基于VR/AR技術(shù)的教學(xué)方法改進(jìn)研究

將VR/AR技術(shù)與設(shè)計類課程結(jié)合可以打破時間和空間的限制，可以通過虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合增加課程趣味性，可以使教師指導(dǎo)設(shè)計方案時具有直觀性和沉浸感，彌補(bǔ)了線上教學(xué)的不足。VR/AR技術(shù)運用在設(shè)計類課程的整個設(shè)計流程，包括方案前期調(diào)研階段、方案設(shè)計推敲階段、方案設(shè)計表現(xiàn)階段和方案展示評圖階段，實現(xiàn)了可視化的教學(xué)內(nèi)容和虛擬化的教學(xué)環(huán)境。VR/AR技術(shù)可以使線下線上教學(xué)實現(xiàn)輕松轉(zhuǎn)換，對設(shè)計類課程的教學(xué)方法具有很好的改進(jìn)效果。

VR/AR技術(shù)； 設(shè)計類課程； 教學(xué)方法

G642A

［定稿日期］2022-04-29

［基金項目］福建省中青年教師教育科研項目（項目編號：JAT191082）；福建省社會科學(xué)規(guī)劃項目（項目編號：FJ2018C082）；廈門市社會科學(xué)調(diào)研課題項目（項目編號：廈社科研［2020］C18）

［作者簡介］李建晶（1984—），女，碩士，講師，研究方向為建筑學(xué)教育理論與創(chuàng)新研究。

0 引言

設(shè)計類專業(yè)課作為設(shè)計學(xué)科中的主要學(xué)科，采用在線教學(xué)方式具有很大的難度和挑戰(zhàn)。設(shè)計類本科課在高等教育設(shè)計類課程中占比最大，跨時最大，從高校一年級的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)計課到畢業(yè)設(shè)計課程，縱貫整個高校學(xué)業(yè)［1］。設(shè)計類課程對于設(shè)計專業(yè)來說是極其重要的課程，但是設(shè)計類課程主要是通過老師面對面的方式進(jìn)行方案設(shè)計指導(dǎo)，如果采用線上教學(xué)，不如線下教學(xué)指導(dǎo)直觀。但是如果結(jié)合VR/AR技術(shù)可以使老師指導(dǎo)方案時更加直觀，彌補(bǔ)了線上教學(xué)的不足。嘗試通過VR/AR技術(shù)，改變了高校設(shè)計類課程的教學(xué)模式，使線下線上教學(xué)實現(xiàn)輕松轉(zhuǎn)換，讓學(xué)習(xí)的方式方法得到重大發(fā)展。

1 VR/AR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及意義

1.1 VR/AR技術(shù)概述

VR技術(shù)（簡稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)）是通過計算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)造出一種虛擬的環(huán)境，這種環(huán)境是在多方信息相互融合后，把三維模型與實體的行為聯(lián)系在一起的仿真系統(tǒng)，通過相關(guān)設(shè)備用戶可以進(jìn)入到虛擬環(huán)境中，感受并操作虛擬環(huán)境中的各種對象，獲得真實的體驗感受，是一種沉浸式的體驗，視覺、聽覺等多種感知的體驗［2］。VR技術(shù)作為較新的技術(shù)，已經(jīng)在多個領(lǐng)域中得到應(yīng)用，包括藝術(shù)、教育、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在設(shè)計領(lǐng)域中，VR技術(shù)在方案設(shè)計、裝修效果展示、方案投標(biāo)等方面有著很好的應(yīng)用前景。

AR技術(shù)（簡稱增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)）是VR科技的一種派生科技， 指的是利用計算機(jī)技術(shù)，將虛擬物體和真實空間相結(jié)合，使虛擬物體和真實空間可以疊加到同一個空間同時存在，實現(xiàn)了虛擬物體與真實空間之間的互動性體驗。同樣AR技術(shù)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，包括教育、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域。

隨著VR技術(shù)和AR技術(shù)逐步成熟，以及硬件技術(shù)提升和設(shè)備成本下降，推動了教育行業(yè)運用VR/AR技術(shù)。同時VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)和 AR技術(shù)的趣味交互式體驗，給教育行業(yè)提供了廣大的發(fā)展空間。

