虛擬現實技術在建筑裝飾設計實踐教學中的應用

胡小玲　譚永平

【摘 要】本文闡述虛擬現實技術應用于建筑裝飾設計實踐教學的優勢，針對虛擬技術在裝飾設計實踐教學中應用面臨的問題，提出解決策略：完善軟硬件設施，構建虛擬實訓室;構建實踐教學平臺，建設優質教學資源庫;制作實際項目，提升操作實踐技能。

【關鍵詞】虛擬現實技術 建筑裝飾設計 實踐教學 應用

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）43-0187-04

建筑裝飾設計是建筑裝飾工程技術專業的核心課程，其主要肩負著培養“善原理、能設計、懂施工”的建筑裝飾工程技術專業人才。但是，目前該課程普遍存在實訓設備與教學資源匱乏、教學內容與實際崗位工作需求對接不夠、教學方法手段滯后等問題，學生不能較快勝任職業崗位技能發展的需要。近年來，虛擬現實技術在建筑家裝與工裝設計行業逐漸得到應用，促進了各門課程更好地開展理論教學與實踐教學。因此，可將虛擬現實技術應用在建筑裝飾設計的實踐教學中，以解決以上的問題。

一、虛擬現實技術的概念與特征

虛擬現實技術，是綜合利用計算機圖形圖像系統和各種現實及控制等接口設備，在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術。虛擬現實技術實現的載體是虛擬現實仿真平臺，這是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統技術，它利用計算機生成模擬環境，利用多源信息融合的交互式三維動態視覺效果和實體定位的系統仿真，使用戶沉浸其中。虛擬現實技術很好地將虛擬現實貫穿于現實之中，用戶在這樣的環境中產生真實的感官體驗，從而感受真實空間的環境及布局。

虛擬現實技術具有沉浸性、交互性、構想性的特征。這些特征使得裝飾設計優于傳統展示設計。沉浸性，即用戶能夠進入虛擬的環境中就像進入真實的場景中。因為虛擬現實技術所構建的場景來源于真實世界的數字模型，虛擬的場景逼真地反映真實世界的一事一物。交互性，即用戶能夠在虛擬的環境中觸碰物體，并得到物體的反饋，可以對場景中的物體進行實時的移動、旋轉、替換，甚至可以看到視頻的播放，聽到其聲音。構想性，即虛擬的空間是利用計算機生成的，可以是真實的空間，也可以是構想出來的而現實中不存在的空間。這就給設計產生許多種可能性，任由用戶大膽設想。

二、虛擬現實技術應用于建筑裝飾設計實踐教學的優勢

在建筑裝飾與展示設計中，用戶通過沉浸于虛擬的場景中，觸動場景的物體位置、顏色變化、構造形狀變化、視頻音頻等，感受視覺、觸覺、聽覺帶來的變化，從而使方案產生可視、可變、可操作的功能。根據虛擬現實的特性，將其應用于建筑裝飾設計實踐教學中，對學生專業知識及技能的培養具有高效的優勢。

（一）突破傳統的教學模式，以項目引領，及時檢驗方案設計的合理性。建筑裝飾設計課程主要是讓學生掌握建筑裝飾構思創作及設計表達能力。通過引入虛擬現實技術，可以充分利用VR技術的可視化、可沉浸、可漫游的特點，使設計變得形象生動，提高學習興趣。將三維建模導入VR系統對學生設計方案進行逼真的三維場景再現，讓學生身臨其境體驗空間，組織界面設計、空間光環境設計、空間色彩設計、家具與陳設、室內綠化是否合理，最終對方案進行優化。

（二）營造可視化可體驗空間，拓寬學生的創作思維。在傳統的教學中，要想讓學生得到真實的環境反饋，往往需要外出參觀樣板間來感受空間設計的變化。虛擬現實技術，為學生創作了一個類似逼真的樣板空間，學生可以無限次在虛擬的空間中進行漫游，甚至通過交互調整空間的色彩，構造光影的變化。學生不需要外出參觀，在實驗室就可以體驗空間設計。虛擬現實技術營造了一個可視的可體驗的空間，通過學習，學生可以自由構建不同的空間場景，從而拓寬學生的創作思維。

