基于虛擬仿真技術(shù)的風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類模塊課程教學(xué)改革與實(shí)踐

黎穎惠，卿如冰，何麗霞，楊賢均，李曉紅

（邵陽學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，湖南 邵陽 422004）

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了科技和計(jì)算機(jī)的技術(shù)的進(jìn)步。在此背景下，虛擬仿真技術(shù)以其可視、可聽、可觸的特性，得以在各行各業(yè)普及應(yīng)用。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性非常強(qiáng)的專業(yè)課，如何改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量，把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)上，突破難點(diǎn)，變抽象為具象，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣。

1 虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 虛擬仿真技術(shù)的定義與分類

虛擬仿真一詞由“Virtual Reality”翻譯得來，簡稱VR，也稱“虛擬現(xiàn)實(shí)”[1]。虛擬仿真技術(shù)屬于多種高新技術(shù)協(xié)同發(fā)展的綜合技術(shù)，有機(jī)地將多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、信息全息技術(shù)、3D技術(shù)等等融合成集成系統(tǒng)。目前廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、教育培訓(xùn)、娛樂、商業(yè)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域[2-3]。具有沉浸性、交互性、想象性的特點(diǎn)[4-6]。

虛擬仿真技術(shù)主要包括桌面式虛擬仿真系統(tǒng)（Desktop VR）、完全沉浸式虛擬仿真系統(tǒng)（Fully-immersive VR）,以及分析式虛擬仿真系統(tǒng)（DistributedVR）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前市場應(yīng)用最多最廣的虛擬仿真系統(tǒng)首推桌面式虛擬仿真系統(tǒng)。主要是利用電腦屏幕展示虛擬三維環(huán)境，通過手柄、鼠標(biāo)鍵盤進(jìn)行交互，使用者易受外界環(huán)境的干擾而缺乏沉浸式體驗(yàn)。完全沉浸式的虛擬仿真系統(tǒng)，使用者必須佩戴沉浸式的設(shè)備，達(dá)到全程實(shí)現(xiàn)完全沉浸于虛擬環(huán)境的目標(biāo)。沉浸式設(shè)備產(chǎn)品主要包括虛擬仿真頭盔與虛擬仿真眼鏡兩種。通過這類產(chǎn)品，使用者能將自己的身體運(yùn)動(dòng)與環(huán)境反饋精確匹配，完全沉浸在虛擬環(huán)境中。分布式虛擬仿真系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)庫及平臺，使參與者可以自由交互和協(xié)調(diào)工作。

1.2 虛擬仿真技術(shù)與教育

高媛、劉德建等[7]根據(jù)具體的學(xué)習(xí)方式和任務(wù)特征，將虛擬仿真技術(shù)在教育中的應(yīng)用分為觀察性學(xué)習(xí)、操作性學(xué)習(xí)、社會(huì)性學(xué)習(xí)、科學(xué)研究四種類型。

張雙[8]認(rèn)為虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)仿真、技能培訓(xùn)、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、觀察學(xué)習(xí)、操作練習(xí)等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。將虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于課堂教學(xué)是革新教學(xué)手段的新突破，一方面，通過虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)，使學(xué)生從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中解放出來，讓學(xué)生感受逼真的現(xiàn)場情景，有效感知交互方式，增強(qiáng)體驗(yàn)式教學(xué)效能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；另一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用也是現(xiàn)代教育技術(shù)的新突破新飛躍，將使“學(xué)生中心，成果導(dǎo)向”教學(xué)目標(biāo)有效達(dá)成。它營造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，由傳統(tǒng)的以教促學(xué)的學(xué)習(xí)方式，代之以由學(xué)習(xí)者通過自身與信息和環(huán)境的相互作用來得到知識和技能的新型學(xué)習(xí)方式[9]。相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)模式能脫開文字與靜態(tài)原理圖，動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)整個(gè)工作過程，視覺感受強(qiáng)烈，有助于抽象知識的理解，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[10]。因此，基于虛擬技術(shù)的教學(xué)模式可以提供一個(gè)真實(shí)的動(dòng)態(tài)情境，打破思維的局限性，加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解。

2 傳統(tǒng)風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)模式存在的問題

在國家本科教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，將風(fēng)景園林設(shè)計(jì)模塊類課程歸屬于園林、風(fēng)景園林專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，該類課程模塊主要著重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)素養(yǎng)能力，使學(xué)生掌握扎實(shí)的理論知識和專業(yè)實(shí)踐技能，并且能夠熟練運(yùn)用相關(guān)軟件對設(shè)理念、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行合理表達(dá)，達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力、思辨能力和解決問題的能力的目標(biāo)，大大提升學(xué)生的專業(yè)創(chuàng)新能力。習(xí)近平總書記曾指出“大數(shù)據(jù)是信息化發(fā)展的新階段”，而今，大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)正在逐步形成，其相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品、應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)在不斷完善、發(fā)展，特別是開源平臺與工具、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施等系列板塊日趨成熟。信息時(shí)代的快速發(fā)展促使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)平臺必然成為風(fēng)景園林設(shè)計(jì)課程的發(fā)展趨勢。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)課程一直側(cè)重于理論和實(shí)踐教學(xué)[11]。在新形式新科技背景下，傳統(tǒng)的風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類實(shí)踐教學(xué)還存在如下問題：

2.1 教學(xué)觀念傳統(tǒng)

大多數(shù)普通高校傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，通常是教師“講”為主導(dǎo)，而學(xué)生“聽”成常態(tài)的單向灌輸式教學(xué)模式，導(dǎo)致教師在教學(xué)方案設(shè)計(jì)中過于注重教學(xué)內(nèi)容而忽略學(xué)生學(xué)習(xí)效率。教師是課堂上的絕對主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)地接受知識，學(xué)習(xí)缺乏積極性和主動(dòng)性，授課效率低，理論無法聯(lián)系實(shí)際，這種教學(xué)方法不利于學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 教學(xué)方法單一