1.2 疫情影響下的教育

新型冠狀病毒疫情迫使在線教育飛速發(fā)展，隨著5G時代的到來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提升，VR/AR技術(shù)的發(fā)展，都給教育領(lǐng)域應(yīng)用VR/AR技術(shù)提供了很好的機(jī)遇。VR/AR技術(shù)作為教育領(lǐng)域中的新興教育方式，必將逐步成為主流，可以真正實現(xiàn)“無教室化”的教育模式，使教學(xué)即使在疫情期間也幾乎不受影響。

很多學(xué)校意識到 VR/AR技術(shù)對教育教學(xué)的積極作用，但大部分處于觀望的階段。運用VR/AR技術(shù)進(jìn)行教育很多停留在技術(shù)層面，真正落地實施較少，所以對于VR/AR技術(shù)還有很多的研發(fā)空間和應(yīng)用前景。

1.3 VR/AR技術(shù)結(jié)合教育的意義

VR技術(shù)和AR技術(shù)與設(shè)計類課程的結(jié)合，使課堂教學(xué)更加真實、有效。運用VR/AR技術(shù)在設(shè)計類課程中，面對疫情等突發(fā)情況，可以實現(xiàn)線下線上教學(xué)輕松轉(zhuǎn)換，可以很好地改進(jìn)教學(xué)方法［3］。同時基于VR/AR技術(shù)可以對設(shè)計類的其他課程具有可推廣的實際應(yīng)用價值，其中包括理論課程、技術(shù)課程和實踐課程等。與此同時，VR/AR技術(shù)可以助力發(fā)展整個設(shè)計行業(yè)，為設(shè)計提供了新思路，可以進(jìn)化設(shè)計的流程，進(jìn)一步增強(qiáng)設(shè)計的精度，可以使設(shè)計更加符合人們的使用需求，有助于我國設(shè)計行業(yè)的高速發(fā)展［4］。

1.3.1 打破時間和空間的限制

在設(shè)計類課程中，有時候需要實地調(diào)研，需要考慮調(diào)研場地時間、交通和費用等問題，使實地調(diào)研要花費較多精力。特別是疫情期間，沒辦法實地調(diào)研，使傳統(tǒng)的實地調(diào)研方式?jīng)]辦法進(jìn)行。

通過運用VR技術(shù)，可以打破時間的限制，突破空間的障礙，可以真實地體驗感受空間。不論是講解案例還是實地調(diào)研，通過VR技術(shù)，可以帶學(xué)生去到一些不容易去到的地方，甚至可以回到過去某個空間。

1.3.2 沉浸式地進(jìn)行設(shè)計，提高設(shè)計能力

通過VR技術(shù)，學(xué)生在設(shè)計類課程進(jìn)行方案設(shè)計時，可以對自己的設(shè)計作品有沉浸式的感受。在VR空間中，學(xué)生可以直觀感受到空間的大小、尺度，材料、構(gòu)造等信息，并通過相關(guān)軟件對材料、色彩、光線等內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，同時能以動態(tài)的方式全方位體驗所處的地理環(huán)境、外部空間和內(nèi)部空間等，學(xué)生在自己的設(shè)計作品中可以任意漫游，體驗每一處細(xì)節(jié)。

運用VR技術(shù)到設(shè)計類課程中，沉浸式的體驗使學(xué)生對設(shè)計有更深入的理解，豐富了學(xué)生的創(chuàng)作感受，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力， 學(xué)生可以更好地推敲自己的設(shè)計作品，提升了學(xué)生設(shè)計作品的質(zhì)量。

1.3.3 虛擬與現(xiàn)實結(jié)合，增加課程趣味性

運用AR技術(shù)使學(xué)生感受現(xiàn)實與虛擬空間結(jié)合的體驗感，增加課程的趣味性。一方面可以使自己設(shè)計作品的虛擬模型與真實場地進(jìn)行疊加，加深對設(shè)計作品的理解；另一方面，可以在進(jìn)行成果匯報時，在二維的匯報成果中疊加出三維的立體效果，增加匯報時的趣味體驗。

2 設(shè)計類課程結(jié)合VR/AR技術(shù)應(yīng)用策略

2.1 結(jié)合VR/AR技術(shù)的課程目標(biāo)

設(shè)計類課程的授課模式主要以板書形式、多媒體形式和面對面指導(dǎo)為主。隨著后疫情時代對教學(xué)產(chǎn)生的影響，同時伴隨著社會的進(jìn)步，在VR技術(shù)和AR技術(shù)普及以后，設(shè)計類課程的授課模式可以輕松實現(xiàn)線上線下轉(zhuǎn)換，可以開創(chuàng)新的授課模式即“VR/AR模式”［3］。