（三）營造豐富的信息化環境，讓學生主動學習。學生通過虛擬現實技術展示空間方案設計，在作品展示過程中，通過人機交互，讓空間設計更具信息化。學生通過漫游于空間中，向大家展示空間的一事一物，在可視可漫游的空間中，實現現代教學與數字化教學手段的有效組合。通過虛擬現實技術，極大地激發學生的學習積極性，達到“做、學、教”一體化的教學效果。

（四）與時代發展接軌，促進學生就業。隨著人們對認知及感知的高質量追求，虛擬現實技術在室內外方案設計展示中也得到了很大的認可。目前，行業中有相當部分的公司研究將虛擬現實技術作為展示方案設計的重要手段，很大一部分公司缺少掌握虛擬現實技術的人才。而職業院校作為輸送人才的高校，務必要將職業教育與當前社會人才需求緊密銜接起來。只有真正掌握技術，才能在社會用人大軍中凸顯自己。因此，把虛擬現實技術融入裝飾設計中，是與時代發展接軌最好的體現，也是促進學生就業的有效途徑。

三、虛擬技術在裝飾設計實踐教學中應用面臨的問題

首先，目前我國虛擬現實技術應用依然處于起步階段，大部分的高職院校在教學過程中所需要的硬件及軟件設施不夠完善。盡管虛擬現實技術在各個行業領域中已經得到廣泛應用，但在高校課堂教學中并未廣泛引入，因此這方面的教學資源存在嚴重匱乏，導致虛擬現實技術在課程教學與實訓中較難推廣。

其次，建筑裝飾設計課程教學知識以理論為主，著重研究建筑裝飾設計的空間、界面、光影、色彩、陳設等設計要素的組合關系，研究各類建筑裝飾設計的基本原則和方法。將課程的理論知識結合虛擬現實技術有效傳授給學生，在有限的時間與空間內讓學生盡快了解虛擬現實技術的作用，并融入課程教學中難度較大。

最后，由于虛擬現實技術最初是針對游戲愛好者開發，大多數的資料是針對游戲的設計與制作，而在建筑設計實際案例的應用較少。盡管有部分的虛擬技術能夠做到讓用戶進入虛擬的場景中，但是針對實時性、交互性的三維室內外仿真系統研究較少。目前常見的虛擬技術只能展示虛擬方案設計，盡管能做到沉浸式的體驗整體方案布局與設計，但不能做到裝飾物品的交換及場景物體的選取，更不能隨意按需進行裝飾元素的搭配或者變換場景方案。由此，對初學者應用虛擬技術進行項目制作有一定的難度。

四、解決策略

（一）完善軟硬件設施，構建虛擬實訓室。要提升學生對虛擬現實技術的認識及掌握，學校必須擁有完善的實訓設備。根據對建筑裝飾工程技術專業崗位群執業能力及行業對虛擬技能人才需求的分析，應增設“裝飾VR技術應用”課程。基于國家對重點學科實訓室建設的重視，構建BIM VR及裝飾VR實訓室。為構建虛擬現實技術實訓室，新增一批虛擬仿真終端實訓設備。軟件方面，主要引進3D Unity軟件，其為一款目前在中國盛行的三維交互軟件。通過3D Unity軟件，學生能夠完善室內虛擬環境的構建，即構建一個真實數據下的三維場景，在全景顯示方式下進行預先場景的狀況顯示，通過虛擬引擎中內置的渲染、畫面細節處理、優化的實時顯示效果，包括虛擬的子模型、光影環境的構建、材質貼圖的顯示等，進行室內環境設計及虛擬漫游設置。

虛擬現實技術最突出的功能是可以創建基于真實場景的相同的實訓空間，教師可以引導學生進行實訓實習操作。通過虛擬現實技術構建與真實實驗場景完全一致的虛擬實驗環境，給學生提供綠色、可靠、安全、經濟的實驗項目，讓學生在虛擬環境中開展實驗，達到崗位職業能力要求的教學效果。完善的軟件、硬件設施及豐富的虛擬實訓場景，構建融“做、學、教”為一體的教學模式，可大大滿足教師與學生對虛擬技術的要求。

（二）構建實踐教學平臺，建設優質教學資源庫。圍繞建筑裝飾設計專業虛擬技術創新型人才培養的目標，為了滿足學生學習及教師在教學上的資源需求，以校企合作為橋梁，以學校仿真實驗教學中心、學校數字化網絡教學平臺為依托，以“建筑裝飾工程”緊缺學科、高層次人才培養體系、實踐實訓基地為支撐，充分利用計算機及互聯網的優勢，將真實空間與虛擬空間有機結合，將理論課程與實踐教學相結合，將學校與企業結合，將教學與科研結合，構建多目標、多模塊、相互促進的，融“產、學、研”一體的富有特色的教學平臺（見圖1）。

