虛擬現實技術（VR）在建筑美學課程中的應用研究

【摘要】由于美學內容的理論深度和建筑專業的實踐與具體性差別，將虛擬現實技術（VR）與建筑美學課程的理論體系相結合，據此進行課程的應用研究，對于課程教育是一個有效并有趣的方法。VR在建筑美學課程教學中的運用，可更好地體現建筑的整體與環境美、感知建筑運動感的空間美、表現虛實關系和真實效果。

【關鍵詞】虛擬現實技術 建筑美學 應用研究

【中圖分類號】G71【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）07-0243-02

隨著美學教育在高職院校美育中的發展，許多高校建筑類專業和其它相關專業（如，城市規劃、室內設計、景觀園林等）更加重視美學教育，相繼開設建筑美學課程作為選修課，甚至被認為有必要成為一門必修課，安排在建筑歷史與理論課程系統中。由于美學內容的理論深度和建筑專業的實踐與具體性差別，將虛擬現實技術（VR）與建筑美學課程的理論體系相結合，據此進行課程的應用研究，對于課程教育是一個有效并有趣的方法。

一、虛擬現實技術與建筑美學的概念

虛擬現實技術就是伴隨多媒體技術發展起來的計算機新技術，它利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨率顯示技術，生成三維逼真的虛擬環境，用戶需要通過特殊的交互設備才能進入虛擬環境中。在最近十幾年得到了飛速的發展，由于其特有的仿真特性，如，沉浸感、時實交互性、想象力和三維圖形等，它正在成為解決工程問題的一種重要方法，也是實現計算機輔助教學的一個重要手段。

建筑美學是藝術美學和建筑學的重要分支，是建立在建筑學和美學的基礎上，研究建筑領域里的美和審美問題的一門學科。主要通過對建筑美的產生發展和意義、建筑的構成形態、法則、審美意匠以及建筑所反映的理性精神等內容的介紹，全面而系統地闡述建筑美學的內容，既從分析具體的建筑著手，又使其體現美學和哲學的深度，從而實現陶冶學生美的情操，使學生對建筑具有學習美、欣賞美、分析美、把握美和創造美的能力的目標。

二、建筑美學課程教學中存在的主要問題和應用VR的意義

建筑美學是美學（門類美學之一），不是建筑歷史，也不是建筑藝術。學生必須在感知美學和哲學的深度下，具體理解和掌握建筑美的相關知識，實現從感性認識到理性認識的飛躍。因此，建筑美學不能空談，不能只在概念上兜圈子，而應從建筑實際出發進行研究。有了建筑美學的基本理論，還需從許多實際的建筑中進行剖析，從古今中外的大量建筑中分析它們美在何處。然而在實踐教學中，這個重點，也是普遍存在的教學問題。例如，建筑美學課程中造型美的重要知識點——比例和尺度中的“比例”，授課時常會以紐約利華大廈作為典型，說明比例對建筑的重要性，其高層建筑正面的高和寬之比構成了一個近似于黃金比的豎向長方形（1:0.618），其長方形的頂部與底部的高度與中間部分高度之比的明顯差別清楚地表達了主次關系，我們最初采用手繪方式來展示視覺效果，后來增加了靜態圖片，甚至有flash動畫等形式，但是靜態圖片和flash動畫都是屬于二維圖像，沒有三維場景真實，學生對該建筑的結構停留在表面的設計和樣式上，而對內部比例、立體結構、透視關系等更深一層的理解沒有得到很好的體會，因此效果不是特別理想。又如，“虛實與層次”知識點，我們在以深圳科學館為例時，雖然考慮使用了部分三維軟件制作的效果圖進行分析對比，進行墻實窗虛的講解，但是建筑的虛實關系，不只是表層的純手法，還有深層次的文化和哲理內涵，特別是典型的中國傳統建筑更能體現此內容，而在這個學習的過程中，學生的理解受到了三維效果圖的制約，而沒有實時交互性，學生的參與性完全沒有體現，更加談不上對環境有沉浸感。三維軟件制作出來的3D場景其運動已經固化，不能像VR技術一樣可以鼠標交互或根據用戶隨意更改視角的那樣靈活。