2.1.1 結(jié)合VR技術(shù)運用到設(shè)計類課程

基于VR技術(shù)，在設(shè)計類課程中學(xué)生可以運用到設(shè)計的整個教學(xué)過程，包括方案前期調(diào)研階段、方案設(shè)計推敲階段、方案設(shè)計表現(xiàn)階段和方案展示評圖階段。設(shè)計課程中運用VR技術(shù)，通過真實的沉浸感，可以使學(xué)生更能理解空間尺度，直觀認(rèn)識物體材料，并深刻理解結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與空間的關(guān)系［4］。這種沉浸式的教學(xué)體驗，使設(shè)計時有深刻理解，可以做出更好的設(shè)計作品。

2.1.2 結(jié)合AR技術(shù)運用到設(shè)計類課程

基于AR技術(shù)，在設(shè)計類課程中學(xué)生可以運用到部分設(shè)計的教學(xué)過程，包括方案設(shè)計推敲階段和方案展示評圖階段。學(xué)生可以通過移動終端，包括手機(jī)與平板電腦等進(jìn)行匯報展示。AR技術(shù)可以增加設(shè)計類課程的趣味性，可以使虛擬的設(shè)計作品與現(xiàn)實的場地進(jìn)行疊加；還可以進(jìn)行AR技術(shù)圖紙匯報，使圖紙展示出立體效果和視頻動畫等趣味效果。

2.1.3 設(shè)立“VR教室”

長遠(yuǎn)的目標(biāo)，可以設(shè)有專門的“VR教室”或者“VR教室”與設(shè)計課專業(yè)教室結(jié)合，學(xué)生在這樣的\"VR教室\"內(nèi)可以享受每人配備一套VR設(shè)備，包括VR眼鏡和與其相匹配的電腦［3］。在\"VR教室\"中，同學(xué)們可以根據(jù)需要可坐可站，并方便活動，以便體驗VR虛擬空間時需要走動的實際空間。同時，這種\"VR教室\"可以像計算機(jī)機(jī)房一樣適用于不同專業(yè)。

2.2 設(shè)計類課程具體教學(xué)流程

設(shè)計類課程教學(xué)在VR/AR技術(shù)的運用下，實現(xiàn)了可視化的教學(xué)內(nèi)容和虛擬化的教學(xué)環(huán)境。VR/AR技術(shù)運用在設(shè)計類課程中，可以是一個課程設(shè)計專題，通過一個設(shè)計作品的整個設(shè)計流程，包括方案前期調(diào)研階段、方案設(shè)計推敲階段、方案設(shè)計表現(xiàn)階段和方案展示評圖階段［5］。

2.2.1 方案前期調(diào)研階段

2.2.1.1 通過VR技術(shù)體驗場地

設(shè)計前期分析階段，有時需要了解設(shè)計場地空間環(huán)境。到基地現(xiàn)場感受場地空間環(huán)境在教學(xué)中是一項必不可少的流程，但受限于時間和空間的限制，學(xué)生常常無法全面地了解場地信息，特別是疫情期間，不允許外出調(diào)研，更沒辦法到達(dá)場地［5］。通過VR技術(shù)調(diào)研虛擬場地，這種方式不受時間和空間的約束，可以隨時隨地進(jìn)行線上調(diào)研。在對場地虛擬調(diào)研的過程中，可以了解場地周邊情況和室內(nèi)空間環(huán)境等。

在進(jìn)行案例分析時，VR技術(shù)可以使學(xué)生在線上就能分析世界各地的設(shè)計案例，同時能夠沉浸式地體驗這些案例，對案例有更加深入的理解，包括的空間、結(jié)構(gòu)和材料等信息。通過VR技術(shù)分析案例，比傳統(tǒng)的文字、照片和模型會更加直觀。

這種以VR技術(shù)的視角來分析設(shè)計場地和案例，改變了傳統(tǒng)的空間感知手段，實現(xiàn)了新維度的空間感知，形成了設(shè)計理性分析的新方法。

