虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究

吳碧珊，黃東兵

（廣東生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510520）

虛擬現(xiàn)實(shí)又稱虛擬仿真技術(shù)或模擬技術(shù)，簡(jiǎn)稱VR，就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從20世紀(jì)60年代便出現(xiàn)了，從概念到大型、昂貴的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品到如今的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，其發(fā)展歷程與計(jì)算機(jī)非常相像。根據(jù)《教育部關(guān)于開展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》（教高函〔2018〕5號(hào)），國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措。

一、研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛且發(fā)展迅猛，目前應(yīng)用于各行各業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)，例如鏈家、安居客等知名看房軟件上，為了便于買房者熟悉了解房產(chǎn)的戶型、結(jié)構(gòu)和裝修風(fēng)格，設(shè)有“VR看房”功能，使看房者僅僅運(yùn)用手機(jī)，無(wú)須佩戴VR眼鏡，便可足不出戶地觀看房產(chǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)有身臨其境的感覺(jué)，一磚一瓦盡收眼底。除此以外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還應(yīng)用于職業(yè)教育、普通高校中各專業(yè)的課程教學(xué)，極大地推動(dòng)了教育教學(xué)改革。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，主要以理工類和醫(yī)學(xué)類專業(yè)為主，社科類專業(yè)較少，這是由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景、環(huán)境和操作工具等的虛擬現(xiàn)實(shí)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，對(duì)理工類和醫(yī)學(xué)類專業(yè)教學(xué)大有幫助，能降低教育成本，減少實(shí)驗(yàn)耗材，投入低收效大。例如，北京航空航天大學(xué)建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室用于教學(xué)活動(dòng)；河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院自動(dòng)化系將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于光伏發(fā)電的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；江蘇汽車技師學(xué)院將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的教學(xué)；海軍軍醫(yī)大學(xué)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于極地特種醫(yī)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)；寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于建筑施工工藝課程中；欽州學(xué)院將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；中南林業(yè)科技大學(xué)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械類課程的教學(xué)中；江南大學(xué)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于突發(fā)公共衛(wèi)生事件教學(xué)中；閩南師范大學(xué)新聞傳播學(xué)院運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行傳媒體專業(yè)教學(xué)；蘇州市職業(yè)大學(xué)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用有物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)。

在園林類專業(yè)的教學(xué)中，也有少量將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的研究。中科院研究生院研究三維園林景觀設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)；南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院建立了園林虛擬實(shí)驗(yàn)室；湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院研究風(fēng)景園林虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)意義及管理；四川文理學(xué)院研究古典園林的虛擬仿真建模和動(dòng)態(tài)效果；廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院研究虛擬仿真技術(shù)在園林實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。

二、虛擬技術(shù)在園林教學(xué)中的應(yīng)用研究

本學(xué)院園林類專業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)，是在園林VR實(shí)訓(xùn)室中進(jìn)行的。初期通過(guò)校企合作的方式，借助摩爾空間虛擬技術(shù)平臺(tái)，由校企雙方共同開發(fā)VR教學(xué)課件，每個(gè)課件是一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序，分別輔助園林工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、園林植物配置實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目等三大教學(xué)模塊。開展教學(xué)后，該實(shí)訓(xùn)室作為企業(yè)在華南地區(qū)的示范基地，有序向其他高職院校示范推廣VR教學(xué)。

圖1 園林VR 實(shí)訓(xùn)室設(shè)備

（一）虛擬技術(shù)在園林工程方面的應(yīng)用研究

以水景施工為例，該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目能模擬水景施工。在場(chǎng)景中有一個(gè)預(yù)設(shè)的水池，實(shí)訓(xùn)的任務(wù)是要給水池安裝噴泉水體系統(tǒng)。水體系統(tǒng)包括入水口、出水口、水泵、水管及噴頭等，如果存在安裝的順序錯(cuò)誤、缺少部件、水管長(zhǎng)度不正確等問(wèn)題，都不能使噴泉?jiǎng)悠饋?lái)，從而在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，使學(xué)生學(xué)習(xí)體會(huì)水系統(tǒng)制作及安裝。在以往傳統(tǒng)的園林工程實(shí)訓(xùn)中，由于水管等實(shí)訓(xùn)材料成本高，無(wú)法安排每個(gè)學(xué)生都能有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，學(xué)生參與和體驗(yàn)感不高，導(dǎo)致對(duì)這項(xiàng)技能掌握程度有限。但是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以反復(fù)操作實(shí)訓(xùn)，無(wú)須浪費(fèi)實(shí)訓(xùn)材料。

實(shí)訓(xùn)操作中，根據(jù)VR課件的指引，安裝不同粗細(xì)、長(zhǎng)度的水管和噴頭，實(shí)現(xiàn)直線噴泉、蒲公英噴泉等不同效果，從而使學(xué)生掌握水景施工技術(shù)。具體方法如下：

