5G時代虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑裝飾教學(xué)中的應(yīng)用與發(fā)展

姚立國　劉思佳　趙天雨

摘? ?要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過視覺、聽覺、觸覺等多種維度的交互式信息環(huán)境，以最直觀、最有效的方式為參與者掌握新知識和新技能提供前所未有的新途徑。在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者通過與學(xué)習(xí)系統(tǒng)或其他學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流與合作，獲得真實的認(rèn)知體驗，從而完成知識建構(gòu)。5G時代建筑裝飾教學(xué)中虛擬現(xiàn)實技術(shù)可成為一種主流的教學(xué)實踐形態(tài)，推動教育信息化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：5G時代;虛擬現(xiàn)實技術(shù);建筑裝飾;發(fā)展應(yīng)用

中圖分類號：G632.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1009-010X（2021）12-0011-

我國教育事業(yè)在“5G”時代迎來了新的發(fā)展和變革，且“5G+智慧教育”以迅雷不及掩耳之勢來到我們身邊。2020年3月，國家發(fā)展改革委辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于組織實施2020年新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程（寬帶網(wǎng)絡(luò)和5G領(lǐng)域）的通知》，“基于 5G、VR/AR等技術(shù)，打造百校千課萬人優(yōu)秀案例，探索 5G 在遠(yuǎn)程教育、智慧課堂/教室、校園安全等場景下應(yīng)用，重點開展 5G+高清遠(yuǎn)程互動教學(xué)、AR/VR 沉浸式教學(xué)、全息課堂、遠(yuǎn)程督導(dǎo)、高清視頻安防監(jiān)控等業(yè)務(wù)。”該通知指引了“5G+VR”等多種信息化手段實際落地的教育發(fā)展前景。

一、“5G”時代的虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality）是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項全新實用技術(shù)，它的基本實現(xiàn)方式是通過計算機圖形構(gòu)成三維空間的“虛擬環(huán)境”，并通過人身臨其境地參與到虛擬環(huán)境事件的發(fā)展變化過程，體會這種環(huán)境的沉浸感。2021年春晚首次采用AI+VR裸眼3D演播室技術(shù)。其中《山水霓裳》通過VR渲染引擎在LED屏幕上實時呈現(xiàn)動態(tài)虛擬場景，可促進(jìn)演員能夠根據(jù)屏幕畫面，與身邊的虛擬元素進(jìn)行沉浸式互動，從而實現(xiàn)虛擬空間與現(xiàn)實世界的無縫銜接。

由此可見，人工智能、XR/AR、云計算等技術(shù)正在走向大眾生活。與此同時，建筑裝飾行業(yè)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用雖然存在著很多需要不斷改進(jìn)的地方，但這些應(yīng)用領(lǐng)域仍為建筑裝飾教學(xué)中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)指引了方向。虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)主要有以下三個特征：

（一）全三維的立體仿真性，具有高度的環(huán)境沉浸體驗感

虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)可以用于建筑裝飾設(shè)計場景的三維展示，能夠使人們在模擬世界中感受到未建造的環(huán)境和事物的真實存在。沉浸就是讓人專注在當(dāng)前的目標(biāo)情境下感受到愉悅和滿足，而忘記真實世界的情境。在專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)受到了越來越多人的認(rèn)可。因為它可使學(xué)生在虛擬的現(xiàn)實世界中獲得最真實的感受，其所模擬的環(huán)境的真實性與現(xiàn)實世界相比難辨真假，能給人一種身臨其境的感覺。與此同時，通過學(xué)生自己的親身體驗，可以感知自己設(shè)計的場景給人帶來的視覺感受，從而幫助用戶提前感受設(shè)計效果，降低用戶不滿意度或需要返工的幾率。

（二）全過程的自主交互性，體現(xiàn)認(rèn)知行為的自由選擇

虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)還能實現(xiàn)人機交互。在設(shè)計方案的VR體驗中，人與虛擬出來的環(huán)境之間可以進(jìn)行互動操作，同時，在室內(nèi)空間中可以隨意選擇去不同的空間，并通過不同的角度看到自己想要看到的效果。例如，我們可以關(guān)閉客廳、臥室的窗簾，打開燈具看一下晚間的房間效果;可以在廚房里打開灶具，體會一下櫥柜使用是否方便。因此，在實際的教學(xué)過程中，教師可以通過鼓勵學(xué)生親自操作完成一些設(shè)計或者施工步驟，也可以指導(dǎo)學(xué)生通過選擇工具、儀器來反復(fù)體會不同的操作步驟，達(dá)到掌握裝飾技能知識點的目的。