當我們涉及審美時，不同的審美主體對于相同的審美客體會有不同的感受，這往往會影響創造性的發揮，而藝術范疇也往往沒有固定的審美標準。我們在教學中要培養具有美的情操，對建筑具有學習美、欣賞美、分析美、把握美和創造美的能力人才，應該在學生學習的過程中增強學習的實時交互性，充分發揮學生的主觀能動性、想象力等，激發學生潛在的創造力。

此外，如今高職高專的學習過程雖為三年，但實際授課時間較短，往往只有兩年或兩年半的在校學習時間，所以專業選修課的授課時間更少。如建筑美學課程采用同濟大學沈福煦老師的教材，為我院大一開設的課程，只有16個課時，僅為本科院校課時設置的一半，這就要求教師在授課過程中提高效率和教學質量，因此非常有必要利用更加先進的教學理念和教育技術手段進行輔助教學，從而提高學生的理解速度和深度，才能增強學生的創新能力和社會競爭力。

教育技術就是把當前先進的媒體技術、計算機技術和教育理論、理念運用到教育教學的過程中，優化、改善教育教學過程。建筑美學在教學的過程中因其抽象且視圖角度固定而不容易分析，而VR技術是基于三維軟件的基礎綜合了靜態、動態圖像、視頻的優點和特色，并實現鼠標交互等優勢，具有可以自由地觀察虛擬空間內的事物，可以按使用者隨心所欲地改變所需視角來觀察和分析，因此在彌補抽象知識不易理解和教授的環節上有良好的效果，從而提高教學質量、激發學習興趣、培養想象力和創造力等讓學生更好、更有效地掌握建筑美學知識。

綜上所述，充分依托現代先進技術理念，利用VR技術進行建筑美學課程的輔助教學是很有必要的。

三、現有有效利用VR進行科研、教學的例子

1.應用于城市規劃。可用于處理現存的地理信息系統數據以生成地形圖，多角度進行觀察。也可用于各個子系統的集成，方便虛擬規劃方案。

2.應用于建筑遺產保護。使用GIS空間數據庫的技術保存歷史建筑的空間分布及其屬性，通過近景攝影測量的方法數字化地保存建筑物的局部細節和立面紋理，對文物建筑進行歷史建筑數字化保存和歷史建筑信息化管理等方面研究。

3.應用于土木建筑工程。實時動態演示和控制設計和施工的過程、實時動態控制結構的重分析和獲取施工控制數據時，可以借助圖形或圖像進行，能夠達到形象直觀的效果，既具有說服力，又能有效傳達設計意圖。

4.應用于航天仿真研究。利用對虛擬設備的操作，可大大提高航天員的操作水平。而且仿真技術具有經濟、安全、可重復性的特點，若想提高航天員工作效率、通過航天器系統可靠性，通過飛行任務或操作的模擬就可以實現。

5.應用于水力機械制造工藝教學。為幫助學生直觀地觀察零件結構，理清零部件的裝配關系，可將抽象的零件和加工過程形象化，將加工過程中所涉及的素材通過虛擬現實技術融入到教學課件中，有助于進一步理解結構設計與加工工藝的關系，縮短理論與實際的距離。

6.應用于采礦工程課程教學。若應用虛擬現實技術，為學生創造其身臨其境的體驗式條件，能使他們迅速熟悉礦井三維生產系統各個環節，通過在計算機上實現對全礦井各個部分的漫游，有助于提高學習效率和在將來工作時快速適應礦山環境。

以上應用案例充分說明當前VR技術的優勢和不可替代的作用，也說明了VR隨著其普及滲透到越來越多的領域中，并給各領域帶來了新的發展機遇和前景，也為教育教學改革、人才培養模式和提高教學質量帶來了不可限量的前景。

四、VR在建筑美學課程教學中的運用

這里我們主要推薦VEStudio這個軟件，對VR在建筑美學課程教學中的運用進行介紹與研究，原因是VEStudio是一個從事多年虛擬仿真系統制作、三維GIS系統構建、虛擬現實技術（VIrtual Reality）應用的團隊開發而成的專業虛擬仿真平臺軟件。該平臺可應用于規劃、三維地理信息、虛擬旅游、地產、產品展示、軍事、古跡復原、工業設計、仿真教學等領域。VEStudio于2009年正式推出VEStudio虛擬仿真平臺全免費版，提供給廣大虛擬現實制作者、三維GIS應用者、虛擬仿真的業余愛好者以及相關專業人員無任何限制地使用。

