虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用分析

葛碧霄

[摘 要] 介紹了虛擬仿真概念，總結(jié)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的發(fā)展概況及未來(lái)趨勢(shì)，分析了虛擬仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合建筑設(shè)計(jì)教學(xué)的特征，分析了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在建筑教學(xué)領(lǐng)域包括課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)等方面的應(yīng)用。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬仿真；建筑設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）13-0273-01

虛擬仿真，是指利用計(jì)算機(jī)生成三維動(dòng)態(tài)實(shí)景，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界或設(shè)計(jì)構(gòu)想的世界進(jìn)行視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及觸覺(jué)等多通道重現(xiàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)則是一套基于虛擬仿真技術(shù)的由顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)捕捉采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、交互控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成的用于師生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大系統(tǒng)。其具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）和構(gòu)想性（imagination）的特點(diǎn)。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的發(fā)展概況及趨勢(shì)

虛擬仿真技術(shù)在設(shè)計(jì)行業(yè)，目前主要應(yīng)用在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、景觀園林設(shè)計(jì)、房地產(chǎn)應(yīng)用、名勝古跡虛擬等領(lǐng)域[1]。同時(shí)在高校教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)也獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)已在食品工程、工程力學(xué)、醫(yī)學(xué)、城市規(guī)劃、建筑學(xué)、風(fēng)景園林、機(jī)械工程等學(xué)科領(lǐng)域展開(kāi)應(yīng)用。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室發(fā)展迅速，教育部在2015年已在全國(guó)范圍內(nèi)遴選出100個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，范圍涵蓋了北京大學(xué)、清華大學(xué)等雙一流高校及其他一些高水平高校。

在未來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)帶寬和5G等通信技術(shù)的開(kāi)發(fā)，信息的計(jì)算和傳遞效率將大大提高，可以預(yù)知，虛擬仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和圖像生成處理系統(tǒng)將從客戶端消失，取而代之的是云計(jì)算模式，即圖像的計(jì)算生成將在服務(wù)供應(yīng)商的服務(wù)器中完成，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端，從而使虛擬仿真系統(tǒng)體積小型化、安裝簡(jiǎn)易化、使用靈活化、建設(shè)難度降低[2]。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中的運(yùn)用分析

（一）課堂教學(xué)

課堂教學(xué)是建筑設(shè)計(jì)教學(xué)的主要內(nèi)容，課堂教學(xué)結(jié)合虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，可以使所授理論知識(shí)更加形象生動(dòng)，提升課堂教學(xué)的維度。主要包括如下課程：

1.中外建筑史

中外建筑史知識(shí)體系中的理論知識(shí)和史料較多，在傳統(tǒng)建筑史教學(xué)過(guò)程中，教師只能通過(guò)圖片和抄繪來(lái)幫助理解，但這種信息傳達(dá)方式不夠立體，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)還是如霧里看花，也提不起學(xué)習(xí)興趣。

在建筑史教學(xué)過(guò)程中引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，充分利用該系統(tǒng)的特性，通過(guò)前期對(duì)建筑史中中外各代表性建筑的數(shù)字化建造，使師生在課堂內(nèi)即能夠“身臨其境”，系統(tǒng)和連貫地學(xué)習(xí)建筑史內(nèi)容，更重要的一點(diǎn)是可以從更高的維度了解和掌握建筑史中的知識(shí)，并提升學(xué)習(xí)興趣。

2.建筑構(gòu)造

建筑構(gòu)造在教學(xué)過(guò)程中也面對(duì)相似問(wèn)題，利用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)則能夠使知識(shí)的傳達(dá)立體化，有助于學(xué)生的理解。例如，建筑構(gòu)造中一些構(gòu)件是如何搭接的，再如斗拱、椽等傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中的復(fù)雜構(gòu)件各零件之間是如何銜接的等，都可以通過(guò)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)再現(xiàn)搭接過(guò)程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的動(dòng)態(tài)化、立體化、多維化。

3.場(chǎng)地設(shè)計(jì)

在場(chǎng)地設(shè)計(jì)的教學(xué)中面臨一個(gè)新的問(wèn)題，即受到學(xué)校所在地區(qū)地形限制，場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法實(shí)地感受多種多樣的場(chǎng)地類型，典型如平原地區(qū)的高校在做場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)將很難實(shí)地感受山地類型的感受，這也對(duì)課程的選題造成了一定限制。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)可以通過(guò)數(shù)字建模模擬各種類型的場(chǎng)地，并利用自身浸入式的特性，使師生更立體地感受不同的場(chǎng)地類型。

（二）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)

建筑學(xué)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)可以歸納為兩方面——模型搭建和建筑物理實(shí)驗(yàn)。

1.模型搭建

在許多高校建筑學(xué)的課程體系中，實(shí)體模型的搭建都是重要一環(huán)，相較于利用Sketchup、犀牛等三維建模軟件，學(xué)生通過(guò)實(shí)體模型的搭建可以更好地感受作品的空間組合和建筑的比例尺度。但實(shí)體模型制作者和觀察者始終是從“上帝視角”來(lái)審視作品，還是無(wú)法達(dá)到“人視點(diǎn)”觀察的真實(shí)性和直觀性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)融合了數(shù)字模型和實(shí)體模型的優(yōu)點(diǎn)，既能快速建模，提供“人視點(diǎn)”的觀察視角，又可身臨其境浸入式體驗(yàn)建筑空間。

2.建筑物理實(shí)驗(yàn)

由于學(xué)校教學(xué)條件的限制，許多建筑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，像天然光導(dǎo)光系統(tǒng)和全年采光實(shí)驗(yàn)、高層建筑玻璃幕墻沖擊波防護(hù)實(shí)驗(yàn)等是無(wú)法現(xiàn)實(shí)完成的。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以有效解決建筑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的矛盾。

三、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代高科技產(chǎn)物。未來(lái)隨著該系統(tǒng)的繼續(xù)發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)教學(xué)必將發(fā)生革命性的變化，教學(xué)將變得更加直觀、立體，互動(dòng)性更強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣也將大大提高，培養(yǎng)更多優(yōu)質(zhì)的建筑設(shè)計(jì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈旭濤.數(shù)字建筑不朽之城：議虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].四川建筑，2006（3）：42-43.

[2]游麗.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[D].四川師范大學(xué)，2010.

[3]黃思程.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].考試周刊，2017（83）：23.