以VR虛擬現實技術促進古建筑教學

袁玉康 雷 華

(廣州城市職業學院，廣東 廣州 510410)

0 引言

當前古建筑課程教學中，傳統的教學模式不利于學生理解和掌握古建筑的形態特點，二維的平面圖像和抽象的數字概念，容易讓學生對古建筑的認識記憶產生混亂。

而VR虛擬現實技術很好的彌補了這一缺陷，將平面化的知識轉化到立體維度，通過虛擬現實、身臨其境的體驗方式，去認識和感知我們的古建筑，以交互、對話等手段，將原來沉悶的背誦記憶變為多維度的感知體驗，讓學生通過虛擬的體驗教學模式，更加直觀的感受古建筑的精致與雄偉。

1 當前古建筑教學中存在的問題和不足

1.1 教學媒介傳統

教學媒介落后，以《中國建筑史》為例，如此數量龐大的建筑遺存，展示給學生的只是簡單的二維圖像，還有一大串抽象的數字記憶，偶有一些視頻短片介紹，但都是局限于單一方向傳達，面對如此復雜的數據和大同小異的建筑形態，學生難于有效掌握相關的知識，而且容易混淆錯亂。

1.2 教學形式單一

教學形式單一，基本上以教師講授為主，重理論輕實踐，但是古建筑歷史悠久、內涵豐富、形式多樣、結構復雜，聯系緊密，簡單的語言根本無法描述其完整性和復雜性。以《古建筑構造》為例，古建筑構造復雜，隱含了豐富的古人智慧，單是一個斗拱就由幾十個構件精密而巧妙的組合在一起，如果沒有現場的感官體驗和拆裝實踐是難于掌握的。

1.3 教學過程枯燥

古建筑課堂知識要求學生依靠形象記憶和數字記憶，掌握各類建筑遺址、建筑物、建筑規制、建筑材料、建筑工藝的相關知識點，然而內容復雜，信息量龐大，背誦這些知識點非常困難，過程也極為枯燥。

2 VR虛擬現實技術課堂教學的作用與特色

當前正處于互聯網和大數據時代，信息科技技術日新月異，各種新技術層出不窮，VR虛擬現實技術就是其中一個代表，其作用日益凸顯，被廣泛運用到各個領域中，虛擬現實技術具有強大的生命力，也被預測是下一代的技術變革的突破口。當前教育發展趨勢是信息化、數字化、智能化，將科技發展的成果應用到教育教學中，利用新技術改革傳統教學模式，促進現代教育發展，提升教學質量是必然趨勢。

2.1 VR虛擬現實技術課堂教學的作用

2.1.1變革傳統實訓方式

通過VR虛擬現實技術，突破傳統實訓室的限制，學生可以根據自身學習情況選擇不同的實訓內容、實訓方式和實訓時間，老師還可以隨時在線上進行指導，這樣教學就可以因人而異、因材施教，且不受實訓場地、時間等客觀因素限制。

2.1.2提供嶄新的教學手段

通過VR虛擬現實技術，可以將學習過程虛擬現實化，學生帶上VR設備就可進入一個虛擬空間場景，并通過人機交互操作，實現相關的虛擬成果或效果，增強現實體驗。

2.1.3節約教學成本

通過VR虛擬現實技術，學生在虛擬訓練場景中開展實訓活動，可以反復進行相關訓練操作，不但沒有實驗風險，而且不會損壞教學的設備、工具，消耗訓練耗材，節約教學成本。

2.1.4形成可視化的數據庫

通過VR虛擬現實技術教學系統，可以監督學生的實訓過程，并保存學生實訓全過程的相關數據，為后期對實訓開展復習、檢查、評分等提供依據，并通過后臺系統形成可視化的虛擬實驗數據庫。

2.2 VR虛擬現實技術的課堂特色

2.2.1以學生為中心，實現翻轉課堂

以學生為中心，圍繞知識點設計任務模塊，學生根據自身的學習情況，選擇學習實訓的內容，學生可以自主制定學習內容和實訓計劃，學習過程自我評價、相互監督，教師回歸引導和輔助的角色。

