基于大學生實踐創新項目的園林虛擬實驗室建設研究

摘 要：“以項目促建設”，依托大學生實踐創新項目推動園林虛擬實驗室建設，進一步建設開放性強、設備先進、管理規范、科研能力強的園林虛擬實驗室。文章從大學生實踐創新項目的角度出發，將大學生實踐創新項目和園林虛擬實驗室建設相結合，促進兩者共同發展。

關鍵詞：大學生實踐創新項目；園林虛擬實驗室；建設

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）02-0022-03

一、引言

虛擬現實技術（VR）是一種新型的計算機輔助技術，對風景園林學科來說具有重要的意義。在方案設計階段運用虛擬現實技術，設計師的空間體驗更具交互性和直觀性，給設計師提供了一個方案創作的新途徑；在方案的表現上，觀眾可以多角度、實時互動地來理解和感受設計師的設計意圖，達到身臨其境的感覺。虛擬現實技術在教學中，主要用于對現實環境、景觀和建筑等進行仿真模擬，可以幫助學生感受材料的質地、顏色等物理特性，為學生提供逼真、感性的學習途徑，有利于師生的互動學習，激發學生的創造力和自主學習能力。[1]

以南京林業大學為例，目前大學生實踐創新項目主要有國家級大學生創新創業訓練計劃、江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃項目、南京林業大學大學生實踐創新訓練計劃（教務處）、南京林業大學大學生實驗室創新項目（實驗室與基地建設管理處）等，這些項目都給大學生提供了多層次、多平臺的實踐創新機會。學生利用園林虛擬實驗室先進的設備進行實踐創新項目研究，有利于他們拓展創新思路，增強解決問題和團結協作的能力。

園林虛擬實驗室是伴隨著虛擬現實技術的發展而出現的新型實驗室，各高校的園林虛擬實驗室多是在虛擬現實設備供應商的幫助下建成的，強調園林景觀場景的虛擬展示，而對虛擬現實技術輔助教學科研的功能不夠重視。此外，由于缺乏可以借鑒的虛擬實驗室案例，在園林虛擬實驗室的建設和管理中出現了一些問題。

二、園林虛擬實驗室建設和管理中出現的問題

1.盲目建設，缺乏對虛擬實驗室本質的認識

近幾年來，虛擬現實技術的成熟和普及助推了各高校建設虛擬實驗室的浪潮，園林虛擬實驗室也雨后春筍般紛紛出現。由于認識上的誤區和急功近利的心態，多數園林虛擬實驗室建成的是園林景觀“虛擬展廳”。環形折幕、立體投影儀、立體眼鏡、三維鼠標、高性能計算機等硬件設備實際上僅僅構成了“立體影院”，并沒有完全發揮出虛擬現實技術的科研功能。更有甚者，相近學科重復建設功能類似的虛擬實驗室，造成了資源和人力浪費。

2.人員缺乏，虛擬實驗室管理的相關培訓較少

目前，園林虛擬實驗室的管理人員嚴重缺乏。一方面，由于崗位編制的原因，很難保證園林實驗室擁有專職的實驗管理人員；另一方面，有園林專業背景并且具有虛擬現實技術知識的人才屈指可數，多數的實驗室人員只能進行日常的實驗室管理工作；再一方面，有相應技術水平和能力的人才由于職稱評定和待遇等因素，不愿意長期從事虛擬實驗室的管理工作。此外，園林虛擬實驗室工作人員的專業培訓較少。園林虛擬實驗室人員缺乏，專業素質不夠嚴重制約了虛擬實驗室的發展。

3.維護不足，虛擬實驗室軟硬件老化

“重建設，輕維護”是園林虛擬實驗室目前普遍存在的突出問題。這與單位重視程度、人員配置與素質、管理經費投入、實驗課程設置等有一定關系。虛擬實驗室不同于傳統實驗室，軟硬件設備尤其是軟件系統的更新換代速度極快，而且虛擬現實技術日新月異，如果仍然按照傳統實驗的運行和維護模式去管理，就很難體現出虛擬現實的技術優勢。

4.開放不足，虛擬實驗室空置率較高

與傳統實驗室類似，園林虛擬實驗室開放不足的問題也較為嚴重。有些虛擬實驗室可以保證正常工作時間的開放，工作時間之外就不能開放，靈活度不夠，而且在實驗內容上的開放度也不夠[2]；有些虛擬實驗室則處于半關閉狀態，實驗室的空置率較高。這些都不利于大學生實踐創新活動的開展，沒有充分發揮出虛擬實驗室作為大學生創新活動科研平臺的作用。

