VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用與研究

陳雪

河北美術(shù)學(xué)院

VR技術(shù)以先進(jìn)的信息技術(shù)、傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，通過信息資源整合，將客觀世界中存在的事物映射到虛擬空間內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)與人的交流互動。向虛擬現(xiàn)實(shí)場景下達(dá)相應(yīng)指令，可對事物屬性進(jìn)行修改，構(gòu)建新的數(shù)據(jù)模型，以將抽象、模糊的指令需求直觀展示。VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的融合同樣能夠使抽象的知識具體化，通過虛擬現(xiàn)實(shí)，推演藝術(shù)設(shè)計(jì)過程，實(shí)物化學(xué)生頭腦內(nèi)的設(shè)計(jì)構(gòu)思，對于降低教學(xué)難度、拓展學(xué)生創(chuàng)新思維、提高設(shè)計(jì)實(shí)踐能力來說意義重大。

一、VR技術(shù)的基本特點(diǎn)

VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，將多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)等多種技術(shù)相整合，用于打造全真的三維立體空間。VR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要大量外部設(shè)備輔助，創(chuàng)建可供多角度觀察、沉浸式體驗(yàn)的虛擬環(huán)境。目前，VR技術(shù)在社會生產(chǎn)生活中的融合程度進(jìn)一步提升，并在藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到優(yōu)先嘗試。VR技術(shù)的基本特點(diǎn)如下。

（一）交互性特點(diǎn)

交互性特點(diǎn)指的是VR技術(shù)所提供的人機(jī)交互功能，用戶借助頭盔、手套等傳感設(shè)備，將自身語言、動作信號傳輸至虛擬系統(tǒng)內(nèi)，改變相應(yīng)的環(huán)境屬性，并獲得信息反饋。例如，在藝術(shù)設(shè)計(jì)作品展示中，借助VR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的全方位呈現(xiàn)，通過多感官刺激，給受眾帶來全新的藝術(shù)體驗(yàn)。

（二）沉浸式特點(diǎn)

VR技術(shù)基于人的感官特點(diǎn)進(jìn)行三維立體影像模擬，用戶通過頭盔、數(shù)據(jù)手套等工具，可在逼真的虛擬場景中獲得各項(xiàng)交互式體驗(yàn)，沉浸在虛擬世界當(dāng)中，體驗(yàn)真實(shí)的感官及心理刺激。

（三）構(gòu)想性特點(diǎn)

VR技術(shù)是對人認(rèn)識范圍的又一次拓展，利用VR技術(shù)，可構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界不存在的情境、事物，使人的思維不再受客觀世界的嚴(yán)格限制。也正是由于VR技術(shù)構(gòu)想性的特點(diǎn)，其能夠與藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中對學(xué)生創(chuàng)新思維意識培養(yǎng)的需求相適應(yīng)，使得二者有機(jī)結(jié)合，提高藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)成效。

二、VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）可行性分析

藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)可分為理論教學(xué)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)實(shí)踐三大模塊。

理論教學(xué)模塊內(nèi)容主要為設(shè)計(jì)概論、藝術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)展史等。以往理論教學(xué)以教材和電子課件為核心工具，重在理論知識的講解和傳授，導(dǎo)致課堂氛圍相對嚴(yán)肅。單向傳輸?shù)慕虒W(xué)方法并不能對學(xué)生感官形成足夠的刺激，嚴(yán)重影響到學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提升。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊以各類設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)操作為主要內(nèi)容，包括PS軟件、CAD軟件等。該模塊教學(xué)多采用演示法，即由教師進(jìn)行講解和演示，學(xué)生上機(jī)操作。因課堂教學(xué)時(shí)間和精力有限，想要實(shí)現(xiàn)差異化指導(dǎo)非常不現(xiàn)實(shí)，這就使得班級內(nèi)部分學(xué)生的深度學(xué)習(xí)需求難以被滿足，部分學(xué)生難以跟上課堂教學(xué)進(jìn)度。

