Mars 虛擬仿真技術(shù)融入室內(nèi)設計專業(yè)教學改革探究

宗廣功 梅玲 滕奎

（作者單位：揚州大學美術(shù)與設計學院）

當今社會的不斷發(fā)展，隨著多學科教學改革的逐步深入，環(huán)境設計專業(yè)也同樣進行不斷的革新，以滿足多元化人才培養(yǎng)的新需求。就目前而言，環(huán)境設計專業(yè)相關(guān)課程知識的傳授，多以傳統(tǒng)灌輸式教學方式為主。課程理論教學與實踐教學相互分離，師生之間缺少互動，課堂學習氛圍不濃，學生在學習中缺乏主觀能動性和參與度[1]。此外，課程教學方式不生動，教師授課多采用PPT 等單一方式進行課程內(nèi)容展現(xiàn)，難以靈活生動地呈現(xiàn)在學生面前，造成受教學生對較復雜的內(nèi)容一知半解，導致教學質(zhì)量不高，進而造成學生在實習和就業(yè)時無法達到工作崗位專業(yè)知識的需求。然而，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，為傳統(tǒng)教學模式的革新帶來契機。2017 年7 月，教育部正式發(fā)布了《教育部辦公廳關(guān)于2017-2020 年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，決定在高校實驗教學改革和實驗教學項目信息化建設的基礎上，在普通本科高等學校開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作[2]。虛擬仿真技術(shù)給予了學生實踐應用、沉浸體驗的機會，基于仿真場景的案例分析、項目調(diào)研，采用虛擬仿真技術(shù)進行沉浸式交互設計、反饋與評價，解決了“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的問題，讓學生獲得更多實踐機會和自主驗證設計效果的機會，必將高效提升學生自主學習、自主實驗、自主驗證的積極性，進而有效提升其專業(yè)能力和項目實踐經(jīng)驗。使學生在未來的職場中有效把握先機，獲得自身競爭力的提升。以Mars 為代表的虛擬仿真技術(shù)，包含模型導入、模型編輯、場景體驗過程，與市場中成熟的Sketchup、3DsMax、Maya、Revit 等三維軟件有極強的兼容性。軟件平臺操作和編輯界面為中文顯示，所有功能均為圖形化操作。在完成場景空間的三維建模并導入Mars 平臺后，可以對場景中模型的材質(zhì)、色彩、粗糙度等進行精細化調(diào)整，并可以對模型位置進行移動與旋轉(zhuǎn)。配合平臺中的天氣調(diào)節(jié)功能，能夠?qū)μ摂M場景的季節(jié)、天氣、光照強度進行自用切換，并支持項目所在地理位置信息光照的模擬功能。對于已構(gòu)建完成的虛擬場景，支持PC 端第一、三人稱視角的漫游，通過虛擬人物可以進行視角高度及行走速度的調(diào)控。配合虛擬仿真設備，能夠進一步增強虛擬場景的體驗感。該技術(shù)為室內(nèi)設計專業(yè)相關(guān)課程的改革帶來新思路，但如何將Mars虛擬仿真技術(shù)更好地融入到室內(nèi)設計相關(guān)課程環(huán)節(jié)的教學中，需要進行系統(tǒng)性地探索。

一、與《室內(nèi)設計原理》課程的結(jié)合

《室內(nèi)設計原理》課程是室內(nèi)設計專業(yè)的核心課程，其涉及到的教學內(nèi)容十分廣泛。以來增祥等[3]著的《室內(nèi)設計原理》教材為例，該課程涉及的知識點和內(nèi)容較多，覆蓋整個專業(yè)的方方面面，包括室內(nèi)家具與陳設、室內(nèi)色彩、設計風格等。通過本課程的學習能夠使學生熟練掌握室內(nèi)設計的基本知識、設計方法和表現(xiàn)技巧，培養(yǎng)學生因地制宜、系統(tǒng)全面地進行方案構(gòu)思的能力。通過熟悉并掌握不同空間的特點、技術(shù)要求和藝術(shù)處理手法，初步了解相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和指標，并通過設計課題鍛煉和考核其綜合設計和審美能力。然而，課程教師只在課堂授課環(huán)節(jié)對單一理論內(nèi)容的講述，略顯枯燥與乏味。通過結(jié)合Mars 虛擬仿真技術(shù)，進行《室內(nèi)設計原理》課程教學內(nèi)容的創(chuàng)新優(yōu)化，實現(xiàn)課程中室內(nèi)家具與陳設、室內(nèi)色彩與搭配、室內(nèi)采光與照明等理論模塊的及時呈現(xiàn)，對活化授課形式，增強授課效果，具有極強的現(xiàn)實意義。

