虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)中的運用

葉滿波

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 珠江學(xué)院，廣州 510900）

前言

自20世紀(jì)90年代以來，計算機輔助設(shè)計逐漸滲透我國的設(shè)計領(lǐng)域，成為設(shè)計以及設(shè)計教學(xué)的重要手段。于20世紀(jì)80年代被提出的虛擬現(xiàn)實技術(shù)融合了計算機仿真、人工智能技術(shù)、顯示技術(shù)等，可以在三維立體空間構(gòu)造過程中融入感官和直覺。目前，在景觀設(shè)計教學(xué)中也逐漸開始運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過計算機模擬現(xiàn)實環(huán)境，將更加有利于學(xué)生感受景觀模型的構(gòu)建以及對三維模型的數(shù)據(jù)分析，在設(shè)計的過程中實時且全面?zhèn)鬟f設(shè)計對象的信息，使得抽象化的景觀設(shè)計變得更加觸手可及、生動形象，幫助學(xué)生最大限度地發(fā)揮創(chuàng)造性和提高主動性。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種環(huán)境仿真技術(shù)，集成了計算機圖像處理、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)、交互技術(shù)等多項科學(xué)知識，通過計算機創(chuàng)建三維虛擬環(huán)境，使人們可以從視覺、聽覺、嗅覺等體感對三維虛擬空間進行體驗，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺①。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要依據(jù)環(huán)境模擬、通信、交互等幾個方面來衡量。環(huán)境模擬是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)，總的來說即是人類感官（視覺、聽覺、觸覺等）的模擬，三維視覺效果需要配合3D眼鏡、頭盔顯示器等硬件來實現(xiàn)，聽覺模擬則需要較高的保真性與立體性，而目前觸覺的模擬主要通過電子觸覺刺激肌肉來實現(xiàn)，有時需要通過手套等硬件來實現(xiàn)；通信是指虛擬環(huán)境中硬件之間以及硬件與體驗者之間的信息傳送；交互是指人與虛擬環(huán)境的互動，一個相互反饋的過程。由以上幾個方面可以看出，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有交互性、構(gòu)想性、沉浸性②。使用者可以通過各類應(yīng)用設(shè)備與虛擬環(huán)境中的物體進行交互，參與到虛擬環(huán)境中的多項活動從而產(chǎn)生身臨其境、沉浸其中的感受。在這個參與過程中，使用者能夠產(chǎn)生較為豐富的聯(lián)想，進一步激發(fā)了使用者的參與意識以及創(chuàng)造力。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用意義

景觀設(shè)計教學(xué)是與計算機發(fā)展關(guān)聯(lián)甚密的一類教學(xué)，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)了傳統(tǒng)景觀平面設(shè)計的3D化甚至4D化。因此景觀設(shè)計教學(xué)也要緊跟上計算機發(fā)展的潮流，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到教學(xué)上，這是極具前瞻性的手段。

首先，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)中應(yīng)用可以滿足學(xué)生自身的發(fā)展需求。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀教學(xué)設(shè)計上的應(yīng)用可以實現(xiàn)對教學(xué)環(huán)境的虛擬；可以真實模擬不同施工方案以確定最佳設(shè)計方案來制定更加合理的工程施工計劃。這種方式的教學(xué)能夠提高學(xué)生設(shè)計的直覺性，激發(fā)學(xué)生的好奇心。其次，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互技術(shù)能夠加強教師與學(xué)生之間的溝通交流，有利于提高教師的教學(xué)水平以及課堂的效率。最后，對于工程預(yù)算來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以幫助學(xué)生在一定程度上最快計算出工程建設(shè)量、需要耗費的材料成本、人工成本、時間成本等等，大大提高設(shè)計工程項目的預(yù)算效率③。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，在景觀設(shè)計的教學(xué)方面都設(shè)置了計算機輔助設(shè)計的課程，二維與三維技術(shù)的應(yīng)用改變了景觀設(shè)計教學(xué)的方式，使得學(xué)生的設(shè)計方式由原始的手工畫圖發(fā)展為計算機制圖。這種轉(zhuǎn)變使得設(shè)計的效率得到很大程度的提高，設(shè)計審美也有了更高的追求。與此配套的Auto-CAD、3DMAX和PHOTOSHOP等制圖軟件的教學(xué)課程也逐步成熟和系統(tǒng)，可以讓景觀設(shè)計專業(yè)的學(xué)生從設(shè)計初步階段形成三維建筑模型，可以在任意的角度與位置對景觀的結(jié)構(gòu)和布局進行觀察，生成景觀的平面圖或者立面圖。

