪結(jié)合的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)制圖模式。在本世紀(jì)初計(jì)算機(jī)效果圖技術(shù)逐步普及，極大提升了設(shè)計(jì)表現(xiàn)效率并成為設(shè)計(jì)領(lǐng)域不可缺少的表現(xiàn)手段。隨著行業(yè)發(fā)展，靜態(tài)的固定視覺(jué)效果圖已無(wú)法滿足業(yè)主和設(shè)計(jì)單位的需求，近年來(lái)三維漫游動(dòng)畫(huà)越來(lái)越多的應(yīng)用在大中型園林設(shè)計(jì)中。通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行建模、渲染和后期編輯，形成的漫游動(dòng)畫(huà)相較靜態(tài)效果圖更加直觀。而近兩年隨著計(jì)算機(jī)圖形處理能力加速提升以及周邊軟硬件條件的完善，具有交互參與的漫游技術(shù)逐步進(jìn)入人們視野。相較于傳統(tǒng)漫游動(dòng)畫(huà)固定路徑和單向信息傳遞的先天缺陷，虛擬現(xiàn)實(shí)在交互性和沉浸感方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門(mén)綜合性信息技術(shù)，涵蓋了多個(gè)學(xué)科，主要用在計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域，該技術(shù)的原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬，用戶可以利用專(zhuān)用設(shè)備沉浸到模擬環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)與該環(huán)境的交流與感受。

2 將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)的必要性

目前，園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源多以教材、意象圖片、PPT課件、多媒體動(dòng)視頻等為代表的靜態(tài)或初級(jí)動(dòng)態(tài)的教學(xué)資源為主，而教學(xué)模式早已由教師主導(dǎo)的單向知識(shí)傳授模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的項(xiàng)目化雙向互動(dòng)的教學(xué)模式，但相對(duì)落后的教學(xué)資源已很難適應(yīng)教學(xué)模式的進(jìn)一步改革和發(fā)展的需要。此外，園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)受客觀條件的限制，教師講授內(nèi)容很難全部經(jīng)由具體實(shí)踐傳授給學(xué)生。例如，園林工程教學(xué)中涉及大量園林景觀和建筑施工，而在現(xiàn)實(shí)中很難提供學(xué)生逐一參與各類(lèi)工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)；園林規(guī)劃設(shè)計(jì)課程中教學(xué)用設(shè)計(jì)方案實(shí)施的可能性也微乎其微。由于以上客觀條件所限，教師實(shí)現(xiàn)預(yù)期教學(xué)效果的難度較大。因此，迫切需要一種可超越時(shí)間、空間和資源限制并能重復(fù)利用的低成本的教學(xué)資源和手段作為園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)和實(shí)踐的有力補(bǔ)充，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)正好與之相呼應(yīng)（如圖1所示）。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)施領(lǐng)域

3.1 設(shè)計(jì)類(lèi)課程理論教學(xué)方面

將園林設(shè)計(jì)初步、園林規(guī)劃設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)類(lèi)課程中抽象的概念、規(guī)范、要求和案例通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行表現(xiàn)。改以往教學(xué)“文字+圖片”的平面靜態(tài)模式為更易理解的三維虛擬動(dòng)態(tài)環(huán)境，為學(xué)生提供更加直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而提升其學(xué)習(xí)效率和興趣。

3.2 工程類(lèi)實(shí)踐課程教學(xué)方面

對(duì)園林工程常見(jiàn)各施工項(xiàng)目分類(lèi)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)，在虛擬環(huán)境中再現(xiàn)工程項(xiàng)目各工序從開(kāi)工到建成的全過(guò)程，并引入交互式界面，用可控的動(dòng)態(tài)影像直觀表現(xiàn)施工工藝、材料及相關(guān)要求和規(guī)范等。使以往部分由于時(shí)間、空間以及客觀條件限制無(wú)法開(kāi)展的教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目得以在虛擬環(huán)境中再現(xiàn)，使學(xué)生對(duì)工程施工的認(rèn)識(shí)更加具象直觀。

3.3 園林建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造課程教學(xué)方面

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)將以往教學(xué)中較難理解的建筑結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化，學(xué)生可通過(guò)不同視角觀察分析建筑構(gòu)造及其主要施工步驟，不僅可以減輕教師授課強(qiáng)度更能幫助學(xué)生快速掌握相關(guān)知識(shí)。

3.4 園林及建筑設(shè)計(jì)方案的虛擬現(xiàn)實(shí)分析驗(yàn)證

在學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中，從方案場(chǎng)地初步分析到最終成稿的全程引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用接近未來(lái)建成實(shí)景的虛擬環(huán)境分析驗(yàn)證方案。在虛擬環(huán)境下，教師與學(xué)生置身于—個(gè)相對(duì)真實(shí)的模擬空間，使得園林設(shè)計(jì)能夠突破以往“平、立，剖”的常規(guī)模式，讓學(xué)生從各個(gè)不同的角度直觀地面對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象，更加深入地研究環(huán)境中各設(shè)計(jì)要素及空間關(guān)系、比例，設(shè)計(jì)出更加完美，更加人性化的方案作品。