設(shè)計(jì)實(shí)踐模塊可著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，隨著教學(xué)創(chuàng)新的深入，案例教學(xué)、小組探究、校企合作等多種教學(xué)模式被應(yīng)用到藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中，但受到教學(xué)環(huán)境及條件的限制，這部分創(chuàng)新教學(xué)模式的教育優(yōu)勢并未充分發(fā)揮。

綜上所述，藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)存在三大問題：第一，課堂教學(xué)對學(xué)生感官刺激程度不夠；第二，學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求得不到有效滿足；第三，設(shè)計(jì)實(shí)踐的有效性難以被保證。可以發(fā)現(xiàn)，藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)所缺少的沉浸式、互動性、體驗(yàn)式、自主性等特征恰恰是VR技術(shù)所充分具備的，將VR技術(shù)引入藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中，以上教學(xué)問題均可迎刃而解。另外，在藝術(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)際工作中，VR技術(shù)也被當(dāng)作一項(xiàng)新的工具被用于藝術(shù)設(shè)計(jì)方案構(gòu)思、方案完善及優(yōu)化、設(shè)計(jì)效果呈現(xiàn)等環(huán)節(jié)，VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的融入能夠讓學(xué)生提前適應(yīng)當(dāng)前藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展形勢，以促進(jìn)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的提升。因此，VR技術(shù)與藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)的融合有其必然性和必要性。

（二）優(yōu)勢分析

1.強(qiáng)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)

藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中，VR技術(shù)不僅作為教師的教學(xué)工具，還可被用于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐，通過交互式學(xué)習(xí)，使學(xué)生主觀能動性最大限度被激發(fā)，提高其設(shè)計(jì)能力。例如，在產(chǎn)品外包裝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，學(xué)生進(jìn)入虛擬環(huán)境，將自身設(shè)定為包裝使用者的角色，模擬體驗(yàn)包裝的開啟過程，進(jìn)而對不同包裝類型給消費(fèi)者所帶來的操作感受和心理滿足感有更深刻的了解，對自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

2.優(yōu)化演示效果

以往藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中對教學(xué)內(nèi)容的演示在二維空間內(nèi)進(jìn)行，因演示過程缺少動態(tài)化、立體化特征，學(xué)生對內(nèi)容細(xì)節(jié)的把握不深，無法清晰觀測事物的形成、變化過程。利用VR技術(shù)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容演示，使得原本抽象、復(fù)雜的知識具體化、形象化，設(shè)計(jì)要點(diǎn)更容易被學(xué)生所感知，并幫助解決藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)重難點(diǎn)。例如，利用VR技術(shù)對設(shè)計(jì)師提供的場景設(shè)計(jì)效果進(jìn)行虛擬展示，學(xué)生身臨其境觀察方案設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，以準(zhǔn)確把握方案設(shè)計(jì)亮點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)，進(jìn)而能夠?qū)⑾嚓P(guān)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為個人設(shè)計(jì)技能，融入藝術(shù)設(shè)計(jì)作品當(dāng)中。

3.激發(fā)創(chuàng)新興趣

藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)對學(xué)生自身的創(chuàng)新能力、思維活躍程度、創(chuàng)新興趣有著極高的要求，設(shè)計(jì)本身也是設(shè)計(jì)者個人想法、觀念的具體化表達(dá)。當(dāng)學(xué)生處于逼真的虛擬世界學(xué)習(xí)藝術(shù)設(shè)計(jì)知識時(shí)，其思維意識不再受客觀世界的限制，沉浸式學(xué)習(xí)氛圍中，其感官得到多方位刺激，進(jìn)而產(chǎn)生更多有關(guān)藝術(shù)設(shè)計(jì)的思路和靈感，吸引學(xué)生深入探索藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

三、VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用需求

結(jié)合前文對藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中存在問題的總結(jié)，認(rèn)為VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用，需重點(diǎn)發(fā)揮以下三方面功能，分別用以解決目前課堂教學(xué)存在的課堂教學(xué)對學(xué)生感官刺激程度不夠、學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求得不到有效滿足和設(shè)計(jì)實(shí)踐的有效性難以被保證的問題。