2.2.1.2 通過VR技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

在方案創(chuàng)作前期，VR技術(shù)使設(shè)計師更加真實的感受空間，還可以借助相關(guān)科技設(shè)備對方案進(jìn)行定量化分析，例如分析用戶關(guān)注度和用戶行為數(shù)據(jù)等內(nèi)容。VR技術(shù)可以將路線、視線、停留時間和某些交互行為等信息數(shù)據(jù)整合在VR仿真系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行完整地記錄，并進(jìn)行統(tǒng)計和分析。VR技術(shù)作為連接用戶行為數(shù)據(jù)和數(shù)字信息內(nèi)容的橋梁，對以后研究人的真實行為引入設(shè)計中提供了可能性。

2.2.2 方案設(shè)計推敲階段

2.2.2.1 VR技術(shù)在設(shè)計的直觀性

在后疫情時代，有突發(fā)事件被迫采取線上教學(xué)模式時，通過VR技術(shù)推敲方案比傳統(tǒng)方式更直觀，并且老師批改學(xué)生的方案時不需要面對面，也可以直觀的感受學(xué)生的設(shè)計方案。同時在設(shè)計類課程中，VR技術(shù)可以改變老師與學(xué)生語言交流和圖紙交流空間的方式，可以直接進(jìn)入虛擬空間中動態(tài)的修改設(shè)計，并能提高師生交流的效率。

運用VR技術(shù)使學(xué)生的設(shè)計方案時體驗更加真實，可以真實的沉浸在自己的設(shè)計作品中，使學(xué)生的創(chuàng)造力、思維模式和靈感被極大激發(fā)。學(xué)生在進(jìn)行方案設(shè)計推敲時，傳統(tǒng)推敲設(shè)計方案的方式多采用SU等三維軟件進(jìn)行推敲，雖然相對于二維軟件的直觀性有所提升，但是真實感不強(qiáng)。通過VR技術(shù)可以把空間變成更沉浸感的空間，可以任意進(jìn)入虛擬內(nèi)部空間及外部空間，身臨其境地在虛擬空間中任意漫游， 可以在其中慢慢踱步，觀察和揣摩每一處細(xì)節(jié)，去感受內(nèi)部空間和外部空間的尺度，同時可以獲取材料與色彩等特性信息，可以對材料進(jìn)行選擇，并調(diào)整色彩。在虛擬空間中還可以添加配景，可以對其進(jìn)行修改或替換［3］。對于上述的改動，可以進(jìn)行前后效果的對比，這樣有利于學(xué)生在設(shè)計方案時進(jìn)行相互比較，選出最佳方案，進(jìn)而對設(shè)計方案進(jìn)行進(jìn)一步改善，完善設(shè)計方案，可以打造更為完美的設(shè)計作品。

2.2.2.2 AR技術(shù)在設(shè)計的疊加性

通過AR技術(shù)，學(xué)生可以使自己設(shè)計的虛擬作品與真實的環(huán)境場地進(jìn)行疊加，從而更加真實的感受自己的設(shè)計方案。在真實場地中推敲自己的設(shè)計方案，研究體量、形態(tài)和色彩等設(shè)計內(nèi)容是否與周圍的環(huán)境協(xié)調(diào)，然后可以對自己的設(shè)計方案做進(jìn)一步的修改，以便設(shè)計出更加完美的設(shè)計作品。

通過AR技術(shù)進(jìn)行設(shè)計與通過VR技術(shù)的純虛擬環(huán)境進(jìn)行設(shè)計相比，AR技術(shù)可以實現(xiàn)虛擬模型與現(xiàn)實場地的疊加，更具有真實性和可視化。

2.2.3 方案設(shè)計表現(xiàn)階段

在設(shè)計類課程中，傳統(tǒng)的方案設(shè)計表現(xiàn)以各種技術(shù)圖紙，以及3D效果圖和視頻動畫為主。除了技術(shù)圖紙可以了解相應(yīng)的技術(shù)內(nèi)容之外，3D效果圖和視頻動畫沒有沉浸式的體驗空間，而且觀看設(shè)計方案只能按照設(shè)計者既定的角度欣賞。