1.體現建筑的整體與環境之美

現代建筑的整體觀念往往不在于求得建筑自身形象的“盡善盡美”，而是在于求得它在整體環境中的和諧結合。因此我們在欣賞建筑藝術時，必須善于把握美的整體特性，這就要求我們能通過把握事物的整體或統一結構來實現。對于現代建筑來說，這種整體的“統一結構”往往不是畢業生首先表現在個性建筑的自我完善上，而是在建筑環境的整體關系上。建筑藝術所謂的“個性”、“特色” 、“生動”、“鮮明”等，都應納入建筑美的整體環境之中。

我們在教學時可以準備通過VR制作出的作品，分別定格在全視圖的角度和城市內部的任意一個視角，當我們想仔細研究整體的建筑分布或局部其中的美學原理時，使用者可以利用鼠標可以隨意改變視角或者縮放進行觀察，也可以對局部某個建筑進行全方位的研究，這樣才能充分發揮學習者的主觀能動性。

2.感知建筑運動感的空間之美

建筑的審美對象中，建筑內外的空間造型一直都是占主要地位的。由于建筑外殼包容著龐大的內部空間，因此建筑的實體形態，同它的空間一樣，總是呈現出“三次元”，“三項量”性質。所以，從本質上看，建筑造型就是三維空間的立體造型。

建筑非常講究空間感，職業教育在培養學生的空間感知能力時，常用一些小比例的實物建筑模型展示，只能提供立體物體的某一個視角或者某幾個視角，學生無法見到提供的圖片以外的視角，存在的局限性不少。采用VR對舉例建筑進行虛擬仿真，更形象地讓學生感受三維物體的信息，可以在不同角度，真正體會到其空間結構之美。

我們知道從小空間進入大空間，會感受到奇妙的戲劇效果，給人以獨特的美感享受。美國國家美術館東館的內部有個高達80英尺的玻璃頂大廳，參觀者可以穿越那僅有10英尺高的低矮門廊進入其中。而進入空間不能用平面圖憑空想象，否則學生便不能實現仔細揣摩、用心體會，因此我們采用VR技術進行真實的空間模擬，讓大家站在矮門廊下再邁入大頂范圍，頓時能進入生氣盎然、極富動感的中庭空間，于是會對空間產生豁然開朗、心曠神怡的感覺，精神也會為之一振，自然發出對空間美的驚嘆。

此外，曲面比平面更容易產生流通感，彎曲走廊的空間的運動感是很明顯的，人會自然而然地沿著曲面前進，這也被有些人稱為動態空間。如北京頤和園的長廊，長達728米因此被稱為具有皇家建筑氣質的“世界第一長廊”，其建筑手法的成功毋庸置疑，即便是使用照片教學也能讓學生從中體會，而增加了VR技術教學后，如圖5，學生通過“廊”游動性的空間，因其彎彎曲曲的設計，可以從不同角度去感受情趣之美，增強空間的動感，使視線得到連續。

3.表現虛實關系和真實效果

建筑的“虛”就是空，“實”就是有物。建筑形象的虛與實的手法，也很有講究，它直接影響到建筑的美。建筑的虛實關系，不只是表層的純手法，還有深層次的文化和哲理內涵。

美國“流水別墅”，它挺拔的墻體，舒展的挑臺和三度空間的幾何形體有機地結合在一起，組成高低錯落、縱橫穿插的幾何形體，對比十分強烈，VEStudio 3虛擬仿真平臺擁有先進的高效率的實時陰影效果，如此這般顯示了明暗變化和虛實對比，使作為視覺的主體建筑形象更加突出，起到了渲染和強化藝術效果的作用。

VR強大的凹凸貼圖、天空效果、云彩云層效果、噴泉效果、水面效果、交互能力等，為模擬真實世界事物奠定了強大的基礎。模擬環境使用戶難以分辨真假，如同置身于現實世界中，無論是看，還是聽，甚至是動，都給人以真實的感受和效果。

五、小結

隨著虛擬現實技術在現代社會的發展，其應用的層面越來越廣。研究虛擬現實技術在具體課程中的應用，有利于發現、使用新的教學手段和教學方法，提高課程教學質量，使學生能更好地感知建筑的美、體會其中的內涵并掌握相關的理論知識。

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作者簡介：

周春媚，碩士、講師，廣西建設職業技術學院教師，主要研究方向：城市與建筑美學。