三、園林虛擬實驗室建設和管理方法研究

1.園林虛擬實驗室建設的政策引導

（1）加大宣傳，進一步開放園林虛擬實驗室

虛擬現實技術是新生技術，因此園林虛擬實驗室一直籠罩著神秘色彩。加大宣傳，普及虛擬現實技術，消除對園林虛擬實驗室的神秘感，進一步開放，讓廣大師生能夠走進虛擬實驗室進行教學科研活動。

（2）政策扶持，科學地推進虛擬實驗室建設和管理

園林虛擬實驗室主管單位要做好頂層設計，制定科學合理的建設和再建設方案，分步驟施行，避免“重復建設”和“重建設、輕維護”。在虛擬實驗室人員配置和待遇方面，既要進行優化也要注重績效考核。對于大學生實踐創新項目、大學生課程競賽等創新設計類實驗實踐項目，在實驗課程安排、實驗學分認定和實驗經費等方面有所傾斜。

2.園林虛擬實驗室的管理隊伍建設

（1）定編定崗，制定相應的激勵政策

建立穩定的管理隊伍是做好園林虛擬實驗室管理的前提。虛擬實驗室是一種新的實驗室類型，不同于傳統實驗室，管理人員不僅需要有傳統實驗室管理人員的素質，更要求管理人員具備現代電子設備的管理、操作甚至是檢修能力。這一特殊性要求相關單位在人員配置方面要定編定崗，并在管理人員的職稱和待遇等方面制定相應的激勵政策，留住人才，潛心于園林虛擬實驗室的日常管理和教學科研活動。

（2）靈活管理，專兼職與學生管理相結合

在進一步開放實驗室的趨勢下，單純依靠人數有限的實驗室專職管理人員管理是不現實的。應該改變傳統的實驗室管理方式，制定相應政策鼓勵青年教師兼職參與實驗室管理和實驗室建設。教師利用園林虛擬實驗室進行科研活動的同時，也可以作為實驗室的兼職管理人員參與實驗室的管理，不僅可以減輕專職實驗室管理人員的工作強度，也可以通過引入科研項目，進一步提高園林虛擬實驗室的科研能力。同時，在園林虛擬實驗室設立勤工助學崗位，選拔認真負責、專業能力強、對虛擬實驗室工作感興趣的學生參與虛擬實驗室的日常管理，確保實驗室在正常工作時間之外也能對外開放，這對學生開展創新項目的研究十分有利。

（3）定期培訓，提高管理和使用水平

虛擬實驗室的核心設備是虛擬現實技術實現的硬件和軟件。這些硬件和軟件需要及時更新，同時管理和使用人員也需要不斷地再學習，這是區別于傳統實驗室的一個重要特點。人員培訓是園林虛擬實驗室可持續發展的保證。在人員培訓方面，可以采取“請進來、走出去”的方式。一方面，緊密聯系國內外虛擬現實設備提供商，在提供設備的同時，進行定期的技術指導和培訓；另一方面，積極安排管理和使用人員參加虛擬現實技術的交流活動，及時了解和掌握虛擬現實技術發展和應用的最新動向。此外，鼓勵實驗室人員參與教學和科研工作，鉆研虛擬現實技術，熟悉實驗方法，優化實驗設備、改進實驗設計，提高虛擬實驗室的開放程度和管理使用水平。

3.提高虛擬實驗室的開放程度和教學科研水平

（1）項目引領，大學生實踐創新項目與園林虛擬實驗室建設相互推動

“項目引領”是園林虛擬實驗室可持續發展的動力。①園林虛擬實驗室為學生的創新項目和師生交流互動提供一個先進的科研平臺。虛擬現實技術具有沉浸感、交互性、構想性和多感知性等獨有特點，使學生能夠自如地把握空間，科學地比較方案和權衡利弊，使方案設計更趨合理和完美。指導教師和設計團隊成員可以通過VR演示系統深入到場景中交流設計方案；②大學生實踐創新成果可以不斷完善和豐富園林虛擬實驗室的程序庫和教學素材庫。例如，筆者近幾年指導的大學生實踐創新項目“BIM技術輔助建筑物改造研究”、“南京林業大學校園虛擬現實展示系統開發”、“基于SketchUp的園林三維施工圖表達探索”等都通過園林虛擬實驗室平臺開展研究，取得了較好效果。與此同時，各類大學生實踐創新項目通過使用園林虛擬實驗室設備平臺，能夠促進園林虛擬實驗軟硬件的更新和實驗能力的提高。