2.2.2以游戲為驅動，實現快樂課堂

在VR虛擬技術的場景中，可以通過游戲任務通關的方式，鍛煉和檢驗學生的學習成效，增強趣味性，例如“古建筑斗拱構造”的學習，就可以通過“名稱、排列、拆卸、安裝”等多種互動方式，讓學生在沉浸式的環境中學習，在趣味游戲互動中，輕松學習復雜的古建筑構造知識。

2.2.3以多維感官為手段，實現智慧課堂

VR虛擬教學模式，是一種集合聲光電的體驗式、代入式教學，學生將在一個虛擬的空間場景中進行觀看、體驗、訓練、實踐，在過程中發現問題和解決問題，同學和老師在虛擬的空間中進行實時互動，匯報方案、研討問題、點評成果全部在線上完成，實現智慧課題。

3 VR虛擬現實技術在古建筑教學的實施案例

廣州市海幢寺大雄寶殿教學系統是采用VR虛擬現實技術輔助古建筑教學的嘗試。通過現場調研、實地測繪、建立海幢寺大雄寶殿的CAD二維建筑尺寸圖、然后利用3Dmax軟件建立海幢寺大雄寶殿的三維建筑模型、再導入unity系統設計教學體驗環節，最終形成一個VR教學體驗系統。

廣州市海幢寺大雄寶殿教學系統，不僅將該建筑進行再現復原，學生帶上頭盔就可以在建筑內外游覽觀賞建筑，系統還對該建筑外部形態和內部結構進行分解剖析，學生可以觀看建筑內部結構以及建造過程，并開展拆裝建筑構件的模擬訓練。系統還結合聲光電技術，通過交互講解古建筑的建筑風格、歷史沿革、建筑概況以及其背后所隱含的建筑文化知識，展示建筑的藝術價值、文化價值、歷史價值和科學價值。

3.1 主程序加載功能設計

廣州市海幢寺大雄寶殿教學系統主界面設計制作了三個主程序，如圖1所示分別是交互漫游、建造流程、工藝流程。交互漫游主要用于參觀瀏覽，這個功能主要解決原來觀看二維建筑圖片的不足，通過瀏覽功能，學生可以親臨其境般觀察建筑的形態和尺度規模，感受建筑的氣勢與雄偉。建筑流程功能主要展示古建筑的建造過程，通過這個功能學生能夠認識古建筑的建造過程及其巧妙之處，同時可以觀看到各種建筑構造的搭接關系和流程。工藝流程主要是詳細講解古建筑各個部位的工藝建造流程，特別是一些重要構造的演繹和模擬訓練。

3.2 “交互漫游”功能設計

交互漫游彌補了古建筑現場考察交通不便、成本高的問題。在此功能下，學生可以任意選擇參觀路線，不同的觀察角度，如身臨現場一般。同時在系統中還設計了實地考察無法觀察的角度，例如俯視和平視的角度，人可以上升到空中去俯瞰整個建筑，也可以攀爬到建筑上去仔細觀察建筑細節。

3.3 “建造流程”功能設計

在建筑流程界面功能中，體驗者可以近距離的體驗古建筑是如何一步一步的建成，從視覺聽覺上完成這一系列流程，震撼心靈。主要步驟如圖2所示，包括：臺基、梁柱、小木做、屋面。

3.4 “工藝流程”功能設計

進入古建筑之中，細致的教學從建筑的構件開始，例如圖3的斗拱，這一精細的構造可以讓人瞠目結舌，語音的講解更是加強了體驗者的感受。本教學系統的交互特點還讓體驗者可以親自動手完成這一傳統建造工藝的搭建。

4 結語

通過實踐案例成果表明，通過VR虛擬現實技術應用在古建筑教學中，極大的提升了學生的學習興趣、學習體驗和學習效率，其仿真瀏覽、趣味互動、聲光電技術融合，打開了學生感官體驗的潘多拉，刺激學生全方位的學習敏感源和激情，促進古建筑教學發展。在當今信息化時代的大背景下，信息化、數字化、智能化也是教學發展的必然趨勢，而VR虛擬現實技術應用正是這一趨勢的很好例證。同時，這些古建筑VR教學系統將形成非常重要的數字化資源庫，為將來活化利用提供了重要基礎，可用于古建筑的研究、保護、修繕，線上博物館展覽等。