虛擬現實技術在藝術設計專業中的教學應用

郭志強 邊坤

摘 要：目的：虛擬現實教育具有真實性、典型性、沉浸性、生動性、交互性、自主性的特點，能夠在體驗和互動中啟發構思，通過虛擬交互技術構建沉浸式、交互性的課堂體驗、構想性的虛擬課堂模擬。方法：本文從虛擬現實技術在教學中的基本應用形式出發，以藝術設計教學中發揮虛擬現實在教學中的優越性為出發點，探索激發學生學習興趣以及創造力的教學形式。結論：分析藝術設計教育中教學內容、教學設計以及教學模式不同層面上虛擬現實技術的應用形式，探討虛擬現實技術在藝術設計專業的應用方法。

關鍵詞：虛擬現實;藝術設計;沉浸

0 引言

隨著時代的快速發展，新的教學方式層出不窮，從遠程教育、MOOC、混合課程到虛擬教學等新的教學形式的出現，為學生提供了一個跨時空、大信息量、智能化的學習環境，學生在學習時間、空間及方式上都有了更多的自我選擇和支配的機會。這些新的教學方式都給傳統教學方式帶來了巨大的沖擊，同時也給教學方式帶來了新的機遇以及學習效率的提升。其將虛擬教育引入教學當中，營造一個生動形象的教學環境，調動學生各感官的作用，從而提升學生的專業知識和技能。

1 藝術設計專業教學特征

藝術設計專業包括產品設計、環境設計、視覺傳達設計、服裝設計等，各專業人才培養方向各不相同，但卻在“大設計”學科屬性下展開藝術設計專業教育。[1]就藝術設計專業而言，藝術設計專業以培養具備創新設計能力、承擔設計使命，服務社會并引領生活的設計人才為目標。在藝術設計人才培養中，注重創新設計能力以及實踐動手能力的培養，虛擬現實技術能夠有效補充藝術設計教學中的不足，能夠在體驗和互動中啟發構思，通過虛擬交互技術構建沉浸式、交互性的課堂體驗、構想性的虛擬課堂模擬。

2 目前虛擬現實技術的主要形式

虛擬現實技術實現的手段可以分為桌面式虛擬現實技術、沉浸式虛擬現實技術、分布式虛擬現實技術。

桌面式虛擬現實是利用個人計算機或圖形工作站等設備，采用立體圖形、自然交互等技術，在電腦屏幕上產生三維立體空間的交互場景，并可實現電腦屏的360°范圍的旋轉與觀察。桌面式虛擬現實可以實現多角度的產品觀察，特別適用于環境設計、工業設計、三維動畫設計、互動廣告設計等藝術設計專業領域的課堂展示、實踐教學等環節當中，且具有設備硬件實現成本低等優勢。

沉浸式虛擬現實通過頭盔顯示器、數據手套等交互設備把觀賞者的聽覺、視覺、觸覺等其他感覺封閉起來從而模擬一個虛擬空間，使用戶真正成為系統的參與者，并能利用這些交互設備與虛擬世界產生互動，使用戶完全沉浸在一個“視覺、聽覺、觸覺都像是真的一樣”的虛擬世界。沉浸式虛擬現實技術運用于教育中，主要以仿真教學、演示型教學以及情景模擬教學中。

分布式虛擬現實技術一般基于網絡構建而成，是網絡技術與虛擬現實技術的一種融合。利用分布式虛擬現實技術實現遠程用戶進入同一個真實環境中，通過姿勢、聲音、文字等協同完成一件工作或同一任務的演練。[2]目前分布式虛擬現實技術廣泛應用于醫學實驗、軍事演練、消防培訓等領域，在教育教學方面主要應用于遠程網絡學習，通過計算機網絡與多媒體工作站的虛擬現實，使教師可以進行虛擬教學，學習者可以通過個人工作站參加學習，虛擬教學可以使學生有一種身臨其境的感覺，虛擬課堂是傳統課堂的延伸。