（一）室內(nèi)家具與陳設

室內(nèi)家具與陳設課程即對室內(nèi)空間進行合理的布局，使家具陳設符合邏輯，充分利用室內(nèi)空間，增加室內(nèi)的美觀和視覺感受。室內(nèi)空間布局具有高度的復雜性，其包含功能分區(qū)、交通流線、人體工程學等多種內(nèi)容。如何在有限的教學時間中將這些教學內(nèi)容進行整合，并且讓學生能夠理解并且運用是教學環(huán)節(jié)中的一大難題[4]。通過圖片、視頻等方式了解室內(nèi)家具的陳設，使學生無法直觀感受到其空間布設效果，且大多數(shù)教學內(nèi)容都需要與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，僅僅通過單一的理論講解，無法生動地理解。此外，學生對空間的尺寸、比例等方面缺乏明確的認識，只能通過自身的估計進行感量，無法得到高度正確的認知。采用Mars 軟件，能夠基于多種風格體系的家具與陳設品模型素材庫，對室內(nèi)空間家具等陳設品進行自由選擇與擺放，模擬真實的室內(nèi)空間，使學生對室內(nèi)的尺寸比例與效果有更為精準的感知。通過采用Mars 虛擬仿真技術(shù)進行實時觀察，使課堂效率和靈動性大大提升，進一步促進學生對課程內(nèi)容更為準確和深入地了解。

（二）室內(nèi)色彩與搭配

在室內(nèi)設計色彩與搭配課程內(nèi)容中，根據(jù)不同的空間場所設計要求，對于色彩冷暖、輕重、強弱的搭配需求也各具差異。根據(jù)室內(nèi)裝飾裝修的理論，應用于設計中的色彩屬性涉及到三種類型：色相屬性、純度屬性及明度屬性。室內(nèi)設計通常要考慮色彩屬性的合理搭配，這樣才能呈現(xiàn)出最好的效果[5]。合適的色彩搭配不僅可以美化室內(nèi)環(huán)境，還可以滿足人們的需求帶來良好的感受，而這幾個方面的知識內(nèi)容都比較抽象，僅僅是通過課堂理論的闡述很難達到活學活用的功效。通過Mars 軟件可以賦予各空間平、立面色彩變換的功能，比如通過Mars軟件展示不同的冷暖效果，不同色彩的冷暖搭配會影響到整個室內(nèi)環(huán)境的氛圍，及時感受到不同搭配的效果，獲得最優(yōu)的色彩搭配方案。

（三）室內(nèi)采光與照明

在室內(nèi)照明設計教學中，往往只能通過對照明燈具、顏色和形式進行講授或穿插一些照明視頻進行欣賞學習，學生不能直觀感受不同類型的燈具表現(xiàn)的不同的明度、亮度、 照度、色溫等，不僅造成教學效果不佳，而且學生無法在教學內(nèi)容的基礎上再進行創(chuàng)新創(chuàng)造。在這種情況下，學生們只能通過想象來感受到室內(nèi)的效果，僅僅停留在表層，沒有辦法完全的了解到燈光照明的表現(xiàn)形式，并且無法有效感知不同采光與照明設計方法所營造的良好氛圍。通過Mars 軟件模擬室內(nèi)場景和不同的光照效果讓學生們能夠第一時間感受到變化和最直觀地體驗。例如，通過將多種照明方式進行合理布局，使學生們準確了解其中的主次關(guān)系，第二通過燈光的冷暖色調(diào)的對比，在合適的場景下選擇合適的燈光，使其與整個環(huán)境相融合，營造正確統(tǒng)一的良好氛圍，增強室內(nèi)的藝術(shù)感。