（一）展示教學(xué)素材

藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中需要向?qū)W生展示大量設(shè)計(jì)素材、作品等，以往因展示工具存在限制性，教學(xué)素材多以二維圖像的形式出現(xiàn)，缺少空間立體感。學(xué)生在觀察大量素材后，非常容易出現(xiàn)視覺疲勞的現(xiàn)象，且對各作品的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)、意圖把握不深。借助VR技術(shù)，可將教學(xué)素材立體化呈現(xiàn)，令學(xué)生感官能夠得到全方位的刺激，身臨其境進(jìn)行作品觀察，以更好挖掘作品優(yōu)點(diǎn)及問題，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

（二）訓(xùn)練自主能力

教學(xué)技術(shù)的更新與教學(xué)模式、方法的創(chuàng)新是同步進(jìn)行的，VR技術(shù)的融入打破了以往單向傳輸?shù)慕虒W(xué)模式，為學(xué)生提供親身體驗(yàn)、感受的機(jī)會，使其能夠與教師和其他學(xué)生間開展良性互動。在基于VR技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)課堂中，學(xué)生的自由程度更高，不同學(xué)習(xí)需求的學(xué)生可分別開展學(xué)習(xí)和探究活動，使其能夠主動進(jìn)行設(shè)計(jì)知識積累，鍛煉藝術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)踐能力。

（三）虛擬教學(xué)環(huán)境

虛擬教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建可有效彌補(bǔ)以往藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中教學(xué)環(huán)境及條件的不足，依照教學(xué)需求模擬相應(yīng)的教學(xué)情境，可降低各項(xiàng)創(chuàng)新教學(xué)方案實(shí)施對外部資源的依賴程度，更好實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)。

四、VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用措施

（一）完善硬件條件

VR設(shè)備的選擇和硬件條件的完善是利用VR技術(shù)開展藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)活動的第一步。市面上現(xiàn)有的VR設(shè)備可分為桌面式、沉浸式、增強(qiáng)式和網(wǎng)絡(luò)分布式四類，不同類型的VR設(shè)備所能提供的沉浸和交互程度不同，且成本差異明顯。綜合考慮VR設(shè)備造價(jià)及具體藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)活動開展的便捷性，建議選用桌面式的VR設(shè)備。

桌面式VR設(shè)備以顯示屏作為人機(jī)交互的窗口，借助鼠標(biāo)、鍵盤、手繪板及其他傳感設(shè)備，可完成信號的傳輸與交互，形成一系列虛擬反應(yīng)。以上工具在常規(guī)藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)活動中的使用也非常頻繁，且系統(tǒng)操作更具便捷性，能夠在較廣的范圍內(nèi)得到普及。

（二）制作VR課件

在確定VR設(shè)備后，需要進(jìn)行VR課件的制作，注意VR課件制作應(yīng)滿足兩項(xiàng)基本要求：第一，能夠?qū)?dāng)堂課程的知識進(jìn)行全方位、多角度的立體化呈現(xiàn)，供學(xué)生交互式瀏覽，形成多方位感官刺激的沉浸式藝術(shù)設(shè)計(jì)課堂；第二，開發(fā)以VR技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)仿真系統(tǒng)。

以產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)為案例，對VR課件的制作方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.模型構(gòu)建

首先，開啟Rhino 5.0軟件，繪制目標(biāo)產(chǎn)品基本樣條線。Rhino 5.0軟件在當(dāng)前藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，且被大多數(shù)院校的教學(xué)工作所選擇，因該軟件具備以點(diǎn)帶線、以線成面的特點(diǎn)，因此，樣條線的繪制在很大程度上決定了相應(yīng)曲面的質(zhì)量。繪制過程中注意確保線條的簡潔、清晰。

其次，樣條線繪制質(zhì)量達(dá)到既定要求后，生成曲面，借助雙軌命令對曲面的完整性進(jìn)行控制。為使得結(jié)構(gòu)造型過渡平滑，可使用曲面圓角命令，進(jìn)行修整造型。

最后，進(jìn)行細(xì)節(jié)處理。使用擠出命令和圓角命令建立細(xì)節(jié)投影，查看曲面是否存在遺漏，將不同形態(tài)的曲面劃分到不同圖層當(dāng)中。