（三）全方位的多感官體驗，更有利于學(xué)生掌握知識和技能

多感官學(xué)習(xí)通過創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境，可刺激學(xué)生的聽覺、視覺、運動、語言、感覺等方面器官。多感官學(xué)習(xí)有助于學(xué)生全身心地投入到知識學(xué)習(xí)與情境體驗中。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在一般計算機視覺感知的基礎(chǔ)上，能讓人全方位地體驗到真實世界所帶來的感覺，可以讓夢想插上騰飛的翅膀，成為學(xué)生拓展知識的新途徑。當(dāng)學(xué)生們沉浸在自己設(shè)計的室內(nèi)環(huán)境中時，可通過親手操作、親臨體驗發(fā)現(xiàn)問題，并在分析研究問題的基礎(chǔ)上嘗試解決問題，從而在不斷試錯的過程中破解難題。比如，色彩搭配、人體工程學(xué)、流線設(shè)計等困擾學(xué)生和教師的難點問題。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑裝飾行業(yè)的發(fā)展

越來越多的裝飾設(shè)計消費者迫切希望借助信息技術(shù)提升裝飾設(shè)計的效率和觀看效果，同時他們對智能家居、智能操控等產(chǎn)品的需求也越來越普遍。在此基礎(chǔ)上，各類智能化虛擬現(xiàn)實軟件不斷更新迭代。這就標(biāo)志著虛擬現(xiàn)實技術(shù)將成為中國裝飾行業(yè)必須要融合的內(nèi)容之一。

（一）裝飾設(shè)計引領(lǐng)裝飾產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展

裝飾設(shè)計在裝飾產(chǎn)業(yè)中扮演著重要的角色，其中，設(shè)計環(huán)節(jié)為消費者展示裝修效果，是影響消費者決策的重要環(huán)節(jié)。因為圖紙設(shè)計既是施工操作的主要依據(jù)，同時也為后期裝飾產(chǎn)品的選購提供重要的參考。因此，裝飾設(shè)計軟件經(jīng)歷從無到有、從有到精的發(fā)展歷程，成為提升行業(yè)效率的主要方式。此外，追求“所見即所得”也是長久以來裝飾設(shè)計軟件的核心目標(biāo)，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)是達(dá)到此目標(biāo)最直接的手段。

（二）裝飾設(shè)計從平面到立體再到實景展示的發(fā)展歷程

近年來，計算機輔助設(shè)計逐步代替手繪，設(shè)計從平面走向了立體。但由于效果圖的展現(xiàn)過于理想，與裝修后的實景差距較大，因此，這就進(jìn)一步削減了消費者對于效果圖的信任。

基于此種原因，在裝飾行業(yè)發(fā)展的過程中，“所見即所得”就是要將消費者的“所想”變成可以施工和展示的“所見”， 再將圖紙中的“所見”變?yōu)橄M者真正可以使用和實現(xiàn)的“所得”。因此，提升設(shè)計圖對實景的模擬程度將成為設(shè)計軟件現(xiàn)階段努力的重點，其中的VR技術(shù)、UE4游戲級渲染技術(shù)、云計算技術(shù)等將成為裝飾設(shè)計軟件的重點探索方向。

（三） BIM+VR應(yīng)用有望成為裝飾行業(yè)新的發(fā)展趨勢

BIM（建筑信息模型技術(shù)Building Information Modeling）是以信息技術(shù)為手段結(jié)合3D數(shù)字信息的仿真模擬技術(shù)。裝飾BIM可以串聯(lián)起設(shè)計、施工、裝修和管理各個環(huán)節(jié)，是對建筑裝飾三維模型的設(shè)計。該技術(shù)通過實時渲染、一鍵出圖、精準(zhǔn)算量等功能，可以很好地解決裝飾過程中效果圖與后續(xù)裝修施工脫離，及由于消費者不具備對施工圖的讀圖能力和判斷能力，最終引發(fā)在裝修交付環(huán)節(jié)互相推諉和成本增加等的問題。由此可見，裝飾施工過程是一個需要以結(jié)果為導(dǎo)向的高度精細(xì)的過程。

在2020年新型冠狀病毒疫情期間，很多地產(chǎn)開發(fā)商在探索線上化轉(zhuǎn)型的過程中，對裝飾BIM軟件的使用方式和使用場景進(jìn)行了很多創(chuàng)新。裝飾BIM+VR應(yīng)用不僅可以有效幫助地產(chǎn)開發(fā)商提高裝飾裝修的整體效率，而且有助于開發(fā)商和地產(chǎn)裝飾企業(yè)的有機結(jié)合。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑裝飾專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)開創(chuàng)教育互動新模式

眾所周知，人們對于虛擬世界最熟悉的就是網(wǎng)絡(luò)游戲，在網(wǎng)絡(luò)游戲中，人們常深陷于代入式的角色扮演中?；诖耍覀兊慕虒W(xué)便借鑒這種角色扮演，幫助學(xué)生在虛擬的世界里沉浸于學(xué)習(xí)中。經(jīng)過實踐，我們發(fā)現(xiàn)，VR思政教室可通過愛國主義德育教室實現(xiàn)多人互動， 同時，VR+AI外教教室、5G+VR在線教育平臺也可以實現(xiàn)多人遠(yuǎn)程VR教學(xué)，并通過使用VR跨越時空的功能再現(xiàn)各種場景，讓學(xué)生瞬間深受感染，達(dá)到理想的教育效果。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)體驗式教學(xué)可突破傳統(tǒng)的教育模式