通過VR技術(shù)生成的方案表現(xiàn)成果，可以通過線上的方式獲得，老師和同學(xué)們都可以通過線上欣賞，這也很好的避免了采用線上教學(xué)后，方案難以更好表現(xiàn)的缺點。同時可以以觀賞者的視角沉浸式地體驗設(shè)計空間，可以更加真實的感受到設(shè)計的空間尺度、材質(zhì)、肌理、色彩等細(xì)節(jié)信息。并且可以使觀賞者按照自己設(shè)定的路線去欣賞，生成的360°的全景視野，可以讓觀賞者隨意抬頭或者低頭、左看右看，前進(jìn)或者后退，這種方式極大地提升了觀賞者體驗空間的感知感受。學(xué)生還可以選擇設(shè)定的場景和角度進(jìn)行拍照，生成自己喜歡的效果圖，同時可以生成360°全景圖和全景視頻等。有些VR技術(shù)平臺可以提供模型資源、材質(zhì)資料，并在線上實現(xiàn)共享，也方便學(xué)生快速制作出相應(yīng)的設(shè)計方案表現(xiàn)圖［6］。

2.2.4 方案展示評圖階段

傳統(tǒng)的設(shè)計類課程展示評圖時，多是采用圖板或是圖冊的方式進(jìn)行展示評圖。室內(nèi)外空間的表達(dá)常以二維圖片為主，在認(rèn)知方案時為非人本視角，認(rèn)識度不高。

2.2.4.1 構(gòu)建VR虛擬展示空間

通過VR技術(shù)，進(jìn)行多維度的方案匯報， 可以構(gòu)建VR虛擬展示空間，可以把整個年級的設(shè)計作品都布置到虛擬展示空間中，老師和學(xué)生通過虛擬展示空間欣賞不同學(xué)生的設(shè)計作品。一方面虛擬展示空間可以擺脫時間和空間的約束，隨時隨地可以欣賞學(xué)生的設(shè)計作品；另一方面通過虛擬場景可以更加深入地體驗設(shè)計方案的空間場景感，更直觀地解讀設(shè)計方案作品，老師對學(xué)生的設(shè)計作品進(jìn)行成績評定也更加公正客觀。

2.2.4.2 結(jié)合AR技術(shù)展示設(shè)計作品

通過AR技術(shù)，可以使老師或?qū)W生使用手機(jī)或平板等其他電子設(shè)備，掃描特定的展示圖版或者圖冊后，可以呈現(xiàn)三維立體圖片的效果，甚至可以是動畫效果。這些展示效果可以是對特定展示圖版或者圖冊內(nèi)容的進(jìn)一步說明，使觀賞者更加深入地了解相關(guān)設(shè)計內(nèi)容，也使展示效果更加豐富多變，極大地提升了設(shè)計方案展示過程的趣味性［3］。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代社會是信息化的社會，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、VR/AR技術(shù)等新科技必然對社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，也改變了人們現(xiàn)有的生活和工作方式。對于教育來說，特別是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的高等教育而言，將VR/AR技術(shù)運用到教學(xué)中是必然的發(fā)展趨勢。設(shè)計類課程教學(xué)運用VR/AR技術(shù)，可以不受線下教學(xué)的約束，使學(xué)生更好地理解設(shè)計的本質(zhì)內(nèi)涵，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。同時在疫情這種突發(fā)事件到來時 ，線上教學(xué)無法正常進(jìn)行，運用于VR/AR技術(shù)可以快速轉(zhuǎn)換為線上教學(xué)，提供了后疫情時代教學(xué)方法的靈活改變。VR/AR技術(shù)對設(shè)計類課程的教學(xué)方法具有很好的改進(jìn)效果，同時也適用于其他課程和其他專業(yè)，在改進(jìn)教學(xué)方法都具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］ 曾克明，曹國媛.基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的建筑設(shè)計課程教學(xué)研究［J］.中外建筑， 2019（9）：82-84.

［2］ 梁爽.VR在建筑設(shè)計方面的應(yīng)用［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（15）：92-93.

［3］ 李建晶.VR/AR技術(shù)在高校學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.中國房地產(chǎn)，2020（6）：60-63.

［4］ 李俐，張恒.基于VR交互技術(shù)的建筑空間感知教學(xué)模式研究［J］.中外建筑，2018（11）：54-56.

［5］ 潘崟，顏勤，宋曉宇.建筑空間認(rèn)知迭代：VR空間認(rèn)知、設(shè)計、表達(dá)［J］.新建筑， 2020（3）：65-69

［6］ 謝菊明，宋曉宇.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計課程教學(xué)上的應(yīng)用［J］.智能城市， 2018，4（2）：7-9.