2.渲染處理

利用KeyShotVR 5.2軟件進(jìn)行模型渲染，將默認(rèn)HDI場景光效設(shè)為基準(zhǔn)，選擇最佳的投射角度，注意模型各結(jié)構(gòu)的色彩需與實(shí)物材質(zhì)相對應(yīng)。

3.互動設(shè)計(jì)

教學(xué)模型使用過程中，啟動KeyShotVR軟件，點(diǎn)擊球形功能即可全方位查看模型細(xì)節(jié)，并將其調(diào)節(jié)至與教學(xué)需求相適應(yīng)的比例大小。適當(dāng)提高光滑度可保證生成模型的流暢性，但需要經(jīng)歷更長的渲染時(shí)間，因此，可結(jié)合具體展示需求選擇最佳的水平幀和垂直幀參數(shù)。進(jìn)入渲染截面，勾選高級選項(xiàng)中的允許最大縮放百分比，調(diào)整縮放數(shù)值。

4.VR生成

點(diǎn)擊KeyShotVR軟件中渲染按鈕后，可自動輸出KeyShotVR文件，渲染需要經(jīng)歷較長時(shí)間，過程中，模型的每一幀靜態(tài)圖像均可被清晰觀察。KeyShotVR文件可兼容性較高，任何支持HTML5的Web網(wǎng)頁瀏覽器讀取該文件，為后期教學(xué)提供方便。另外，該類型文件的成像品質(zhì)較高，可提供觸摸交互功能，能夠滿足藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)對交互性的要求。

利用該KeyShotVR文件，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊，即可與教學(xué)素材之間開展交互活動，以任意角度觀察產(chǎn)品模型，并進(jìn)行縮放調(diào)整，以準(zhǔn)確把握產(chǎn)品的各項(xiàng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。除用于空間分析、結(jié)構(gòu)線繪制、曲面生成、細(xì)節(jié)完善的等教學(xué)內(nèi)容的開展，教師還可借助該文件向?qū)W生布置虛擬模型構(gòu)建作業(yè)，參考該文件，由學(xué)生自主嘗試VR課件的制作，在鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)技術(shù)操作能力的同時(shí)，減輕VR課件制作壓力。

（三）更新教學(xué)模式

基于VR技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)突出教學(xué)過程中學(xué)生主觀能動性的激發(fā)，將課堂教學(xué)重點(diǎn)放在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的提升上，幫助其積累更多的職業(yè)技能。基于該目標(biāo)，本文主要介紹翻轉(zhuǎn)課堂和案例探究兩種創(chuàng)新教學(xué)模式。

1.翻轉(zhuǎn)課堂

VR課件使得藝術(shù)設(shè)計(jì)知識能以直觀、詳細(xì)的方式呈現(xiàn)，大大降低了學(xué)生在知識理解、獲取時(shí)的難度，以此基于VR技術(shù)，對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力要求更高的小組合作、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式均可被順利實(shí)現(xiàn)，徹底打破以往單向傳輸?shù)慕虒W(xué)模式，使學(xué)生能夠結(jié)合自身學(xué)習(xí)需求自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，達(dá)到更優(yōu)的學(xué)習(xí)效果。

