虛擬現實技術在室內外設計與教學中的應用研究

李軍

摘 要：虛擬現實技術作為21世紀發展的重要技術，在室內外設計業、教育等領域有著廣闊的應用前景。

關鍵詞：虛擬現實；人機交流；室內外設計；教育

社會的進步和經濟、科技的發展帶來了大量的技術創新，虛擬現實技術是21世紀產生的重要技術之一，是一門涉及計算機、圖像處理、模式識別、語音和音響處理、傳感與測量、仿真、人工智能技術、微電子等技術的綜合集成技術。它由計算機軟、硬件以及各種傳感器構成三維信息的虛擬狀態，可以真實地模擬現實世界功能上的、物理上的事物和環境。這個虛擬環境由計算機生成的，作用于人的視覺、聽覺、觸覺等器官，使人產生一種身臨其境的視景仿真。

虛擬現實作為一門先進的人機交流技術和藝術已經被廣泛應用于眾多領域，使眾多傳統行業和產業發生革命性的改變，為各行業提供切實可行的解決方案，并且越來越顯示出廣闊的應用前景。涉及領域包括軍事、地理、教育、室內設計、工業設計、城市規劃、房地產等領域的各個方面。其中建筑設計方面，利用技術優勢結合藝術設計，進一步提高生產效率，促進經濟建設的發展。目前，虛擬現實技術在國內的北京、上海、廣州等城市應用很廣，建筑師與設計者正面臨一種新的工作模式，即擁有虛擬現實技術能力與藝術設計能力的完美結合。

虛擬現實作為一種新媒體藝術形式是典型的技術與藝術相結合的產物，對于從事室內外設計的人員來說，應當具備利用新時代背景下的技術來提升作品的藝術性的綜合能力。虛擬現實技術與傳統的設計手段相比具有明顯的特點和技術優勢。虛擬現實技術給用戶帶來的不僅僅是設計作品視覺展示效果上的變革，更讓用戶從中得到了與眾不同的全新交互式體驗。傳統的設計制作表現方法有效果圖、動畫和沙盤等表現形式。效果圖有手繪和電腦兩種，它們都是平面化的三維圖像，用戶只能以特定的視角去觀看三維模型，只能用放大和縮小圖像來觀看模型的局部細節，圖像繪制區域外的其他區域的模型是看不到的，它無法完全展開三維模型的空間思維以及空間的立體效果，可操作性不強；而動畫雖然看起來比效果圖動感十足，但只能依據固定的路線去瀏覽路徑上的相機視角內的三維場景模型，只能通過暫停和重放來觀察模型的局部細節，而且圖像的質量還不如效果圖清晰；沙盤模型是實際場景的縮小化，雖然與實際場景很像，但細節受到模型制作比例和材料的限制，很多細節都被省略掉，無法完全真實地表現出實際場景。以上幾種表現方法，他們都無法實現交互功能，虛擬現實技術則打破了室內外設計以往的從平面、立面、剖面和三維模型的表現模式，通過虛擬現實技術加工制作的三維場景模型，能逼真的表現三維場景環境，直觀地展現設計并實現交互功能。在虛擬的三維環境中允許用戶用虛擬的、動態的方式以各種視角全方位展示場景模型所處的地理環境、場景模型的外貌和建筑的室內空間以及各種附屬設施，身臨其境的感受空間、尺度、環境光線，以及全方位的去觀察場景模型結構，提高設計人員對建筑結構的認識，加強建筑結構和材料預算的準確性。用戶可以在三維的室內空間中自由行走，任意變換自己在場景中的視角位置，還可以實時進行改變墻壁的顏色或更換不同材質的墻壁紙，改變地面的顏色或更換不同的木地板、瓷磚的貼圖等，并能改動家具的擺放位置、更換不同的裝飾物品。設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間，去觀察設計的效果，直到滿意為止。通過虛擬現實技術創建的靜態或動態的三維物體模型，讓設計者的設計方案，變成看得見的虛擬物體和環境，虛擬現實技術這種方式更有表現力和感染力，它所傳遞的信息更為逼真，更能夠吸引用戶的注意。交互功能，房間的切換，建立導航功能，虛擬現實中的骨骼動畫，正是虛擬現實技術帶來的這些完美的室內外環境表現，使得虛擬現實在室內設計中倍受人們關注。在建筑和室內設計領域，設計師們也開始利用這項技術探索新的創作思路和藝術表現形式。藝術設計領域虛擬現實的應用更應強調與重視技術與藝術的結合，技術與設計之間的銜接和轉化。通過虛擬現實技術手段提升藝術設計效果，虛擬現實技術的出現，給在現代室內設計藝術領域的設計師們提供了新的創意空間，從而也給整個藝術領域帶來了全新的歷史變革和突破。