3 虛擬現實藝術在藝術設計教學中的應用

藝術設計專業課程設置大體可以分為三類：一是基礎理論課，如藝術設計概論、設計史、藝術設計基礎等。課程內容偏重于設計理論、方法的講解與展示，目前授課形式主要以演示型教學為主，理論講述的內容較多，課堂教學難免乏味。藝術設計教育具有感性特征，重視六感（六感指眼、耳、鼻、舌、身、意6個感官所對應的視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺和感受）的體驗，強調六感之間融會貫通以實現共情、移情和共創。然而，現階段藝術設計教育中很難突出教學中的感性特征，僅從視覺平面的角度進行視覺展示，很難實現教學中的共情、移情和共創。二是設計基礎課，如設計工具性軟件的教學，如PS、AI、CAD、設計素描、設計造型基礎等。課程教學以示范教學法為主，授課形式以講授以及上機操作為主。部分學生對課程學習內容的深度和高度有更高的需求，但由于課時分配與課程教學內容的限制，更高的學習需求很難滿足。由于每個學生的理解力不同，教學效果也會因人而異，使得課堂知識獲取體驗水平明顯偏低。三是綜合設計實踐類課程，如室內設計、產品設計、家具設計、設計實踐等。這類課程注重創新思維與實踐動手能力的培養，也是最需要靈活采用教學方法的教學部分。在教學方法上，很多老師進行了教學方法的創新與嘗試。目前的教學方法主要有模擬式教學、項目式教學、實驗式教學等教學方法，但由于教學條件及場地設備的限制，盡管嘗試了多種教學方式，也取得了部分成績，但在項目實踐中的設計評價、可用性分析方面都很難做到有效的評判，需要借助虛擬現實技術完成由設計開發到設計評價的全流程設計。

綜合以上對藝術設計課程教學體系與課程教學形式的總結，發現目前藝術設計教學中主要存在以下問題：一是課堂教學缺乏綜合的感覺刺激，難以實現教學中的共情;二是課堂知識獲取體驗水平偏低;三是師生互動性差，互動形式單一;四是設計實踐的設計評價以及可用性難以有效評價;五是自主學習的意識薄弱，缺乏自主學習的意識和習慣。

虛擬現實教育具有真實性、典型性、沉浸性、生動性、交互性、自主性的特點，在教育中已經有了越來越廣泛的應用。在藝術設計教學中應用虛擬現實技術，發揮虛擬現實在教學中的優越性，引導學生通過各種感官刺激，獲取知識信息，激發學生學習興趣以及創造力。結合目前虛擬現實技術在教學中的應用方法以及藝術設計專業課程本身的教學特點，嘗試在藝術設計教學中應用虛擬現實技術，在教學內容展現、教學設計以及教學模式的不同層面上應用虛擬現實技術，達到師生教學體驗的綜合性提升。

3.1 基于教學內容（知識點）的虛擬現實技術教學資源的開發與應用

分析藝術設計課程教學內容，將其中需要進行虛擬現實技術展示的知識點、技能點進行分離，根據這些知識點，開發相應的虛擬現實教學資源。

教學資源主要以以下兩個方面為主：一是將課程知識點進行全方位的立體展示以及可交互的作品瀏覽，營造多感官的沉浸式課堂體驗。以德國大眾甲殼蟲汽車這一設計案例的課堂講解為例，在虛擬現實課堂中，學生不僅可以通過教師的講解了解這一設計案例的相關概念，還可以通過虛擬現實設備看到近乎逼真的甲殼蟲汽車，通過手勢交互看到不同角度的細節、打開車門觀看內飾并進行試乘體驗。除此之外，了解設計背后的社會背景、經濟背景、技術背景、設計團隊的設計過程。二是基于交互操作的虛擬現實教學仿真系統開發研究。學生通過虛擬仿真系統，了解系統運行的操控方法以及流程，提供一個虛擬現實的真實場景，從而為學生提供一種綜合的感覺刺激。以曼恒數字開發的木材生產虛擬仿真系統為例，其利用虛擬現實技術構建一個三維虛擬的森林作業、木材生產線系統，學生通過計算機體驗從原木到制材的每一個加工細節，真實模擬其制作流程及方法，為學生充分創設木材加工的真實感知情景，促進學生對木材加工形成穩定清晰的表象，實現教學中的共情，促進學生對重點知識的理解。