例如，在開展綠化建筑景觀設(shè)計(jì)教學(xué)之前，教師通過班級微信或QQ群布置課前預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生結(jié)合VR課件、教材及微課視頻，對綠化建筑景觀設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行充分預(yù)習(xí)，觀察VR課件中給出的設(shè)計(jì)模型，了解綠化景觀與建筑高度、墻面結(jié)構(gòu)、建筑形態(tài)之間的關(guān)系，并使用簡短的語言進(jìn)行總結(jié)。給出3項(xiàng)嘗試性任務(wù)，分別為建筑墻面與綠植景觀的結(jié)合設(shè)計(jì)、建筑材料與綠植景觀的結(jié)合設(shè)計(jì)和建筑形態(tài)與綠植景觀的結(jié)合設(shè)計(jì)。學(xué)生依照個人偏好任選其一，嘗試完成初步的設(shè)計(jì)方案，以對預(yù)習(xí)過程獲取的基礎(chǔ)知識進(jìn)行檢驗(yàn)，并通過設(shè)計(jì)任務(wù)的布置，促使學(xué)生自主獲取更多與具體設(shè)計(jì)活動有關(guān)的知識。課上，教師利用VR課件，對綠化建筑景觀設(shè)計(jì)知識進(jìn)行梳理和精講，并回答學(xué)生預(yù)習(xí)過程中產(chǎn)生的疑問，然后對自己的初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善和細(xì)化，形成完整的綠化建筑景觀設(shè)計(jì)作品。學(xué)生自主操作過程中，教師走到學(xué)生周圍觀察每名學(xué)生設(shè)計(jì)進(jìn)展，進(jìn)行必要的指導(dǎo)并對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)打分。設(shè)計(jì)完成后，在班級內(nèi)共享每名學(xué)生的設(shè)計(jì)作品，對作品進(jìn)行虛擬呈現(xiàn)，使學(xué)生能夠進(jìn)入自己設(shè)計(jì)的作品情境當(dāng)中，直觀感受設(shè)計(jì)效果，挖掘設(shè)計(jì)不足加以改進(jìn)。

2.案例探究

案例探究以來自企業(yè)的真實(shí)設(shè)計(jì)案例為主題，將學(xué)生劃分為多個設(shè)計(jì)小組，依照企業(yè)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行崗位和職責(zé)劃分，在課下共同完成作品設(shè)計(jì)。案例探究的流程、要求完全仿照企業(yè)真實(shí)情況進(jìn)行，能夠?qū)W(xué)生設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力及職業(yè)素養(yǎng)做全方位的訓(xùn)練。因此，案例探究教學(xué)可被視為藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)的拓展活動，結(jié)合實(shí)際教學(xué)計(jì)劃，每學(xué)期開展2～3次。

在案例探究教學(xué)開展初期，可由教師帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷整個探究流程，使學(xué)生對其中要求、方法有足夠的認(rèn)識，然后再由學(xué)生小組獨(dú)立開展，本文以景觀設(shè)計(jì)為例。

首先，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目分析，了解項(xiàng)目所在地理位置、自然條件、人文特點(diǎn)等信息，明確設(shè)計(jì)重難點(diǎn)、優(yōu)勢及不足。利用VR技術(shù)，對項(xiàng)目實(shí)況進(jìn)行虛擬構(gòu)建，學(xué)生通過虛擬觀察，填寫項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分析表。

其次，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案規(guī)劃，在虛擬場景中，了解項(xiàng)目結(jié)構(gòu)、布局、裝飾等要素的特點(diǎn)及相互關(guān)系，然后完成景觀平面圖、剖面圖、效果圖的設(shè)計(jì)。

再次，施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。通過VR技術(shù)將二維設(shè)計(jì)圖紙演化為三維立體模型，使學(xué)生能夠清晰觀察圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)際需求間的差異，結(jié)合圖紙呈現(xiàn)出的立體效果，對植物種植密度、構(gòu)筑物的具體位置等進(jìn)行優(yōu)化。

最后，學(xué)生小組對最終的景觀設(shè)計(jì)方案進(jìn)行整合、細(xì)化，并出具項(xiàng)目報(bào)告等理論文件。在班級內(nèi)模擬開展項(xiàng)目評估活動，虛擬化呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案效果，由教師及學(xué)生代表進(jìn)行評分，使學(xué)生更好地認(rèn)識到本組方案存在的不足，并對其他組的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)做合理借鑒。

五、結(jié)語

VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的合理運(yùn)用有效解決了傳統(tǒng)課堂教學(xué)在學(xué)習(xí)體驗(yàn)、個性化學(xué)習(xí)需求滿足及教學(xué)條件方面的不足，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力及設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的提升。相關(guān)人員應(yīng)重點(diǎn)做好設(shè)備選擇、課件制作及教學(xué)模式更新等工作，以VR技術(shù)為核心，打造沉浸式藝術(shù)設(shè)計(jì)課堂。