3.5 虛擬現(xiàn)實(shí)資源的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

將各類(lèi)課程虛擬現(xiàn)實(shí)資源與相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)課程結(jié)合，實(shí)現(xiàn)資源共享，使學(xué)生可隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)的搭建

4.1 虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的選擇

近年來(lái)信息技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)與各個(gè)具體專(zhuān)業(yè)的交叉滲透更加深入和全面。園林專(zhuān)業(yè)相關(guān)軟件也由最初的平面輔助設(shè)計(jì)軟件發(fā)展到可全程輔助設(shè)計(jì)表現(xiàn)。園林專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)涉及軟件的發(fā)展已相當(dāng)成熟，主要包括：AutoCad，SketchUp、3d Max、Photoshop、Lumion、Premiere、Unity3D等。通過(guò)分析對(duì)比各虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的性能及擴(kuò)展性，本研究采用Unity3D作為虛擬現(xiàn)實(shí)核心實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，Unity3D是一個(gè)讓開(kāi)發(fā)者輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、景觀可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等類(lèi)型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，可完全滿足虛擬現(xiàn)實(shí)在園林專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用。

4.2 技術(shù)路徑

1）分析并歸納園林專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程可供虛擬化的所有知識(shí)點(diǎn)以及相關(guān)課程項(xiàng)目作業(yè)內(nèi)容；

2）結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟硬件條件，確定各知識(shí)點(diǎn)和項(xiàng)目?jī)?nèi)容的初步場(chǎng)景表現(xiàn)形態(tài)，形成該虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景構(gòu)建程序和注意事項(xiàng)；

3）建立各場(chǎng)景基礎(chǔ)模型、完成材質(zhì)烘焙，并分析檢查場(chǎng)景內(nèi)容與虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的兼容性；

4）將場(chǎng)景模型導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行編程，完成交互操作和模擬動(dòng)畫(huà)功能；

5）設(shè)計(jì)制作系統(tǒng)交互界面；

6）對(duì)完成的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行檢查，并進(jìn)行后期處理以及添加必要文字、配音等工作；

7）整合進(jìn)入教學(xué)系統(tǒng)，形成園林專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源庫(kù)；

8）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和瀏覽器要求，優(yōu)化教學(xué)資源庫(kù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

4.3 搭建教學(xué)平臺(tái)

根據(jù)預(yù)先確定的技術(shù)路徑進(jìn)行教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，平臺(tái)使用操作便捷、易于掌握（見(jiàn)圖2）。

5 園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的意義

5.1 實(shí)現(xiàn)學(xué)生為主體的信息雙向流動(dòng)的學(xué)習(xí)模式

傳統(tǒng)教學(xué)視頻與一般電影、電視類(lèi)似，均為信息的單向傳遞，學(xué)生只能被動(dòng)地接受動(dòng)畫(huà)制作者預(yù)先確定的觀賞內(nèi)容。即使采用漫游動(dòng)畫(huà)由于其線性播放特點(diǎn)，學(xué)生也難以精確地切換場(chǎng)景和控制播放進(jìn)度。通過(guò)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可根據(jù)自身需要或喜好，隨時(shí)移動(dòng)或跳轉(zhuǎn)至指定場(chǎng)景或位置，增加觀賞者與漫游場(chǎng)景之間的有效互動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)場(chǎng)景實(shí)際情況加入互動(dòng)參與功能，如園林夜景中的感應(yīng)燈光、噴泉流量控制、展示屏幕顯示內(nèi)容控制等，通過(guò)豐富的交互功能構(gòu)建學(xué)生與虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景間的良性互動(dòng)。

5.2 使教學(xué)突破空間和時(shí)間限制

園林是對(duì)物理環(huán)境的改造和營(yíng)建，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中必須大量積累過(guò)往各類(lèi)園林、建筑及其施工等多方面項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。但由于課程教學(xué)時(shí)間相對(duì)固定、項(xiàng)目地域分布不集中，為了解決此矛盾部分學(xué)校會(huì)在多數(shù)專(zhuān)業(yè)課結(jié)束后開(kāi)設(shè)數(shù)周的外出綜合實(shí)習(xí)，為學(xué)生提供較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí)參觀機(jī)會(huì)。此類(lèi)實(shí)習(xí)雖內(nèi)容全面但時(shí)間短、知識(shí)量過(guò)大且未與相應(yīng)課程教學(xué)緊密結(jié)合，教學(xué)目標(biāo)很難全部實(shí)現(xiàn)。特別由于課堂教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生錯(cuò)過(guò)了接受知識(shí)的最佳時(shí)間段，教學(xué)效果不無(wú)遺憾。借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)習(xí)與實(shí)踐同步進(jìn)行，學(xué)習(xí)受時(shí)間和空間的限制被徹底打破。設(shè)計(jì)類(lèi)課程學(xué)習(xí)與相應(yīng)虛擬現(xiàn)實(shí)案例緊密結(jié)合，可直觀的為學(xué)生提供形象生動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使教學(xué)效果事半功倍。工程類(lèi)課程借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，每一步的施工環(huán)節(jié)、工藝及材料等清晰可見(jiàn)，從而可以最大限度地滿足學(xué)生的不同需要，學(xué)習(xí)不受時(shí)間、空間的限制。

