虛擬仿真技術(shù)在“景觀設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

張慧聰 包蓉

摘 要：在教育領(lǐng)域利用虛擬仿真技術(shù)來(lái)開展教學(xué)已成為教育發(fā)展的新模式。文章提出將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于“景觀設(shè)計(jì)”課程中，歸納總結(jié)了課程理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中對(duì)虛擬仿真技術(shù)的需求，進(jìn)一步從體驗(yàn)作品、推敲方案兩個(gè)角度詳細(xì)分析了虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的具體應(yīng)用，并從課程組織的程序出發(fā)，梳理了在課前、課中和課后三個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施虛擬仿真技術(shù)的具體事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);景觀設(shè)計(jì);課程資源

注：本文系教育部2018年第二批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“《景觀設(shè)計(jì)》課程資源開發(fā)研究”（201802276011）;教育部2019年第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“《景觀設(shè)計(jì)》課程虛擬仿真教學(xué)模塊研究與建設(shè)”（201901207007）的階段性研究成果。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR，Virtual Reality）1989年由美國(guó)VPL Research公司的杰倫·拉尼爾首次提出，其權(quán)威定義是指通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)生成的一個(gè)實(shí)時(shí)三維虛擬世界。虛擬仿真意同虛擬現(xiàn)實(shí)，具有交互性、趣味性和沉浸感等特點(diǎn)。自我國(guó)在2013至2015年期間開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作以來(lái)，國(guó)內(nèi)一些高校相繼在教學(xué)中引進(jìn)虛擬仿真技術(shù)，目前主要運(yùn)用于專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。事實(shí)上，VR技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中運(yùn)用廣泛，在理論和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也大有可為，是拓展教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸教學(xué)實(shí)踐和空間的重要手段，有利于提升教學(xué)質(zhì)量和水平。

一、“景觀設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的VR技術(shù)需求

景觀設(shè)計(jì)是環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的一個(gè)方向，融合了城鄉(xiāng)規(guī)劃、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科。景觀設(shè)計(jì)專業(yè)的理論性和實(shí)踐性決定了該專業(yè)方向?qū)W(xué)生理論能力、綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的要求。目前，國(guó)內(nèi)的“景觀設(shè)計(jì)”課程理論教學(xué)主要采用教師講授和學(xué)生聽講的傳統(tǒng)教學(xué)模式，往往只是讓學(xué)生一味地接受間接經(jīng)驗(yàn)，忽視了學(xué)生獨(dú)立思考和自行構(gòu)建知識(shí)體系的過程，教學(xué)效果不佳。而對(duì)于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)，常常只能在有限的環(huán)境中進(jìn)行，學(xué)生對(duì)真實(shí)環(huán)境和設(shè)計(jì)項(xiàng)目的理解不到位，體驗(yàn)不夠深刻，也造成了學(xué)生對(duì)市場(chǎng)需求、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀知之甚少的狀況，不利于鍛煉學(xué)生的專業(yè)實(shí)操能力。從教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，“景觀設(shè)計(jì)”課程無(wú)論從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還是實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)來(lái)說(shuō)，對(duì)VR技術(shù)都有強(qiáng)烈的需求。

第一，理論教學(xué)的需求。“景觀設(shè)計(jì)”課程教學(xué)結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容的改革在很大程度上需要虛擬仿真技術(shù)來(lái)支持。“景觀設(shè)計(jì)”課程的理論教學(xué)有學(xué)科基礎(chǔ)理論和應(yīng)用理論兩大內(nèi)容，包括了“景觀設(shè)計(jì)的內(nèi)涵”“景觀設(shè)計(jì)的歷史發(fā)展與流派”“景觀設(shè)計(jì)的要素”“景觀設(shè)計(jì)具體方法”等。在“景觀設(shè)計(jì)的歷史發(fā)展與流派”“景觀設(shè)計(jì)的要素”“景觀設(shè)計(jì)具體方法”這幾個(gè)內(nèi)容的講授中，需要通過VR技術(shù)使學(xué)生沉浸于虛擬環(huán)境之中，直觀地體驗(yàn)作品設(shè)計(jì)的微妙特點(diǎn)、具體方法和精妙之處，再加上老師的引導(dǎo)與講解，則可以更好地掌握和理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

