虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在照明設(shè)計課程教學(xué)中的應(yīng)用

李曉慶,張國峰，汪 江

(遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114000)

引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為20世紀(jì)80年代末期計算機(jī)信息領(lǐng)域的技術(shù)成果之一，將其應(yīng)用到照明設(shè)計課程教學(xué)之中，不僅可以為學(xué)生展現(xiàn)更加立體、生動的學(xué)習(xí)環(huán)境，還能讓學(xué)生在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中成為一名參與者，提高學(xué)生的課堂體驗(yàn)感，將抽象、立體的照明設(shè)計學(xué)科知識變得形象、生動，契合學(xué)生的主觀認(rèn)知特點(diǎn)，有效地解決教學(xué)的難點(diǎn)，提高學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，對學(xué)生日后的學(xué)習(xí)與發(fā)展具有重要的促進(jìn)性作用。本文主要從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概述、傳統(tǒng)照明設(shè)計教學(xué)面臨的困境與問題、在照明設(shè)計課堂教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢作用以及在照明設(shè)計課堂教學(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用路徑四個方面展開分析，以期推動照明設(shè)計課程教學(xué)的良性發(fā)展。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本定義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以構(gòu)建與體現(xiàn)虛擬世界，屬于計算機(jī)仿真技術(shù)，主要借助計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，發(fā)揮其功能作用，使其變成交互式三維動態(tài)情境，可以讓應(yīng)用者仿佛置身于其中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要以環(huán)境模擬、感知技術(shù)、傳感設(shè)備以及自然技術(shù)等為主導(dǎo)[1]。環(huán)境模擬即借助計算機(jī)仿真技術(shù)手段，實(shí)時構(gòu)建動態(tài)三維立體式圖像；感知技術(shù)即可以擁有與人相同的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等諸多方面的感知技能；傳感設(shè)備即三維立體交互式設(shè)備；自然技術(shù)即效仿人類的行為，如旋轉(zhuǎn)頭部、手勢、跳躍等動作行為。計算機(jī)根據(jù)參與者的行為動作等，展開匹配適應(yīng)，并輸入相關(guān)的指令、響應(yīng)，可以使其直接反饋至應(yīng)用者的五官。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征主要以感知性、存在性、交互性以及獨(dú)立性為主導(dǎo)。感知性主要針對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中多項感知技能；存在性主要是指在虛擬模擬環(huán)境中應(yīng)用者的真實(shí)感，讓應(yīng)用者難以辨認(rèn)虛擬與現(xiàn)實(shí)環(huán)境作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的建設(shè)目標(biāo)；交互性針對應(yīng)用者對于模擬環(huán)境的操作水平同時在環(huán)境中所得到的自然水平的反饋信息；獨(dú)立性針對虛擬環(huán)境中各個物體可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界的物質(zhì)運(yùn)動的水平[2]。

2 傳統(tǒng)照明設(shè)計教學(xué)面臨的困境問題

照明設(shè)計課程主要針對本科大三學(xué)生，由于此階段學(xué)生已經(jīng)基本掌握設(shè)計基本原理、空間設(shè)計等相關(guān)必修課程內(nèi)容等，并不斷學(xué)習(xí)辦公室室內(nèi)設(shè)計等相關(guān)核心課程內(nèi)容。環(huán)境設(shè)計作為照明設(shè)計課程教學(xué)的主要內(nèi)容，其目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的照明設(shè)計與理論運(yùn)用能力，不僅要保證學(xué)生的理論知識更加扎實(shí)牢固，還能增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作技能水平，才能使照明設(shè)計教學(xué)滿足社會發(fā)展的根本要求，順應(yīng)時代發(fā)展，推動教學(xué)進(jìn)步[3]。但是在實(shí)際的照明設(shè)計課程教學(xué)中，面臨著諸多困境與問題，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

2.1 顯現(xiàn)方式的單一化

傳統(tǒng)的照明設(shè)計教學(xué)主要以平面的形式為學(xué)生進(jìn)行教學(xué)展現(xiàn)，但是針對抽象的三維空間與行為而言，平面形式的多媒體課件難以將其內(nèi)容真正地體現(xiàn)出來[4]?？臻g構(gòu)圖、光線的有效調(diào)整在照明設(shè)計環(huán)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用，但是由于其教學(xué)內(nèi)容過于抽象化、理論化，加之單一化的顯現(xiàn)方式，加大了學(xué)生理解與學(xué)習(xí)的難度，單一的平面顯現(xiàn)方式，并不能將教學(xué)更深層次的意義顯現(xiàn)出來，以致學(xué)生的空間設(shè)計能力、形象思維意識以及藝術(shù)鑒賞能力受到限制，不利于學(xué)生的未來發(fā)展。