因受地域限制，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類課程多以二維圖片作為媒介進(jìn)行講解，無法進(jìn)行實(shí)地參觀，這種教學(xué)方式不利于學(xué)生對空間的體驗(yàn)，也難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于年代久遠(yuǎn)，很多園林實(shí)景無法真實(shí)還原，只能依靠二維效果圖對歷史名園進(jìn)行了解。對于還沒有良好空間想象能力的初學(xué)者來說，要認(rèn)識和掌握三維的空間設(shè)計(jì)是有一定難度的。

2.3 學(xué)生學(xué)習(xí)效率低

設(shè)計(jì)方案需要進(jìn)行反復(fù)修改，而每一次修改，學(xué)生都需要進(jìn)行新一輪的圖紙繪制，在修改制圖的過程中勢必會(huì)耗費(fèi)過多的時(shí)間。

2.4 成果展示方式單一

目前課程的教學(xué)成果多以二維圖片的方式為主，這就要求讀圖者必須具備一定的專業(yè)知識和理解能力，無法全方位地體驗(yàn)空間效果。

因此利用“產(chǎn)學(xué)結(jié)合”的綜合平臺，將虛擬仿真技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入生動(dòng)、逼真的虛擬環(huán)境，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)和優(yōu)化教師的教學(xué)方法，更新教學(xué)內(nèi)容，獲取最新的設(shè)計(jì)資源，使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)得以全面提高。

3 風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類模塊課程應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的實(shí)踐意義

3.1 有利于學(xué)生三維空間設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)

三維空間設(shè)計(jì)思想的培養(yǎng)是風(fēng)景園林專業(yè)學(xué)生景觀設(shè)計(jì)理念形成的重要因素，特別是學(xué)生對空間尺度的感性與理性認(rèn)識。培養(yǎng)學(xué)生在空間想象能力、尺度感、比例關(guān)系以及二維與三維之間的轉(zhuǎn)換能力等是風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類模塊課程教學(xué)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。這些抽象的、需要學(xué)生自己展開聯(lián)想和想象的教學(xué)內(nèi)容很難運(yùn)用具體的二維圖片或文字表述清楚，學(xué)生在學(xué)習(xí)及訓(xùn)練過程中由于對空間尺度的把握、空間想象能力的欠缺，在最初做設(shè)計(jì)時(shí)往往感到特別的無助，對布置的設(shè)計(jì)作業(yè)感覺無從下手。借助虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生以第一人稱模擬進(jìn)入設(shè)計(jì)空間，親身感受空間尺度、分析空間信息，提高學(xué)生對空間的感性認(rèn)識，訓(xùn)練學(xué)生對整體空間形態(tài)的把控能力。通常采用二維圖片和三維空間的結(jié)合進(jìn)行展示，使學(xué)生形成感性認(rèn)識，提高學(xué)生的二維平面向三維空間轉(zhuǎn)換的能力。

3.2 實(shí)現(xiàn)教學(xué)場景的虛擬構(gòu)建

虛擬仿真技術(shù)可以打破時(shí)間和空間的限制。在經(jīng)典案例的講解中，有許多經(jīng)典的園林作品僅僅用二維圖片加文字的形式講解，學(xué)生很難對歷史名園有全面的認(rèn)識。而虛擬仿真技術(shù)可以打破空間限制，讓這些遠(yuǎn)在千里之外的歷史名園以三維的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生更準(zhǔn)確、更有效地了解這些名園的空間形態(tài)及設(shè)計(jì)手法。除此之外，風(fēng)景園林實(shí)踐類課程往往需要去真實(shí)場景的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)、實(shí)地認(rèn)識，近年來全球形勢嚴(yán)峻，外出既花費(fèi)時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本，又伴隨著風(fēng)險(xiǎn)，虛擬仿真技術(shù)還能解決耗材大、技術(shù)難等實(shí)驗(yàn)課程的限制問題，彌補(bǔ)真實(shí)課堂上教學(xué)條件的不足，節(jié)約傳統(tǒng)三維模型制作中各種材料的投入。利用虛擬仿真技術(shù)建造逼真的虛擬環(huán)境，學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方式，提高了教學(xué)質(zhì)量。

3.3 提高風(fēng)景園林設(shè)計(jì)作品的交互性，增進(jìn)師生之間的交流

設(shè)計(jì)表現(xiàn)是風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類課程的重要環(huán)節(jié)，通過設(shè)計(jì)表現(xiàn)，讓無法用文字表達(dá)的想法，通過二維圖片或三維模型的形式呈現(xiàn)。利用虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生作為第一人，在三維環(huán)境中營造空間，感受不同尺度、不同形態(tài)、不同材質(zhì)對空間的影響，多角度地觀察空間，將虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新能力及解決實(shí)際問題的能力。虛擬仿真技術(shù)也為師生提供了一個(gè)極為便利的交互平臺，通過這個(gè)平臺，教師能更直接地了解學(xué)生的設(shè)計(jì)意圖及設(shè)計(jì)作品，教師的意見也能更直觀地反饋給學(xué)生，師生間的信息交流變得方便快速。

4 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類模塊課程中應(yīng)用提高了學(xué)生對空間形態(tài)及空間尺度的感性認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)了課堂虛擬場景的構(gòu)建，加強(qiáng)了設(shè)計(jì)作品的交互性，增加了學(xué)習(xí)的趣味性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，符合新時(shí)代風(fēng)景園林設(shè)計(jì)類模塊課程的教學(xué)需求，具有巨大的應(yīng)用潛力。