（1）設(shè)備啟動(dòng)。點(diǎn)擊WaterscapeDesign應(yīng)用程序，正對(duì)電腦桌面，帶戴上頭盔，長(zhǎng)按開關(guān)鍵激活手柄；進(jìn)入VR的創(chuàng)作界面，點(diǎn)擊水池；進(jìn)入情景場(chǎng)地，開始創(chuàng)作。

（2）水景虛擬場(chǎng)景觀察研究。進(jìn)入場(chǎng)景后觀察四周場(chǎng)地，這個(gè)場(chǎng)地方方正正，四面有建筑，其中一面的中央有一個(gè)水池。這個(gè)水池的結(jié)構(gòu)已經(jīng)砌筑完成，但還沒(méi)安裝噴泉設(shè)備，目前只有一小段入水水管在中間。

（3）虛擬技術(shù)實(shí)踐操作。在水池里面安裝水管、噴頭等設(shè)備，以形成噴泉。大拇指輕觸觸控板，出現(xiàn)一個(gè)圓圈，將圓圈對(duì)著水池，再點(diǎn)擊一次觸控板，瞬移至圓圈位置（水池里面）。右手對(duì)著左手手背，出現(xiàn)藍(lán)光時(shí)用食指點(diǎn)擊，便可以在出現(xiàn)的面板上選擇水管。選擇其中一根水管，用中指點(diǎn)擊抓手將其拖拽出來(lái)，放置于水池原來(lái)的水管上面，同理安裝其他水管進(jìn)行拼接，隨后在不同的噴頭類型中選擇一種進(jìn)行安裝。如果想要改變已放置好的水管和噴頭的狀態(tài)，將手放置在水管上面至水管出現(xiàn)藍(lán)框，然后點(diǎn)擊食指，就會(huì)出現(xiàn)“刪除”“解鎖”及“旋轉(zhuǎn)”；點(diǎn)擊“解鎖”可以改變水管和噴頭的位置，點(diǎn)擊“刪除”可以刪除水管和噴頭，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)”可以對(duì)水管和噴頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。剩下來(lái)的水管都可以利用這種方法放置。然后大拇指輕觸觸控板，出現(xiàn)一個(gè)圓圈，將圓圈對(duì)著水池外，再點(diǎn)擊一次觸控板，瞬移至圓圈位置（水池外）。右手對(duì)著左手手背，出現(xiàn)藍(lán)光時(shí)用食指點(diǎn)擊，出現(xiàn)面板時(shí)選擇“預(yù)覽”，就可以看到噴泉的景象。

（二）虛擬技術(shù)在園林規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用研究

該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目能模擬園林名勝古跡的真實(shí)場(chǎng)景，有聲有色地介紹園林規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)景觀漫游。例如，由一位師生戴上VR頭盔，進(jìn)入“優(yōu)秀園林賞析”應(yīng)用程序，選擇九華山風(fēng)景區(qū)，除了VR頭盔上能見到虛擬場(chǎng)景，九華山風(fēng)景區(qū)鳥瞰的場(chǎng)景也同時(shí)在大屏幕上呈現(xiàn)。教師可戴著VR頭盔講課而學(xué)生在大屏幕上觀看。在鳥瞰圖的視角中，選擇入口位置，即可“站”在入口位置，環(huán)繞觀察，360度無(wú)死角，通過(guò)指引，可到達(dá)任何角落。如此詳細(xì)、詳盡的視角，其效果是任何圖片、視頻都無(wú)法比擬的！

在園林規(guī)劃設(shè)計(jì)傳統(tǒng)教學(xué)中，由于技術(shù)限制，需要老師運(yùn)用大量的圖文制作課件，方可使學(xué)生對(duì)某座園林有初步的了解，如果學(xué)生空間想象能力不足，便無(wú)法理解教師的講課內(nèi)容，對(duì)園林設(shè)計(jì)原理理解不充足甚至產(chǎn)生理解偏差，教學(xué)效率低且效果無(wú)法確保。但優(yōu)秀園林賞析漫游，即可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬場(chǎng)景中漫游，這與“VR看房”有異曲同工之妙。具體方法如下：

（1）設(shè)備啟動(dòng)。點(diǎn)擊molspacex應(yīng)用程序，正對(duì)電腦桌面，戴上頭盔，長(zhǎng)按開關(guān)鍵激活手柄；進(jìn)入VR的創(chuàng)作界面，點(diǎn)擊優(yōu)秀園林賞析。

（2）虛擬技術(shù)實(shí)踐操作。進(jìn)入到景點(diǎn)的選擇界面，里面有蘇州留園、蘇州拙政園、揚(yáng)州個(gè)園、頤和園、九華山風(fēng)景區(qū)等多個(gè)瀏覽的景點(diǎn)，選擇要漫游的景點(diǎn)。漫游中根據(jù)語(yǔ)音與文字提示進(jìn)行漫游，并運(yùn)用園林規(guī)劃設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，形成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。

圖2 九華山風(fēng)景區(qū)優(yōu)秀園林賞析VR 漫游

（三）虛擬技術(shù)在園林植物配置方面的應(yīng)用研究

該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目能模擬真實(shí)的園林廣場(chǎng)，實(shí)訓(xùn)跟隨VR課件的指引，根據(jù)園林植物配置園林，在廣場(chǎng)中配置各種不同的園林植物，實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)訓(xùn)。具體方法如下：