（2）自主研發，更好地服務教學科研活動

為廣大師生提供園林虛擬實驗場地和設備是園林虛擬實驗室的首要任務，而軟件開發是對園林虛擬實驗室的更高要求。目前市面上存在很多虛擬現實應用軟件，針對多種應用領域，但真正為園林景觀而量身設計的虛擬現實軟件并不多，而且多是國外公司的產品，價格昂貴。許多國外軟件產品并不是專門為我國市場開發的，對于我國國情和園林景觀的特殊性考慮不足，也很少考慮教學需求。因此，開發適合國情、適合教學需要的虛擬現實應用程序變得非常急迫。單純開發虛擬現實平臺需要相對雄厚的技術力量，而在現有平臺上進行二次開發和素材案例庫開發則相對簡單和快捷。例如，目前較為流行的虛擬現實軟件Lumion3D可以從SketchUp、3DSMAX等三維建模軟件中導入模型，并對場景進行天氣、季節、時段、材質等的仿真模擬。Lumion3D具有非常豐富的植物素材庫，但植物素材庫中中國的植物幾乎沒有。利用SpeedTree等軟件創建所需的植物模型導入Lumion3D，可以進一步豐富Lumion3D的植物庫。

（3）改變認識，推行“平民化”的虛擬現實技術[3]

從分類來看，虛擬現實技術可分為桌面式VR系統、沉浸式VR系統、增強式VR系統和分布式VR系統四個類型。桌面式VR系統是使用個人計算機和中低端圖形工作站來產生三維虛擬交互場景的VR系統，具有價格低廉、攜帶方便、適用性強等特點。園林虛擬實驗室電腦和學生個人電腦都可以構成桌面式VR系統，而園林虛擬實驗室的其他交互性軟硬件則可以構成沉浸式VR系統。參與實踐創新項目的學生可以通過在個人電腦中安裝園林虛擬現實場景所需的建模軟件和虛擬現實軟件，完成園林場景的構建，并通過網絡與園林虛擬實驗室的設備進行連接，從而形成分布式VR系統，方便師生互動交流和組員的協同工作。推行“平民化”的虛擬現實技術是切合大學生實踐創新項目實際的方式，不僅經濟高效，能夠激發學生的興趣，也能充分利用課余時間，進一步擴展園林虛擬實驗室的開放度。

4.園林虛擬實驗室的管理制度化和現代化

由于園林虛擬實驗室的開放程度較高，各種貴重設備較多，因此建章立制、規范化管理顯得尤為重要。以南京林業大學園林虛擬實驗室為例，實驗室制定了《虛擬仿真園林實驗教學中心管理制度》、《虛擬仿真園林實驗教學中心開放制度》、《虛擬仿真園林實驗教學中心防火安全規定》、《虛擬仿真園林實驗教學中心緊急事故處理預案》等規章制度[4]，在制度上規范了園林虛擬實驗室的日常工作。在園林虛擬實驗室的使用方面，采用了“實驗室開放與預約系統”，參與實驗的學生可以通過該系統申請預約實驗室及設備，學生預約后通過校園一卡通刷卡實驗室門禁系統進入實驗室。該系統還能對學生的實驗狀態、實驗時間等狀況進行實時監控，確保園林虛擬實驗室設備和人員安全。

四、結束語

經過多年建設和發展，各高校的園林虛擬實驗室初步形成了各自的實驗教學和科研模式，但也出現了一些亟待解決的問題。只有充分認識到園林虛擬實驗室建設和管理中出現的問題，在政策引導、管理隊伍建設、開放程度和教學科研水平提高、管理制度化和現代化等方面下功夫，才能進一步做好園林虛擬實驗室的建設工作。“以項目促建設”，依托各類大學生實踐創新項目推動園林虛擬實驗室建設，進一步建設開放性強、設備先進、管理規范、科研能力強的園林虛擬實驗室，不失為一種有益的嘗試。

參考文獻：

[1]祝曉.虛擬現實技術輔助園林規劃設計研究[D].南京：南京林業大學，2011.

[2]蔣西明.以培養大學生創新能力為目標的實驗室建設研究[D].重慶：西南大學，2008.

[3]黃慕雄.高校教學型虛擬實驗室建設的現狀與建議[J].電化教育研究，2005（9）：79.

[4]李衛正，張青萍，趙兵etal.面向園林規劃設計的虛擬現實實驗室[J].實驗室研究與探索，2014，33（10）：119.

（編輯：魯利瑞）