然而，目前計算機輔助設(shè)計大部分仍停留在設(shè)計繪圖的層面上，許多設(shè)計軟件還是處于平面的狀態(tài)。對于學(xué)生來說，這種方式難以在空間構(gòu)造、形態(tài)推敲、材料制造工藝以及可行性研究等諸多方面上起到可觀性的輔助作用④。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可以全面地讓學(xué)生感受景觀設(shè)計的空間、形態(tài)等等。目前，關(guān)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)上的應(yīng)用還比較少且尚不成熟，主要還存在著許多問題。首先是來自于虛擬現(xiàn)實技術(shù)自身的問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)仍處于發(fā)展階段，無論是硬件上還是軟件上仍存在不少需要進一步解決的技術(shù)和應(yīng)用問題，特別是對于景觀設(shè)計教學(xué)來說，模型需要具備較高的逼真度且占據(jù)的真實空間面積會很大，從而提高了虛擬空間模型建造的難度。其次則是教學(xué)設(shè)施的建設(shè)問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)對硬件設(shè)施有著較高的應(yīng)用要求，這樣大型的教學(xué)設(shè)備通常造價較高，使得教學(xué)成本高。而更為重要的一點是作為一種仍在摸索階段的教學(xué)手段，實踐應(yīng)用經(jīng)驗不足。但隨著景觀設(shè)計教學(xué)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)上的應(yīng)用會日益成熟。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)中的具體應(yīng)用

（一）構(gòu)建虛擬教學(xué)平臺

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以構(gòu)建一個全面的虛擬教學(xué)平臺，包括上課景觀設(shè)計的虛擬展示教學(xué)、學(xué)生設(shè)計作品的指導(dǎo)、師生交流虛擬系統(tǒng)等。

1.課程教學(xué)

在景觀設(shè)計的分析教學(xué)中，教師需要帶領(lǐng)學(xué)生對景觀設(shè)計項目的基本地形、周邊環(huán)境等進行考察探究，分析項目設(shè)計中設(shè)計的有利與不利因素，以判定項目可行性。但是在實際教學(xué)中，帶領(lǐng)學(xué)生進行實地考察有著許多限制因素，比如資金、時間、路程等等。這導(dǎo)致了學(xué)生只能通過案例以及教師的描述來分析設(shè)計項目，通常過于表面，極大地影響了學(xué)生的思維判斷能力，從而造成各類設(shè)計方案與實際情況之間存在著較大的偏差。但是，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可以幫助教學(xué)構(gòu)建的系統(tǒng)化的虛擬教學(xué)平臺，重新梳理教學(xué)的重點并更加直觀地展示案例的細節(jié)，讓學(xué)生能夠更加真實地接觸、考察項目設(shè)計中的景觀環(huán)境，能夠更準(zhǔn)確地掌握項目中的當(dāng)?shù)匚幕?、周邊環(huán)境以及地理形勢，從而掌握景觀設(shè)計的技巧與重點。

2.設(shè)計作品的評價

對于景觀設(shè)計教師來說，在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計的作品時，由于只能通過學(xué)生的平面設(shè)計圖，掌握其所設(shè)計的布局，卻難以了解學(xué)生設(shè)計中的細節(jié)，比如材質(zhì)、質(zhì)量等。這常常會導(dǎo)致教師難以對學(xué)生作品做出準(zhǔn)確的指導(dǎo)與評價。采取虛擬現(xiàn)實技術(shù)，就能有效解決這個問題。教師在對學(xué)生作品進行指導(dǎo)時，只需將設(shè)計作品的相關(guān)參數(shù)輸入模擬場景中，就能通過圖像顯示技術(shù)將設(shè)計的布局、材料質(zhì)感等細節(jié)呈現(xiàn)出來，這樣教師需要修改的時候，就能直接通過計算機對學(xué)生的作品進行高效的修改?？梢?，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以幫助教師和學(xué)生一目了然地、直觀地對設(shè)計作品進行指導(dǎo)、評價。