2.2 學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)能力

隨著多媒體教學(xué)形式不斷深入發(fā)展，照明設(shè)計課程教師在日常教學(xué)中運(yùn)用多媒體教學(xué)課件，為學(xué)生進(jìn)行演示、示范，但是卻忽視學(xué)生的主觀感受，沒有充分考慮學(xué)生的個人感受能力，難以發(fā)揮學(xué)生的主體作用，導(dǎo)致學(xué)生只能被動地接受，即便教師的教學(xué)內(nèi)容存在動畫形式，但是也是設(shè)計者實(shí)現(xiàn)設(shè)計好的既定內(nèi)容，不能對其進(jìn)行有效控制、改變，導(dǎo)致學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)能力，同時也削弱學(xué)生的課堂體驗(yàn)感，降低了對學(xué)生的觀察能力、選擇能力的培養(yǎng)效果。

2.3 教學(xué)缺少靈活性

照明設(shè)計課程教師并不能直接在場景中將主體進(jìn)行交互轉(zhuǎn)換，長期運(yùn)用一刀切、滿堂灌的教學(xué)方式，導(dǎo)致課堂教學(xué)氛圍死氣沉沉，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極興致不高，也使教學(xué)缺少靈活性，不利于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計表現(xiàn)的觀念性，使學(xué)生的個性化風(fēng)格逐漸弱化，降低了學(xué)生對于藝術(shù)的洞察力、敏捷性，學(xué)生的創(chuàng)造思維受到了限制，導(dǎo)致教師的教學(xué)效果差強(qiáng)人意[5]。

3 在照明設(shè)計課堂教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢作用

3.1 實(shí)現(xiàn)照明設(shè)計課程的創(chuàng)新

照明設(shè)計課程屬于綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)的知識復(fù)合型學(xué)科，不但要學(xué)生熟練地掌握課程理論基礎(chǔ)知識，還要具備解決問題的能力。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對空間照明環(huán)境進(jìn)行模擬展現(xiàn)，通過模擬出不同空間環(huán)境的燈光以及光色，可以展現(xiàn)出空間不同的風(fēng)格特點(diǎn)[6]。也可以利用這一優(yōu)勢特點(diǎn)，對不同燈具的燈光效果進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其燈具真正地與此空間環(huán)境相適應(yīng)。

教師在照明設(shè)計教學(xué)過程中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展開前瞻性探究，可以對各個區(qū)域空間的照明設(shè)計，燈具選取以及空間搭配等諸多方面進(jìn)行全面的把握，提高照明設(shè)計教學(xué)的有效性，增強(qiáng)教學(xué)的靈活性。

3.2 提高學(xué)生的設(shè)計能力

照明設(shè)計課程需要充分發(fā)揮學(xué)生的想象能力、創(chuàng)造能力，并在日常教學(xué)中不斷對學(xué)生加以引導(dǎo)，為學(xué)生構(gòu)建多元化的虛擬情境，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，優(yōu)化學(xué)生的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建不同的照明空間環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生展開自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、情境學(xué)習(xí)之中，想象力與創(chuàng)造力不斷地被激活，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到照明設(shè)計教學(xué)當(dāng)中，可以將抽象復(fù)雜的理論知識變得更加形象具體，有利于提高學(xué)生對照明設(shè)計理論知識內(nèi)容的掌握與理解，增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計分析能力。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以讓學(xué)生對照明燈具加以改進(jìn)，同時也可以隨意變化燈具的布局形式，針對設(shè)計內(nèi)容反復(fù)觀察，便于對照明設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行合理調(diào)整，促進(jìn)設(shè)計能力的有效提升。

3.3 增強(qiáng)學(xué)生設(shè)計方法的有效性

在照明設(shè)計教學(xué)過程中，針對前期概念設(shè)計，由于受條件限制性的影響，使學(xué)生難以在現(xiàn)場展開環(huán)境觀察，這就需要教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對實(shí)際環(huán)境加以分析，便于讓學(xué)生更加全面地了解空間環(huán)境狀況，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用有效提高了學(xué)生的空間想象能力，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對空間環(huán)境展開動態(tài)漫游，便于讓學(xué)生對現(xiàn)場的空間形態(tài)與尺寸進(jìn)行全面掌握；學(xué)生在照明方案設(shè)計過程中，可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時對照明空間環(huán)境進(jìn)行觀察，便于學(xué)生更加精準(zhǔn)、全面地掌握空間內(nèi)所需要的燈具種類與布置形式，提高學(xué)生設(shè)計的有效性。