二、與《裝飾工程材料》課程的結(jié)合

裝飾工程材料課程通過講授裝飾材料的選用原則、分類、品種、特性、規(guī)格、性能和適用范圍等理論知識，運用多媒體、裝飾材料市場考察和相關(guān)的教學視頻等教學手段，強化學生對常用裝飾材料各方面知識的理解和掌握。教師通過布置一定量的課堂繪圖練習，使學生熟悉常用裝飾材料在室內(nèi)設計項目中的運用方法，在掌握常用建筑裝飾材料的名稱、規(guī)格、基本特性、性能指標和適用范圍的基礎上，熟練運用CAD 軟件和常用建筑裝飾材料，對建筑室內(nèi)空間的墻面、地面和頂面等建筑部位進行具有一定藝術(shù)感的設計。但是，在傳統(tǒng)的教學過程中往往出現(xiàn)教學內(nèi)容和實際使用效果不匹配的現(xiàn)象，學生無法通過圖集或材料樣板來體驗材料成型后的整體效果。裝飾材料在教學的過程中往往會出現(xiàn)孤立感，學生無法直觀體會其效果，總會忽略材料在室內(nèi)設計中的重要性，出現(xiàn)重表面而輕內(nèi)在的現(xiàn)象，這極易為用戶的居住留下巨大的安全隱患[3]。此外，如果授課教師僅僅在課堂上使用語言和簡單的PPT 進行展示，學生理解起來相對比較困難。

（一）裝飾材料的種類

隨著工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，各種新型材料層出不窮，涉及類別巨大。但是，教材中的建筑裝飾材料往往無法及時更新，只有一些傳統(tǒng)的裝飾材料，遠遠到不到全面的裝飾材料認知學習，因此易導致學生接觸到的裝飾材料有所局限，并限制個人設計思維的活躍性。學生接觸的裝飾材料品種單一，對不同視覺美感、風格流派的新型材料了解更少，對行業(yè)市場狀況認知基本處于茫然的狀態(tài)[6]。通過Mars 軟件建立裝飾材料材質(zhì)庫，進行多層級劃分的同時，賦予各種材料具體的數(shù)字參數(shù)，能夠有效改善裝飾材料涉及種類繁雜的局面，優(yōu)化難以對裝飾材料進行直觀認知的不足。此外，對于各種裝飾材料可以在基于空間模型直接附于材質(zhì)，應用于模型場景中，更為直觀地認知裝飾材料的表面效果。例如，對一個室內(nèi)空間來說，地面裝飾材料和頂棚裝飾材料存在很大區(qū)別，通過Mars 軟件按類別建立材質(zhì)庫，賦予不同材質(zhì)明確的特征信息，進行及時渲染呈現(xiàn)的同時，還能給基于虛擬仿真場景進行快速檢索，及時分辨出多種裝飾材料的區(qū)別。

（二）裝飾材料的特征

對裝飾材料表面色彩與肌理的認知非常重要。在設計過程中，色彩的搭配是否符合環(huán)境所需，每一種裝飾材料的不同色彩特點，都是在裝飾裝修過程中必須考慮的因素，適宜的色彩搭配可以使人心情愉悅，營造良好的環(huán)境氛圍，可以使整個空間設計風格也一致。針對合適的色彩搭配我們需要選用合適的裝飾材料，使裝飾材料的色彩相配。通過Mars 軟件展現(xiàn)不同裝飾材料的效果和是否符合其空間環(huán)境氛圍，辨別裝飾材料的色彩搭配是否滿足美觀性需求。