3.師生互動

師生互動性是教學(xué)中重要的部分。傳統(tǒng)的景觀設(shè)計教學(xué)中，由于教師大多是采取說教式的教學(xué)方法，通過講解知識點或者案例來教導(dǎo)學(xué)生。這種教學(xué)方式使得教師、學(xué)生之間的互動較少，課堂趣味性不足，從而難以保證教學(xué)的有效性，同時還可能影響學(xué)生的積極性。而虛擬交流平臺可以提供更多的可能性，促進教師與學(xué)生之間的互動，還加強了課堂的有趣性⑤。比如說教師在教學(xué)設(shè)計時，可以通過在虛擬場景中巧妙地設(shè)置課程重要知識點的講解，引導(dǎo)學(xué)生在虛擬的場景中親身體驗優(yōu)秀設(shè)計的特點。

（二）構(gòu)建虛擬實驗室

構(gòu)建虛擬實驗室可以提供給學(xué)生一個自由發(fā)揮的學(xué)習(xí)和科研平臺，幫助學(xué)生在課后能夠在虛擬實驗室中獲得知識的鞏固與運用。通過虛擬景觀實驗室，學(xué)生可以精細化地了解景觀整體、內(nèi)部裝飾、造型色彩等的布局設(shè)計，研究各類景觀空間的組合特點，合理設(shè)計不同植物種類、大小、布局位置。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助現(xiàn)實的環(huán)境

實地考察環(huán)節(jié)是景觀設(shè)計課程中必不可少且非常重要的環(huán)節(jié)。一般學(xué)生在實地考察的時候會通過拍照、測量等方式進行記錄。而在現(xiàn)實環(huán)境中通過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來輔助則能幫助學(xué)生更加快速地獲得環(huán)境的更為具體和詳細的信息，同時還能讓學(xué)生在實地考察的過程中和場地進行交互，在目標(biāo)場地利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來體驗設(shè)計的效果，幫助學(xué)生提高設(shè)計的可行性，并給予結(jié)果反饋。

（四）施工圖紙設(shè)計

施工圖紙的設(shè)計，即是設(shè)計方案的落實，也是景觀設(shè)計教學(xué)中不可或缺的課程。通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以將原有的平面施工圖轉(zhuǎn)化為三維立體實體。在關(guān)于施工圖紙設(shè)計的教學(xué)上，教師可以指導(dǎo)學(xué)生利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來確定景觀施工范圍和細節(jié)，最后在3D規(guī)劃中進行縱面景觀展示。施工圖紙的設(shè)計，包括景觀總體的布局設(shè)計和局部細節(jié)設(shè)計。在總體布局設(shè)計時，學(xué)生需要依據(jù)設(shè)計要求以及美學(xué)觀念，對景觀布局進行調(diào)控，包括植物種植范圍、植物種植基本間距⑥。在局部細節(jié)設(shè)計時，把控材質(zhì)的選擇、尺寸的合理安排等。另外，針對不同施工對象，需要分析施工效果和差異。而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的三維虛擬模型，能夠在視覺方面呈現(xiàn)出較為清晰的最終施工效果。

結(jié)論

在傳統(tǒng)景觀設(shè)計教學(xué)中，由于教材、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境等方面的制約，學(xué)生無法切身地感受空間環(huán)境的尺度和不同景觀的搭配。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用可以在一定程度上解決這個問題，使得教師能夠?qū)υO(shè)計作品以及設(shè)計過程進行更為直觀、細致的展示，有效地加強了師生之間的交流，強化了學(xué)生的體驗感，提高了教學(xué)質(zhì)量?？梢姡鄬τ趥鹘y(tǒng)教學(xué)來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可幫助學(xué)生全面理解景觀設(shè)計工作各項內(nèi)容，這種教學(xué)手段具備一定的優(yōu)越性，給景觀設(shè)計教學(xué)提供了一種全新的教學(xué)理念和方向。雖然目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高校景觀設(shè)計教學(xué)中進行推廣具有較多限制性條件，比如資金、技術(shù)等等，但是虛擬現(xiàn)實作為一種極具潛力的教學(xué)手段，值得投入資金與技術(shù)，以進一步提升教職工隊伍綜合素質(zhì)，促進景觀設(shè)計專業(yè)全面發(fā)展?！?/p>

注釋：

① 文錚.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用前景[J].中外建筑，2006（5）：89-91.

② 孫天強，王燕.淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用[J].中國電子出版，1998（4）：34-35.

③ 李蒙.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高校景觀設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（上旬刊），2018（10）.

④ 王萍萍.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2018（06）：94-95.

⑤ 徐宇翔.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計中的應(yīng)用[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2018.

⑥ 郭雨.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林景觀設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用與效果分析[J].美術(shù)教育研究，2016（10）.