虛擬仿真實驗教學(xué)平臺在建筑設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用分析

葛碧霄

[摘 要] 介紹了虛擬仿真概念，總結(jié)了虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的發(fā)展概況及未來趨勢，分析了虛擬仿真系統(tǒng)的特點，結(jié)合建筑設(shè)計教學(xué)的特征，分析了虛擬仿真實驗教學(xué)平臺在建筑教學(xué)領(lǐng)域包括課程教學(xué)和實驗實訓(xùn)教學(xué)等方面的應(yīng)用。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬仿真；建筑設(shè)計；實驗教學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）13-0273-01

虛擬仿真，是指利用計算機生成三維動態(tài)實景，對現(xiàn)實世界或設(shè)計構(gòu)想的世界進(jìn)行視覺、聽覺及觸覺等多通道重現(xiàn)。虛擬仿真實驗教學(xué)平臺則是一套基于虛擬仿真技術(shù)的由顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)捕捉采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、交互控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成的用于師生實驗教學(xué)的大系統(tǒng)。其具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）和構(gòu)想性（imagination）的特點。

一、虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的發(fā)展概況及趨勢

虛擬仿真技術(shù)在設(shè)計行業(yè)，目前主要應(yīng)用在建筑規(guī)劃設(shè)計、城市規(guī)劃設(shè)計、景觀園林設(shè)計、房地產(chǎn)應(yīng)用、名勝古跡虛擬等領(lǐng)域[1]。同時在高校教學(xué)中，虛擬仿真實驗教學(xué)平臺也獲得了越來越多的應(yīng)用。該系統(tǒng)在國內(nèi)已在食品工程、工程力學(xué)、醫(yī)學(xué)、城市規(guī)劃、建筑學(xué)、風(fēng)景園林、機械工程等學(xué)科領(lǐng)域展開應(yīng)用。虛擬仿真實驗室發(fā)展迅速，教育部在2015年已在全國范圍內(nèi)遴選出100個國家級虛擬仿真實驗室，范圍涵蓋了北京大學(xué)、清華大學(xué)等雙一流高校及其他一些高水平高校。

在未來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)帶寬和5G等通信技術(shù)的開發(fā)，信息的計算和傳遞效率將大大提高，可以預(yù)知，虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)平臺和圖像生成處理系統(tǒng)將從客戶端消失，取而代之的是云計算模式，即圖像的計算生成將在服務(wù)供應(yīng)商的服務(wù)器中完成，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端，從而使虛擬仿真系統(tǒng)體積小型化、安裝簡易化、使用靈活化、建設(shè)難度降低[2]。

二、虛擬仿真實驗教學(xué)平臺在建筑設(shè)計教學(xué)中的運用分析

（一）課堂教學(xué)

課堂教學(xué)是建筑設(shè)計教學(xué)的主要內(nèi)容，課堂教學(xué)結(jié)合虛擬仿真教學(xué)平臺，可以使所授理論知識更加形象生動，提升課堂教學(xué)的維度。主要包括如下課程：

1.中外建筑史

中外建筑史知識體系中的理論知識和史料較多，在傳統(tǒng)建筑史教學(xué)過程中，教師只能通過圖片和抄繪來幫助理解，但這種信息傳達(dá)方式不夠立體，學(xué)生在學(xué)習(xí)時還是如霧里看花，也提不起學(xué)習(xí)興趣。

在建筑史教學(xué)過程中引入虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，充分利用該系統(tǒng)的特性，通過前期對建筑史中中外各代表性建筑的數(shù)字化建造，使師生在課堂內(nèi)即能夠“身臨其境”，系統(tǒng)和連貫地學(xué)習(xí)建筑史內(nèi)容，更重要的一點是可以從更高的維度了解和掌握建筑史中的知識，并提升學(xué)習(xí)興趣。

2.建筑構(gòu)造

建筑構(gòu)造在教學(xué)過程中也面對相似問題，利用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)則能夠使知識的傳達(dá)立體化，有助于學(xué)生的理解。例如，建筑構(gòu)造中一些構(gòu)件是如何搭接的，再如斗拱、椽等傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中的復(fù)雜構(gòu)件各零件之間是如何銜接的等，都可以通過虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)再現(xiàn)搭接過程，實現(xiàn)教學(xué)的動態(tài)化、立體化、多維化。

3.場地設(shè)計

在場地設(shè)計的教學(xué)中面臨一個新的問題，即受到學(xué)校所在地區(qū)地形限制，場地設(shè)計時無法實地感受多種多樣的場地類型，典型如平原地區(qū)的高校在做場地設(shè)計時將很難實地感受山地類型的感受，這也對課程的選題造成了一定限制。而虛擬仿真實驗教學(xué)平臺可以通過數(shù)字建模模擬各種類型的場地，并利用自身浸入式的特性，使師生更立體地感受不同的場地類型。

（二）實驗實訓(xùn)教學(xué)

建筑學(xué)的實驗實訓(xùn)教學(xué)可以歸納為兩方面——模型搭建和建筑物理實驗。

1.模型搭建

在許多高校建筑學(xué)的課程體系中，實體模型的搭建都是重要一環(huán)，相較于利用Sketchup、犀牛等三維建模軟件，學(xué)生通過實體模型的搭建可以更好地感受作品的空間組合和建筑的比例尺度。但實體模型制作者和觀察者始終是從“上帝視角”來審視作品，還是無法達(dá)到“人視點”觀察的真實性和直觀性。虛擬仿真實驗教學(xué)平臺融合了數(shù)字模型和實體模型的優(yōu)點，既能快速建模，提供“人視點”的觀察視角，又可身臨其境浸入式體驗建筑空間。

2.建筑物理實驗

由于學(xué)校教學(xué)條件的限制，許多建筑設(shè)計實驗，像天然光導(dǎo)光系統(tǒng)和全年采光實驗、高層建筑玻璃幕墻沖擊波防護實驗等是無法現(xiàn)實完成的。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，可以有效解決建筑設(shè)計實驗條件無法滿足實驗實訓(xùn)的矛盾。

三、結(jié)語

虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)是基于計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代高科技產(chǎn)物。未來隨著該系統(tǒng)的繼續(xù)發(fā)展，建筑設(shè)計教學(xué)必將發(fā)生革命性的變化，教學(xué)將變得更加直觀、立體，互動性更強，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣也將大大提高，培養(yǎng)更多優(yōu)質(zhì)的建筑設(shè)計人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈旭濤.數(shù)字建筑不朽之城：議虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用[J].四川建筑，2006（3）：42-43.

[2]游麗.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[D].四川師范大學(xué)，2010.

[3]黃思程.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].考試周刊，2017（83）：23.