虛擬現實技術在照明設計課程教學中的應用

李曉慶,張國峰，汪 江

(遼寧科技大學，遼寧 鞍山 114000)

引言

虛擬現實技術作為20世紀80年代末期計算機信息領域的技術成果之一，將其應用到照明設計課程教學之中，不僅可以為學生展現更加立體、生動的學習環境，還能讓學生在虛擬的學習環境中成為一名參與者，提高學生的課堂體驗感，將抽象、立體的照明設計學科知識變得形象、生動，契合學生的主觀認知特點，有效地解決教學的難點，提高學生的課堂學習效果，對學生日后的學習與發展具有重要的促進性作用。本文主要從虛擬現實技術的基本概述、傳統照明設計教學面臨的困境與問題、在照明設計課堂教學中應用虛擬現實技術的優勢作用以及在照明設計課堂教學中虛擬現實技術的應用路徑四個方面展開分析，以期推動照明設計課程教學的良性發展。

1 虛擬現實技術的概述

1.1 虛擬現實技術的基本定義

虛擬現實技術可以構建與體現虛擬世界，屬于計算機仿真技術，主要借助計算機技術、網絡技術手段，發揮其功能作用，使其變成交互式三維動態情境，可以讓應用者仿佛置身于其中。虛擬現實技術主要以環境模擬、感知技術、傳感設備以及自然技術等為主導[1]。環境模擬即借助計算機仿真技術手段，實時構建動態三維立體式圖像；感知技術即可以擁有與人相同的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等諸多方面的感知技能；傳感設備即三維立體交互式設備；自然技術即效仿人類的行為，如旋轉頭部、手勢、跳躍等動作行為。計算機根據參與者的行為動作等，展開匹配適應，并輸入相關的指令、響應，可以使其直接反饋至應用者的五官。

1.2 虛擬現實技術的基本特征

虛擬現實技術的基本特征主要以感知性、存在性、交互性以及獨立性為主導。感知性主要針對虛擬現實技術中多項感知技能；存在性主要是指在虛擬模擬環境中應用者的真實感，讓應用者難以辨認虛擬與現實環境作為虛擬現實技術的建設目標；交互性針對應用者對于模擬環境的操作水平同時在環境中所得到的自然水平的反饋信息；獨立性針對虛擬環境中各個物體可以根據現實世界的物質運動的水平[2]。

2 傳統照明設計教學面臨的困境問題

照明設計課程主要針對本科大三學生，由于此階段學生已經基本掌握設計基本原理、空間設計等相關必修課程內容等，并不斷學習辦公室室內設計等相關核心課程內容。環境設計作為照明設計課程教學的主要內容，其目的是為了培養學生的照明設計與理論運用能力，不僅要保證學生的理論知識更加扎實牢固，還能增強學生的實踐操作技能水平，才能使照明設計教學滿足社會發展的根本要求，順應時代發展，推動教學進步[3]。但是在實際的照明設計課程教學中，面臨著諸多困境與問題，主要表現為以下幾點：

2.1 顯現方式的單一化

傳統的照明設計教學主要以平面的形式為學生進行教學展現，但是針對抽象的三維空間與行為而言，平面形式的多媒體課件難以將其內容真正地體現出來[4]。空間構圖、光線的有效調整在照明設計環節中發揮著重要的作用，但是由于其教學內容過于抽象化、理論化，加之單一化的顯現方式，加大了學生理解與學習的難度，單一的平面顯現方式，并不能將教學更深層次的意義顯現出來，以致學生的空間設計能力、形象思維意識以及藝術鑒賞能力受到限制，不利于學生的未來發展。

2.2 學生缺乏自主學習能力

隨著多媒體教學形式不斷深入發展，照明設計課程教師在日常教學中運用多媒體教學課件，為學生進行演示、示范，但是卻忽視學生的主觀感受，沒有充分考慮學生的個人感受能力，難以發揮學生的主體作用，導致學生只能被動地接受，即便教師的教學內容存在動畫形式，但是也是設計者實現設計好的既定內容，不能對其進行有效控制、改變，導致學生缺乏自主學習能力，同時也削弱學生的課堂體驗感，降低了對學生的觀察能力、選擇能力的培養效果。

2.3 教學缺少靈活性

照明設計課程教師并不能直接在場景中將主體進行交互轉換，長期運用一刀切、滿堂灌的教學方式，導致課堂教學氛圍死氣沉沉，學生的學習積極興致不高，也使教學缺少靈活性，不利于培養學生設計表現的觀念性，使學生的個性化風格逐漸弱化，降低了學生對于藝術的洞察力、敏捷性，學生的創造思維受到了限制，導致教師的教學效果差強人意[5]。

3 在照明設計課堂教學中應用虛擬現實技術的優勢作用

3.1 實現照明設計課程的創新

照明設計課程屬于綜合性、實踐性較強的知識復合型學科，不但要學生熟練地掌握課程理論基礎知識，還要具備解決問題的能力。利用虛擬現實技術可以對空間照明環境進行模擬展現，通過模擬出不同空間環境的燈光以及光色，可以展現出空間不同的風格特點[6]。也可以利用這一優勢特點，對不同燈具的燈光效果進行檢驗，確保其燈具真正地與此空間環境相適應。

教師在照明設計教學過程中，應用虛擬現實技術展開前瞻性探究，可以對各個區域空間的照明設計，燈具選取以及空間搭配等諸多方面進行全面的把握，提高照明設計教學的有效性，增強教學的靈活性。