第二，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。傳統(tǒng)“景觀設(shè)計(jì)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，往往停留在二維階段從圖紙到圖紙的模式。學(xué)生通過現(xiàn)場(chǎng)的照片和平面圖理解場(chǎng)地，最終設(shè)計(jì)出來(lái)的作品又以平面圖、分析圖和效果圖等二維圖紙的形式呈現(xiàn)。利用VR技術(shù)可以改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使學(xué)生在虛擬的三維空間里了解場(chǎng)地，開展和呈現(xiàn)設(shè)計(jì)。

第三，實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要?！熬坝^設(shè)計(jì)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要求學(xué)生了解市場(chǎng)趨勢(shì)和行業(yè)前沿。因此，開展實(shí)地調(diào)研和參加社會(huì)實(shí)踐項(xiàng)目是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是對(duì)VR技術(shù)需求最高的環(huán)節(jié)。如植物配置章節(jié)，若只是通過二維圖片來(lái)學(xué)習(xí)會(huì)非?？菰餆o(wú)味。為了加深學(xué)生的理解，目前常見的做法是由老師帶領(lǐng)學(xué)生去到附近的植物園或森林公園進(jìn)行實(shí)地考察。而在這一過程會(huì)出現(xiàn)植物生長(zhǎng)周期與教學(xué)周期不吻合等問題，大批量的學(xué)生在外也存在出行安全隱患。如果運(yùn)用VR技術(shù)將植物的立體模型、生長(zhǎng)環(huán)境和生態(tài)習(xí)性等模擬創(chuàng)建出來(lái)，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)室就能體驗(yàn)到植物的真實(shí)形態(tài)及其特征，也不受季節(jié)和天氣的限制，還可以增強(qiáng)學(xué)生的理解與記憶。

景觀設(shè)計(jì)的強(qiáng)實(shí)踐性要求學(xué)生直接參與實(shí)地項(xiàng)目中，學(xué)生進(jìn)入企業(yè)，直接觀察和參與企業(yè)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程，為學(xué)生從校園走向社會(huì)做一個(gè)很好的鋪墊。但由于接受學(xué)生參觀、實(shí)習(xí)會(huì)在一定程度上影響企業(yè)正常運(yùn)營(yíng)，而且實(shí)際工程環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)存在一定安全隱患，對(duì)學(xué)校和企業(yè)來(lái)說(shuō)都需要承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)用VR技術(shù)創(chuàng)造無(wú)安全隱患的虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境，可讓學(xué)生安全地參與到設(shè)計(jì)過程中，不影響企業(yè)正常工作，又大大提高了學(xué)生綜合能力。

二、VR技術(shù)在“景觀設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

第一，深度體驗(yàn)優(yōu)秀作品。優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品分析是“景觀設(shè)計(jì)”理論課程的重要內(nèi)容，通過案例更好地去闡釋某個(gè)觀點(diǎn)或理論無(wú)論在“景觀設(shè)計(jì)的歷史發(fā)展與流派”“景觀設(shè)計(jì)的要素”，還是在“景觀設(shè)計(jì)的具體方法”等教學(xué)內(nèi)容中都較為常見。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)環(huán)境和平臺(tái)的限制在一定程度上影響了教學(xué)質(zhì)量的提高。而如今VR技術(shù)正逐步改變著傳統(tǒng)的教學(xué)模式。以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的仿真技術(shù)為工作原理，信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及與其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，根據(jù)已有資料以及測(cè)繪數(shù)據(jù)，高精度還原名師設(shè)計(jì)作品或歷史沉淀而成的經(jīng)典環(huán)境，將抽象的知識(shí)直觀化、形象化。學(xué)生可在課堂上身臨其境感受景觀設(shè)計(jì)的魅力并實(shí)時(shí)互動(dòng)體驗(yàn)。這種沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)不但更直觀而且具有趣味性，在虛擬的環(huán)境中，學(xué)生可以開展細(xì)致觀察，從而深入理解作品，更能激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)力。