虛擬現實在設計中應用成為一種必然趨勢，同時虛擬現實技術對教育領域的推動創新也是革命性的。它是一個設計工具，也是一個演示媒體，運用虛擬現實技術對教育領域進行創新仍然屬于探索和發展的階段，而高等院校的室內和環藝專業如何開設相關課程進行教學和課程建設，以及教育教學中利用虛擬現實技術完成教學任務，已成為高校教育和科研人員正努力著手的教學研究課題。

一方面，高校的室內設計專業在課程開發中應用虛擬現實技術已成為必然性。高校開設虛擬現實技術的學習必然豐富學生設計表現的方式方法，并且能滿足社會對虛擬現實技術人才的需求，為設計人才培養奠定基礎。在高校室內外設計專業教育的人才培養中，應該在現有教育內容的基礎上，結合專業發展開拓新的專業方向或課程，同時完善室內設計教育體系中這種全新的藝術語言和創作方式。通過對虛擬現實技術在室內設計、城市規劃、房地產、展覽展示的方案案例進行研究，把虛擬現實技術引入室內和環藝專業課堂教學，提高學習效果，促進人才培養。

另一方面，虛擬現實技術也將廣泛地應用于教育教學領域。虛擬現實技術具有虛擬真實與交互特點，作為一種較好的設計表現手段也可以引入室內設計的教學過程中，利用虛擬現實軟件構建互動場景，對現有的教學過程、教學手段、方式進行創新，完成傳統教學中無法實現的教學過程。教師在虛擬現實系統中對教學內容進行選擇、設計、信息加工和即時演示，根據教學需要，設計新的學習軟件，同時對教學程序、教學方式、教學目標進行設計。用虛擬現實技術開發的課件可以用自然的交互方式與虛擬場景中主體直接進行交互，對相關教學內容進行二次開發，把新技術與傳統教學資源進行整合，不斷豐富和完善新的室內設計類課程內涵，實現室內設計在虛擬環境下的可控操作，形成直觀生動的教學案例融入室內設計類課程教學，實現教學內容的優化提升。

其次，虛擬現實系統的優勢在于為教育創設良好的學習環境。對現今的教學方式，不再是單純地依靠書本、教師授課的形式。由于虛擬現實技術的交互式的操作環境、實時三維空間表現能力，并以視覺形式產生一個多維信息展示空間，給人帶來身臨其境的感受，改變了人們只有親身經歷，才能了解環境的模式，從而有效地擴展了人們的認知手段和領域。它彌補了教學所不能達到的許多方面。做比聽和說更能接受更多的信息，三維的展現形式必然使學習過程形象化，使學生更容易接受和掌握。在虛擬環境下展現的教學內容會更加生動，逼真的學習環境，使學生增加對課程的學習興趣，也會活躍課堂的氣氛，發揮主動性，在實際的動手操作中得到更深的體會。例如，學生在虛擬房間進行裝飾裝修的互動模擬，提高教學效果。特別是隨著計算機網絡化的進程，虛擬網絡的建設，將使個別化教學、遠程教學得到實現。

虛擬現實系統在室內設計與教學領域的研究應用對室內設計行業有重要的價值和意義。隨著計算機硬件軟件技術的發展，這個領域的技術潛力應是巨大的，在室內設計中的應用前景也會更加廣闊。我們期待，通過虛擬技術超強的畫面表現能力和豐富的特效功能，在設計領域中發揮極其重要的作用，給用戶創造溫馨和富有創造力的設計生活，促進經濟與建設的發展。