三、與《裝飾施工構(gòu)造》課程的結(jié)合

在室內(nèi)設計教學中，裝飾施工構(gòu)造課程也是必不可少的一門課程。該課程通過講授裝飾構(gòu)造的設計原則、組成形式、裝飾施工的分類、施工工藝、驗收標準和中小型裝飾工程項目管理的基本方法等理論知識，運用多種教學手段，強化學生對常用裝飾構(gòu)造、施工工藝等各方面知識的理解和掌握。教師布置一定量的構(gòu)造大樣圖的繪圖練習，使學生掌握一定的施工構(gòu)造知識，明確不同的構(gòu)造部位如何施工，進一步促進學生繪制施工圖的能力提升。但是，就目前而言，由于裝飾構(gòu)造涉及節(jié)點類型眾多，并且教學方法較為傳統(tǒng)，只是一味地灌輸理論知識，難以結(jié)合實際工程項目進行準確認知，無法使學生真正深入地掌握該門課程的核心內(nèi)容。因此在工程設計實踐中問題頻出，學生無法正確地將二維平面圖轉(zhuǎn)化為三維立體空間圖，造成室內(nèi)空間安全隱患，或出現(xiàn)設計方案無法和實際施工相匹配，整體偏差較大的局面。為打破該項痛點，通過實際工程項目考察，教師結(jié)合施工現(xiàn)場進行講解，能夠大大提高課程知識的理解程度，學生的認知也會更加清晰，對畢業(yè)后的實習和工作產(chǎn)生巨大幫助。但是，這種方式雖最為簡單直接，但是因為涉及出行成本、與施工方的交涉、安全問題等等而欠缺較高的可行性。通過Mars 虛擬仿真技術(shù)建立多種裝飾工程構(gòu)造節(jié)點模型，結(jié)合虛擬空間效果，采用多步驟交互的形式，能夠從多角度、多方位的認知裝飾施工構(gòu)造知識理論。

（一）裝飾施工工序

裝飾施工課程是裝飾施工構(gòu)造課程重要的組成部分，主要目的是讓學生了解施工相關(guān)的理論知識，掌握施工的工序，明確施工技術(shù)操作辦法，從而能夠更好地應用于實踐，裝飾施工工序課程對理論性和實踐性的要求都非常高。目前，室內(nèi)設計專業(yè)的學生多為年輕群體，加之相關(guān)專業(yè)學生自身的理工知識相對缺乏，對工程實踐的知識又知之甚少[7]，因為此課程教學過程中涉及到各分部分項工程，都具備各自的流程。如果單純通過板書或多媒體講述的方式進行教學，沒有實踐工程經(jīng)驗的學生很難理解。通過引入Mars 虛擬仿真技術(shù)，實現(xiàn)學生對各項工序及相關(guān)結(jié)構(gòu)、最終效果進行直接觀看，便于讓學生對此課程有較為清晰地理解。以墻面乳膠漆的施工工序為例，從初步放線找平，到檢查原墻面基層質(zhì)量，并經(jīng)過墻面質(zhì)量修復，進一步進行石膏粉找平、貼高紡布、批刮三層膩子粉，最后完成乳膠漆表面噴涂[7]。在施工過程中，需要對墻面相關(guān)質(zhì)量問題進行格外關(guān)注。我們可以通過虛擬仿真技術(shù)模擬真實場景并進行交互，查看每一道工序的具體細節(jié)與標準，能夠使學生對相關(guān)理論知識實現(xiàn)更為充分地掌握。

（二）裝飾節(jié)點構(gòu)造

裝飾節(jié)點構(gòu)造課程是一門以實踐為最終目的的課程，建筑裝飾構(gòu)造知識是室內(nèi)設計專業(yè)學生學習和步入施工工作的必備條件，它主要闡述室內(nèi)建筑裝飾各部位的裝飾構(gòu)造要求，介紹各部位構(gòu)造施工的方法，以及如何施工的合理性，還要訓練學生掌握繪制各部位的結(jié)構(gòu)施工圖的技能[7]，其重要性不言而喻。但在教學過程中，問題普遍存在，學生對枯燥乏味的理論知識缺乏興致，并且無法進行現(xiàn)場考察，很難知道相關(guān)構(gòu)造的具體做法和標準。對課程的了解程度也遠遠不夠。但是，通過Mars 虛擬仿真技術(shù)進行可以基于材料、尺寸、工序、標準進行交互式建模，解決學生無法進行工程現(xiàn)場考察的不足，增強了課堂內(nèi)容的可視化和真實性。該方式有益于學生深入了解這門課程的內(nèi)容，使課程教學更具質(zhì)量和效率。

四、結(jié)語

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，促進了虛擬仿真技術(shù)的進步，有效地解決了傳統(tǒng)模式教學下環(huán)境設計課程教學不靈活，不能及時呈現(xiàn)課堂內(nèi)容的不足。虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展給當前的教學模式改革帶來了契機，大大提升了課堂教學的效率和質(zhì)量，有效激發(fā)學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性。但是，在社會的不斷推動下，技術(shù)不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)也需隨之不斷地優(yōu)化，還需要進行進一步的系統(tǒng)研究，使環(huán)境設計專業(yè)相關(guān)課程教學環(huán)節(jié)日趨完善。