3.2 教學設計的相關研究

虛擬現實技術是一種嶄新的教育形式呈現在藝術設計專業的實際教學應用中。通過在教學設計、教學實施過程中應用虛擬現實技術，完成藝術設計教育中所需要的綜合感覺刺激、場景化實踐教學以及設計可用性評價等教學需求。教師在虛擬現實教學設計時需要構思全新的教學思路，在分析教學目標的基礎上，首先要確定教學的對象，從認知體系和對象層次上深入分析，從心理上、敘事方式、空間展示程度上進行全面分析，并給出知識點進行分解和場景的轉換，完成空間懸念設置，虛擬敘事線設置，構造多種教學故事表現形式和虛擬空間構造形式。[3]

3.3 基于教學模式的虛擬現實技術應用

教學模式的具體實現離不開技術的支持，虛擬現實教學模式是一種將虛擬現實技術應用到教學中的活動模式。[4]教與學的過程不僅僅是在實體空間的課堂上，更是在互聯網空間的網絡教學中。目前，高校對于互聯網教學模式的探討日益增多，從國家精品課程建設到MOOC課程建設、混合課程建設等網絡式課程建設，都對目前高校教學模式產生了較大的影響。藝術教育強調技能的傳承與創新能力的培養。互聯網教學可以提升學生學習的自主性，并形成良好的知識交流平臺，促進教師與學生教與學過程的體驗，因此同樣適合于藝術設計專業的教學中。但目前網絡教學模式也存在很多的問題，如學習缺乏交互性、沉浸感和趣味性，有必要將虛擬現實技術與網絡課程教學相結合，從而為學習者構建一個良好的線上線下結合的學習平臺。應用分布式虛擬現實技術將孤立的或小范圍的虛擬現實系統地連接起來，通過空間關聯以構造大范圍的虛擬環境，支持分布在不同地域的多個用戶在同一個虛擬的世界中進行實時交互，協同完成各種任務，學習者提供了以三維動態形式呈現的學習內容，使其在這一環境中具有較好的真實感和沉浸感，學習者通過三維的、自然的交互更好地表達情感、參與協作。[5]

4 結語

藝術設計專業加入虛擬現實技術，能夠徹底地改變藝術設計的教學模式，讓學生能夠身臨其境地對設計工藝、方法等內容進行學習和操作，通過更加真實、直觀的方式展現教學內容，提升學生對知識的理解和掌握程度，同時通過虛擬現實技術達到線上線下互動的教學模式，整體優化藝術設計的教學過程，提升教學質量。虛擬現實技術是創新式發展藝術設計教育不可或缺的手段，未來還有很多教學內容、方法值得我們深入探討和研究。

參考文獻：

[1] 黃華明，王萍，吳傲冰，朱凱.工科院校藝術設計專業實踐教學體系的構建[J].實驗室研究與探索，2013，32（6）：176.

[2] 李小平，張琳，趙豐年，陳建珍，許夢幻.虛擬現實/增強現實下混合形態教學設計研究[J].電化教育研究，2017，38（07）：20-25.

[3] 王雪松.虛擬現實技術在高職藝術設計教育中的應用研究[J].美術教育研究，2018（2）：156.

[4] 梁瑞娜.國內教育領域中虛擬現實技術研究的可視化分析[J].廊坊師范學院學報（自然科學版），2018，18（03）：29-35.

[5] 李文宏.分布式虛擬學習環境下工科開放教學模式的設計[J].教育與職業，2010（29）：99-101.

作者簡介：郭志強（1963—），男，研究生，教授，主要研究方向：設計教育，機械設計。