5.3 彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足

園林是人工化的自然環(huán)境，是一門(mén)基于對(duì)實(shí)際場(chǎng)地及其空間設(shè)計(jì)和施工的學(xué)科，是對(duì)物理及人文環(huán)境的營(yíng)建，因此本專(zhuān)業(yè)的教學(xué)需要建立在實(shí)際環(huán)境中。但由于教學(xué)場(chǎng)地、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)等客觀因素的限制，極少有學(xué)校能完全滿足園林專(zhuān)業(yè)對(duì)教學(xué)環(huán)境和條件的需求。由于條件所限制導(dǎo)致一些課程停留在“紙上談兵”的狀態(tài)，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)缺乏親身體會(huì)。通過(guò)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以極大地彌補(bǔ)這些方面的不足。學(xué)生在課堂中便可以直觀的體會(huì)所學(xué)知識(shí)，獲得與真實(shí)環(huán)境較為接近的體會(huì)，從而增加感性認(rèn)識(shí)，深化對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。同時(shí)虛擬化案例教學(xué)耗費(fèi)較少、節(jié)省實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)，可以反復(fù)進(jìn)行，有利于從根本上改善和提高教學(xué)水平。

5.4 提升學(xué)生對(duì)空間的認(rèn)識(shí)并提高設(shè)計(jì)和施工準(zhǔn)備工作的效率

園林規(guī)劃設(shè)計(jì)不只是對(duì)平面區(qū)分，更是對(duì)空間和行為的設(shè)計(jì)。初學(xué)園林專(zhuān)業(yè)的學(xué)生乃至有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員對(duì)空間的理解常常不到位，很多學(xué)生會(huì)將全部精力放在平面圖及方案構(gòu)圖上，最終導(dǎo)致方案雖然平面構(gòu)圖很漂亮，但空間設(shè)計(jì)混亂、缺乏實(shí)用性。通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)所做方案進(jìn)行三維數(shù)字化建模，模擬方案建成的最終效果、分析方案空間合理性。在虛擬三維環(huán)境中對(duì)方案進(jìn)行直觀的評(píng)價(jià)和驗(yàn)證，有利于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足并及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而鍛煉學(xué)生空間思維和對(duì)尺度把握的能力。

此外，園林設(shè)計(jì)對(duì)于環(huán)境變化的前瞻性和周?chē)拔锏年P(guān)聯(lián)性要求很高，在動(dòng)工之前景必須對(duì)完工之后的環(huán)境有—個(gè)明確的，清晰的概念。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，行業(yè)企業(yè)對(duì)人才素質(zhì)的需求不斷提升，由此對(duì)職業(yè)教育也提出了更高的要求。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高職園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)，可以優(yōu)化現(xiàn)有教學(xué)觀念、突破單一授課模式和教學(xué)資源，營(yíng)造出接近現(xiàn)實(shí)的動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境，學(xué)生通過(guò)切身的體驗(yàn)和感受，積極構(gòu)建屬于自己的知識(shí)形態(tài)。在教學(xué)中利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境中開(kāi)展課程實(shí)踐，這種教學(xué)手段不僅可以直觀的展示設(shè)計(jì)理論、提供方案和工藝的交互探討界面，更能顯著提升教學(xué)效率并擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)維度。通過(guò)近兩年教學(xué)實(shí)踐探索，本專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果有了明顯的飛躍，在學(xué)生工作室承攬真實(shí)園林設(shè)計(jì)項(xiàng)目和職業(yè)技能大賽方面都取得了顯著成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] Unity Technologies. Unity 4.X從入門(mén)到精通[M]. 北京： 中國(guó)鐵道出版社， 2013.

[2] Unity Technologies. Unity官方案例精講[M]. 北京： 中國(guó)鐵道出版社， 2015.

[3] 宣雨松. Unity 3D游戲開(kāi)發(fā)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[4] 李瑞森. Unity 3D游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[5] 吳亞峰. Unity 3D游戲開(kāi)發(fā)技術(shù)詳解與典型案例[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.