3.2 提高學生的設計能力

照明設計課程需要充分發揮學生的想象能力、創造能力，并在日常教學中不斷對學生加以引導，為學生構建多元化的虛擬情境，調動學生學習的積極性與主動性，優化學生的思維方式，培養學生的創新意識。借助虛擬現實技術為學生構建不同的照明空間環境，引導學生展開自主學習，讓學生在自主學習、情境學習之中，想象力與創造力不斷地被激活，以此提高學生的學習興趣。

將虛擬現實技術應用到照明設計教學當中，可以將抽象復雜的理論知識變得更加形象具體，有利于提高學生對照明設計理論知識內容的掌握與理解，增強學生的設計分析能力。利用虛擬現實技術，可以讓學生對照明燈具加以改進，同時也可以隨意變化燈具的布局形式，針對設計內容反復觀察，便于對照明設計內容進行合理調整，促進設計能力的有效提升。

3.3 增強學生設計方法的有效性

在照明設計教學過程中，針對前期概念設計，由于受條件限制性的影響，使學生難以在現場展開環境觀察，這就需要教師利用虛擬現實技術對實際環境加以分析，便于讓學生更加全面地了解空間環境狀況，虛擬現實技術的運用有效提高了學生的空間想象能力，借助虛擬現實技術對空間環境展開動態漫游，便于讓學生對現場的空間形態與尺寸進行全面掌握；學生在照明方案設計過程中，可以借助虛擬現實技術實時對照明空間環境進行觀察，便于學生更加精準、全面地掌握空間內所需要的燈具種類與布置形式，提高學生設計的有效性。

4 在照明設計課堂教學中虛擬現實技術的應用路徑

4.1 合理運用工程項目教學方式

教師在照明設計教學中，合理運用工程項目教學方式，并借助虛擬現實技術，展開實際項目教學。完成相應的基礎理論教學之后，可以根據實際的工程項目進行舉例分析，借助虛擬現實技術將照明設計患者整體全面地顯現出來，便于學生進行直觀、立體式學習，使學習內容更加具體，有效地提高學生的學習效率。

為了使分析照明空間布局更加簡便，教師可以通過不斷更改漫游路線與視角切換的方式，讓學生對實際的案例中空間特點、照明局部、燈具選取以及燈具明暗控制的掌握更加全面，使照明設計更加合理化、有效化[7]。與此同時，在工程項目教學過程中，為了使學生的方案更加完善，教師也可以向學生提出關于智能家電的相關概念，將其與實際的工程項目有機結合起來，有效利用虛擬現實技術手段，根據一天之內不同的時間變化，智能調節燈具的光色與亮度，有效發揮視力保護的作用，又能節省一部分的能源，實現照明設計課程與虛擬現實技術的有機結合。

4.2 積極構建虛擬教學平臺

在照明設計課程未來發展中，虛擬教學平臺的構建勢必會成為發展的主流。構建虛擬教學平臺需要借助相關軟件與元素，明確照明工程項目方案的實際內容，借助CAD軟件，將CAD方案整體平面圖繪制出來，其次將整體平面圖傳輸至SKETCHUP軟件之中展開建模，隨機再傳輸至虛擬現實軟件LUMION之中繪制效果圖，使其生成照明案例的漫游動畫，從而在照明設計課程中，教師可以將漫游動畫顯示給學生觀看與學習[8]。

教師利用虛擬教學平臺，可以讓學生更加全面的了解日常生活空間、公共建筑空間、餐飲辦公空間、商業展示空間等有關工程項目的實際案例中照明空間環境內容，學生可以利用虛擬教學平臺與教師進行互動式學習，并積極討論與整理出相關照明案例專題報告，同時也可以將自身的主觀感受融入其中，使照明設計教學內容更加完善，提高教師教學的整體效果。

4.3 增強學生技術應用水平

學生可以在教師有效的教學指導下對實際的工程項目案例加以漫游分析，對照明空間布局形式、空間變化、空間尺度、空間照明氛圍等加以探討，進而得出此工程項目案例是否與主題內容相契合[9]。另外，學生可以根據自己的喜好對實際的工程項目案例模型加以重組、拆分，實現學生的深度學習，加強學生對照明工程案例的掌握與運用能力。學生也可以結合照明設計課程作用的任務書圖紙，繪制出總平面圖，并制作相應的三維立體模型，將自己所創作的模型輸入到虛擬教學平臺之中。通過此平臺，每個人都可以欣賞此方案模型設計，并對其展開討論分析，提出建設性意見。

4.4 提高學生思維創新力

在傳統的照明設計教學中，教師常常結合多媒體教學方式，對工程項目案例加以分析解讀，之后為學生布置相關的學習任務，讓學生根據原始圖紙展開照明設計，導致學生難以自行構建照明空間，只能根據傳統的步驟展開設計，無法發揮學生的思維創新力，影響學生的學習效率。為了有效彌補傳統教學的不足，教師應該合理利用虛擬現實技術，為學生構建三維立體照明空間。有了基本的照明立體框架結構，學生可以充分發揮思維創新力，有效地提高學習效率，同時還能與教師積極溝通，說明自己的創新想法。結合教師所提出的有效意見，不斷改進照明設計方案，使方案設計更加完善化，從而促進學生的綜合發展。