第二，全面推敲設(shè)計(jì)方案。“景觀設(shè)計(jì)”課程結(jié)課作業(yè)通常是教師分配設(shè)計(jì)任務(wù)給學(xué)生，要求學(xué)生消化吸收學(xué)到的理論知識(shí)，借鑒和學(xué)習(xí)優(yōu)秀案例的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于自己的作品中。在設(shè)計(jì)過程中，首先學(xué)生需要完成對(duì)項(xiàng)目的構(gòu)思，進(jìn)而全面推敲設(shè)計(jì)方案。傳統(tǒng)的做法是：在一草階段，學(xué)生在硫酸紙和拷貝紙上繪制出平面設(shè)計(jì)草圖;到二草階段，學(xué)生們開始在SU建模軟件中推敲尺度和空間;之后便進(jìn)入了元素運(yùn)用、材料運(yùn)用等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。這一過程中，由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，部分學(xué)生空間尺度感明顯不足，建出來(lái)的模型比例尺度常常出現(xiàn)和預(yù)想不吻合的情況，甚至出現(xiàn)模型設(shè)計(jì)僵硬、流線混亂等問題。傳統(tǒng)的教學(xué)中，空間關(guān)系以數(shù)字、二維圖紙和文字的形式呈現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生很難真正與空間建立關(guān)系，這是造成以上問題的主要原因。因此，利用虛擬仿真技術(shù)開展教學(xué)時(shí)，增加了三草階段，即利用VR技術(shù)，推敲二草階段建立的空間模型。學(xué)生和老師進(jìn)入到三維虛擬空間中，感受空間整體尺度和比例關(guān)系，了解空間中的流線布局，進(jìn)一步進(jìn)行色彩、材質(zhì)處理，加入外環(huán)境中的日照和溫濕度條件等的處理。沉浸于虛擬環(huán)境中，感受真實(shí)的空間、材料、風(fēng)格、色彩、尺度，對(duì)景觀環(huán)境的功能性、合理度、舒適度、愉悅度、意象等有一個(gè)較為全面的感受，從而完善設(shè)計(jì)。

三、采用VR技術(shù)的課程教學(xué)實(shí)施過程

第一，課前階段。采用VR技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)，課前主要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行教學(xué)任務(wù)的發(fā)布，學(xué)生需要預(yù)習(xí)平臺(tái)推送的學(xué)習(xí)課件，對(duì)教學(xué)內(nèi)容形成初步印象，其中包括網(wǎng)絡(luò)慕課、VR全景圖、線上實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)等內(nèi)容。老師在平臺(tái)上提出預(yù)習(xí)問題，學(xué)生在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)便明確問題所在，并作出回應(yīng)。教師通過學(xué)生的反饋進(jìn)行學(xué)情分析，指導(dǎo)課程的開展。

第二，課中階段。課中階段，老師帶領(lǐng)學(xué)生在VR虛擬環(huán)境中完成項(xiàng)目體驗(yàn)，與學(xué)生交流互動(dòng)。學(xué)生帶著問題深入研究項(xiàng)目任務(wù)，在老師的引導(dǎo)下完成沉浸體驗(yàn)，形成初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終完成方案設(shè)計(jì)，并利用VR全景進(jìn)行展示，甚至可以結(jié)合3D打印技術(shù)完成成果制作。

第三，課后階段。課后階段主要是對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)的階段，對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋，并結(jié)合學(xué)生間互評(píng)，進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新了“景觀設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式，也提升了教學(xué)效果，節(jié)約了教學(xué)成本，學(xué)生在虛擬環(huán)境中自主探究，隨時(shí)互動(dòng)交流，對(duì)培養(yǎng)其綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，形成以學(xué)生為中心的全新教學(xué)模式意義深遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]包蓉.項(xiàng)目教學(xué)法在藝術(shù)設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中的應(yīng)用：以《景觀設(shè)計(jì)》課程為例[J].大舞臺(tái)，2012（12）：244-245.

[2]俞國(guó)英，蔡魯祥.環(huán)境設(shè)計(jì)虛擬仿真教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)方式創(chuàng)新的研究：以園林設(shè)計(jì)專業(yè)為例[J].農(nóng)技服務(wù)，2015（8）：215-216.

[3]王衛(wèi)國(guó)，胡進(jìn)鴻，劉宏.國(guó)外高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015（5）：214-219.

[4]馮建平，王軍.虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其教育應(yīng)用研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2018（7）：89-90.

[5]侯佳君，齊志才.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（6）：73-75.

作者簡(jiǎn)介：

張慧聰，西南林業(yè)大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院碩士研究生。

包蓉（通訊作者），西南林業(yè)大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師。研究方向：少數(shù)民族景觀。