4 在照明設(shè)計課堂教學(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用路徑

4.1 合理運(yùn)用工程項目教學(xué)方式

教師在照明設(shè)計教學(xué)中，合理運(yùn)用工程項目教學(xué)方式，并借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，展開實(shí)際項目教學(xué)。完成相應(yīng)的基礎(chǔ)理論教學(xué)之后，可以根據(jù)實(shí)際的工程項目進(jìn)行舉例分析，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將照明設(shè)計患者整體全面地顯現(xiàn)出來，便于學(xué)生進(jìn)行直觀、立體式學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加具體，有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

為了使分析照明空間布局更加簡便，教師可以通過不斷更改漫游路線與視角切換的方式，讓學(xué)生對實(shí)際的案例中空間特點(diǎn)、照明局部、燈具選取以及燈具明暗控制的掌握更加全面，使照明設(shè)計更加合理化、有效化[7]。與此同時，在工程項目教學(xué)過程中，為了使學(xué)生的方案更加完善，教師也可以向?qū)W生提出關(guān)于智能家電的相關(guān)概念，將其與實(shí)際的工程項目有機(jī)結(jié)合起來，有效利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)手段，根據(jù)一天之內(nèi)不同的時間變化，智能調(diào)節(jié)燈具的光色與亮度，有效發(fā)揮視力保護(hù)的作用，又能節(jié)省一部分的能源，實(shí)現(xiàn)照明設(shè)計課程與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

4.2 積極構(gòu)建虛擬教學(xué)平臺

在照明設(shè)計課程未來發(fā)展中，虛擬教學(xué)平臺的構(gòu)建勢必會成為發(fā)展的主流。構(gòu)建虛擬教學(xué)平臺需要借助相關(guān)軟件與元素，明確照明工程項目方案的實(shí)際內(nèi)容，借助CAD軟件，將CAD方案整體平面圖繪制出來，其次將整體平面圖傳輸至SKETCHUP軟件之中展開建模，隨機(jī)再傳輸至虛擬現(xiàn)實(shí)軟件LUMION之中繪制效果圖，使其生成照明案例的漫游動畫，從而在照明設(shè)計課程中，教師可以將漫游動畫顯示給學(xué)生觀看與學(xué)習(xí)[8]。

教師利用虛擬教學(xué)平臺，可以讓學(xué)生更加全面的了解日常生活空間、公共建筑空間、餐飲辦公空間、商業(yè)展示空間等有關(guān)工程項目的實(shí)際案例中照明空間環(huán)境內(nèi)容，學(xué)生可以利用虛擬教學(xué)平臺與教師進(jìn)行互動式學(xué)習(xí)，并積極討論與整理出相關(guān)照明案例專題報告，同時也可以將自身的主觀感受融入其中，使照明設(shè)計教學(xué)內(nèi)容更加完善，提高教師教學(xué)的整體效果。

4.3 增強(qiáng)學(xué)生技術(shù)應(yīng)用水平

學(xué)生可以在教師有效的教學(xué)指導(dǎo)下對實(shí)際的工程項目案例加以漫游分析，對照明空間布局形式、空間變化、空間尺度、空間照明氛圍等加以探討，進(jìn)而得出此工程項目案例是否與主題內(nèi)容相契合[9]。另外，學(xué)生可以根據(jù)自己的喜好對實(shí)際的工程項目案例模型加以重組、拆分，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對照明工程案例的掌握與運(yùn)用能力。學(xué)生也可以結(jié)合照明設(shè)計課程作用的任務(wù)書圖紙，繪制出總平面圖，并制作相應(yīng)的三維立體模型，將自己所創(chuàng)作的模型輸入到虛擬教學(xué)平臺之中。通過此平臺，每個人都可以欣賞此方案模型設(shè)計，并對其展開討論分析，提出建設(shè)性意見。

4.4 提高學(xué)生思維創(chuàng)新力

在傳統(tǒng)的照明設(shè)計教學(xué)中，教師常常結(jié)合多媒體教學(xué)方式，對工程項目案例加以分析解讀，之后為學(xué)生布置相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)原始圖紙展開照明設(shè)計，導(dǎo)致學(xué)生難以自行構(gòu)建照明空間，只能根據(jù)傳統(tǒng)的步驟展開設(shè)計，無法發(fā)揮學(xué)生的思維創(chuàng)新力，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。為了有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，教師應(yīng)該合理利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為學(xué)生構(gòu)建三維立體照明空間。有了基本的照明立體框架結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以充分發(fā)揮思維創(chuàng)新力，有效地提高學(xué)習(xí)效率，同時還能與教師積極溝通，說明自己的創(chuàng)新想法。結(jié)合教師所提出的有效意見，不斷改進(jìn)照明設(shè)計方案，使方案設(shè)計更加完善化，從而促進(jìn)學(xué)生的綜合發(fā)展。