1.設(shè)備啟動(dòng)

點(diǎn)擊DesignSightPlants應(yīng)用程序，正對(duì)電腦桌面，戴上頭盔，長(zhǎng)按開關(guān)鍵激活手柄；進(jìn)入VR的創(chuàng)作界面，點(diǎn)擊庭院；進(jìn)入情景場(chǎng)地，開始創(chuàng)作。

2.虛擬場(chǎng)景觀察研究

進(jìn)入場(chǎng)景后觀察四周場(chǎng)地，這個(gè)場(chǎng)地方正，四面有圍欄，中間的平整的園林廣場(chǎng)，可以根據(jù)園林植物配置原則在廣場(chǎng)中設(shè)計(jì)植物元素，達(dá)到美化與遮陰的效果。

3.虛擬技術(shù)實(shí)踐操作

大拇指輕觸觸控板，出現(xiàn)一個(gè)圓圈，將圓圈對(duì)著遠(yuǎn)方，再點(diǎn)擊一次觸控板，瞬移至圓圈位置。右手對(duì)著左手手背，出現(xiàn)藍(lán)光時(shí)用食指點(diǎn)擊，出現(xiàn)面板時(shí)，就可以選擇花草樹木，選擇其中一棵植物，用中指點(diǎn)擊抓手將其拖拽出來(lái)，先放置于地面。如果感覺(jué)植物體量太大，可以用手對(duì)著植物，植物出現(xiàn)藍(lán)色框時(shí)，同時(shí)用左右手的中指一起進(jìn)行縮小，這樣一株植物就放置好了。其他的植物或園建等都可以利用這種方法放置。做好之后進(jìn)行保存，點(diǎn)擊“保存”，然后點(diǎn)擊“返回”，接著點(diǎn)擊windows+y鍵，切換為鼠標(biāo)，然后點(diǎn)擊Windows，關(guān)閉頁(yè)面。

而這部分實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，是要建立在植物材料庫(kù)較優(yōu)質(zhì)且數(shù)量充足的情況下實(shí)現(xiàn)的。該教學(xué)模塊建設(shè)之初，是通過(guò)將3Dmax、SketchUP資源庫(kù)中的大量?jī)?yōu)質(zhì)模型，轉(zhuǎn)化到摩爾空間軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)素材制作的，通過(guò)這種轉(zhuǎn)換，降低了VR模型制作的工作量，事半而功倍。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林類專業(yè)中的作用

（一）提高教學(xué)效率

相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果表明：使用文字或圖片，教學(xué)效率約為10%；使用多媒體等復(fù)合媒體教學(xué)形式教學(xué)效率約為30%；使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這種高沉浸的媒體進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)的效率則達(dá)到70%。上面提到的九華山風(fēng)景區(qū)優(yōu)秀園林賞析漫游教學(xué)內(nèi)容，若是用傳統(tǒng)的PPT課件教學(xué)，起碼要200張圖片加2000字的說(shuō)明才能形成比較詳細(xì)的教學(xué)內(nèi)容，這樣一對(duì)比，可見虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以大幅提高教學(xué)效率與學(xué)習(xí)效率！

（二）降低教育成本

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將一部分實(shí)驗(yàn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的方式代替，可以降低目前實(shí)操的成本。在教育實(shí)踐過(guò)程中還會(huì)遇到各種稀缺資源，比如園林類專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)資源，不是每一個(gè)學(xué)生在每個(gè)階段都有充足的資源可以使用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)則可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將不可逆的問(wèn)題通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行反復(fù)的操作并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。

（三）避免實(shí)訓(xùn)操作的風(fēng)險(xiǎn)

在體驗(yàn)式教育教學(xué)過(guò)程中，會(huì)有很多有危險(xiǎn)性的體驗(yàn)與操作，比如園林教學(xué)中有很多涉及施工的過(guò)程中遇到大型機(jī)器、接電等，屬于高危險(xiǎn)性，用VR的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)則可以避免園林實(shí)踐教學(xué)中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（四）提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力

VR的沉浸感、臨場(chǎng)感和趣味性，可以將枯燥乏味的知識(shí)以生動(dòng)有趣的方式呈現(xiàn)，加上學(xué)生天生對(duì)高科技的青睞與追求，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了他們的探索潛能。

四、結(jié)束語(yǔ)

園林類專業(yè)教學(xué)的發(fā)展是從單一媒體到復(fù)合式媒體，再到交互式的復(fù)合媒體，伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，園林類專業(yè)教學(xué)將引入高沉浸式VR媒體的新方法。園林類專業(yè)教學(xué)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了一定的階段，但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)還處于較為初步的階段，存在一定限制發(fā)展的因素。展望未來(lái)，通過(guò)將園林類專業(yè)教學(xué)內(nèi)容與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的深度融合，將強(qiáng)有力促進(jìn)園林類專業(yè)教學(xué)改革，具有廣闊的應(yīng)用前景。