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)就是教師講解、學(xué)生聽講;教學(xué)活動以及教學(xué)過程中使用的所有教具，就是教師傳授知識和技能的全過程。而在5G背景下，課堂教學(xué)中采用的教學(xué)方法可以多種多樣，與此同時，這些不同的教學(xué)方法在“5G+智慧教育”時代都可以通過視覺媒體、聽覺媒體、視聽媒體和交互媒體等信息技術(shù)的加持，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。其中，最能激發(fā)起學(xué)生興趣和愛好的除了參與訓(xùn)練與實踐外，就是運用虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)進(jìn)行自主探索，從而達(dá)到體驗式的學(xué)習(xí)效果。例如，教學(xué)中通過沉浸式3D立體頭盔，可將“看不見、進(jìn)不去、動不了、難再現(xiàn)”的場景呈現(xiàn)在學(xué)生面前，同時，學(xué)生通過人機交互設(shè)備與場景里的物件進(jìn)行交互，可進(jìn)行多種自主式實驗練習(xí)，提升學(xué)習(xí)效果。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)新真實情景實現(xiàn)理實一體教學(xué)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要功能體現(xiàn)為再現(xiàn)功能、集成功能、交互功能和虛擬功能。其中，通過多種感官的體驗?zāi)軌騽?chuàng)造出真實的情景，實現(xiàn)形象化教學(xué)。在專業(yè)課教學(xué)過程中，學(xué)生既可以通過3Done建模建立三維立體的概念，還可以通過阿拉丁BIM云平臺、酷家樂家裝智能平臺實現(xiàn)創(chuàng)設(shè)真實場景的目的。

在設(shè)計過程中，“設(shè)計師”可以通過快速地搜索戶型、導(dǎo)入Cad平面圖或者快速繪制平面等途徑完成平面圖的繪制，然后通過添加墻、頂、地硬裝和家居、電器、飾品等軟裝搭配出符合客戶滿意的裝飾設(shè)計，最后再通過快速渲染、VR全景展示、沉浸式體驗，快速打動“客戶”;在后續(xù)的設(shè)計溝通過程中，“客戶”可以再次通過VR體驗主材軟裝的搭配效果，并通過裝飾設(shè)計的實景渲染體驗全景裝飾細(xì)節(jié)，以最終確定方案。此外，我們在選擇主材、配飾、家具的過程中，選擇的都是具體品牌的在售樣式，如此，可使課堂教學(xué)緊跟市場潮流，同時也可為線上電商提供真實場景和良好的購物體驗。

（四）提高師生的教育信息化能力，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性

在整個教學(xué)過程中，除了交互教育平臺上的VR內(nèi)容資源外，教師還可以通過智能手機、全景攝像設(shè)備，隨時錄制VR場景，制作個性化的VR課件。同時，學(xué)生可通過微信小程序、手機上的VR教學(xué)App、個人VR學(xué)習(xí)機等學(xué)習(xí)VR課件。除此之外，學(xué)校等教育場所可以通過大屏幕觸摸電視、全景教學(xué)一體機等專業(yè)設(shè)備達(dá)到更逼真的教學(xué)效果，這在我們的傳統(tǒng)教學(xué)中是很難達(dá)到的。在此過程中，學(xué)生們在角色扮演中不僅可以獲得全方位專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和拓展，而且可以充分調(diào)動學(xué)習(xí)的主動性。

綜上所述，建筑裝飾行業(yè)要順應(yīng)5G時代劇烈的時代變革，積極探索虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)影響下的行業(yè)發(fā)展和教學(xué)應(yīng)用，從而推動整個行業(yè)的信息化教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]項立剛.5G時代：什么是5G，它將如何改變世界？[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，2019，（05）.

[2]湯躍明.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2007，（01）.

[3]傅? ?冰，余陳亮.VR虛擬技術(shù)在文化藝術(shù)教學(xué)活動中的應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2018，（12）.

[4]王? ?妍，張舒媛.中國裝飾行業(yè)數(shù)字化進(jìn)程及裝飾BIM落地應(yīng)用研究報告.[EB/OL].2020.06. https：//www.iyiou.com/news/202006131004585

[5]周曉東，劉雪梅.信息時代的計算機人工智能[J].硅谷，2010，（1）.

[6]姚曉光，王? ?燕. BIM視角下的《裝飾工程施工》課程改革研究[J].安徽建筑，2019，（11）.

[7]陳? ?良，馮? ? 澤.室內(nèi)設(shè)計專業(yè)信息化教學(xué)實訓(xùn)內(nèi)容對我國裝飾裝修行業(yè)的重要性[J].科技資訊，2017，（24）.

[8]李偉偉 高慶華.基于科技競賽的理工科大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].中國電力教育，2011，（4）.