依托教學平臺，構建建筑裝飾設計專業課程優質教學資源庫。利用資源庫提供給學生豐富的學習資料，拓展學習空間，培養學生自主學習、協作學習、探究學習的能力;從教師教學的角度，通過資源庫可以進行課程開發和課程教學。資源庫模塊包括課程理論學習模塊、實訓操作模塊、軟件操作模塊、在線測試模塊、課后反思模塊、作品展示模塊、案例欣賞模塊、知識拓展模塊，等等。其中，在理論教學的基礎上，結合實訓操作，以虛擬案例為導向，引入企業具有代表性的綜合實例作為實踐教學案例;通過虛擬三維仿真系統進行實踐模擬，既解決了理論抽象難理解的困難，更解決了實際工程離校距離遠、實訓空間有限、不能反復操作、工地參觀安全隱患多等缺陷。通過虛擬場景的項目實訓，做到“基礎與專業一體，理論與實踐一體，設計與工程一體”，最終讓學生完成學習內容，達到學習目標（見圖2）。

此外，綜合實訓采用虛擬軟件展開，實際的作用是與社會需求相吻合，與企業崗位需求同步，確保學生能夠利用虛擬軟件進行項目設計與制作。通過最終的方案展示檢驗學生掌握的知識是否符合行業標準，工作能力是否能達到崗位的需求。基于課程的課時限定，虛擬教學軟件的學習可利用網絡教學平臺，采用線上線下混合教學模式，通過教師引導、學生團隊協助或自主探究展開學習。虛擬三維軟件模塊化教學視頻包括模型處理模塊、材質與燈光模塊、交互設置模塊、發布效果模塊等（見圖3），在創建的虛擬場景中進行燈光設置、材質交互、構件切換、視頻播放、文字表達等。通過明確學習目標，根據任務說明與任務分析，進行任務實施，最后通過綜合訓練，完成實際項目制作。

（三）制作實際項目，提升操作實踐技能。將虛擬現實技術引入建筑裝飾設計實踐教學中，讓學生可視、可沉浸式地體驗設計方案，提高其職業技能。前期利用虛擬項目案例完成理論知識的講解，后期采用綜合訓練來提升。實訓過程圍繞以下步驟進行：明確任務—方案初步設計—方案深化設計—方案完善設計—成果展示和VR體驗—多元評價。每一環節緊緊相扣，最終達到教學目的。

1.實訓目的。通過真實空間項目實訓的方式，鞏固裝飾設計課程專業知識及實操動手能力，培養學生獨立思考能力、創新思維能力、團隊合作能力，最終能夠利用三維虛擬軟件完成方案設計。

2.實訓內容。根據提供的戶型，利用3dsmax軟件創建模型，將模型導入虛擬現實設計平臺進行燈光、材質等設計，進行三維交互設計及效果優化，完成方案;最后進行方案展示，小組講演。

3.實訓過程。具體如下：

（1）方案初步設計。教師以實際項目為教學任務，學生以2～3人為小組互相探討，主要通過空間布局、功能分區、家具放置等方面探討，引導學生進行方案設計。小組成員首先對方案進行探討，初步設計，并繪制CAD方案布置圖。通過方案的構思、多方案的設計對比，深入學習建筑設計的空間構思及各個功能組織。

（2）方案深化設計。有了方案的初步構思后，各小組對方案進行深化設計，通過構思空間立面設計，逐步掌握空間設計的平面、立面、剖面的相互關系。通過建立三維模型，在三維空間中展示地面、墻面、頂面及細部構造，將空間環境設計、家具陳設、室內綠化貫穿于室內方案模型中。由于考慮多方案展示過程，小組成員需要擬定幾套不同的方案，如墻體的更換、風格的切換、家具的選擇、色彩的搭配、光的配色及亮度對比等。構思不同的方案，并在建模中考慮如何通過交互帶來不同的視覺效果。

（3）方案完善設計。教師引導學生通過將三維模型導入虛擬現實平臺中，調整空間整體效果，掌握色彩、燈光、材質在空間中的作用及運用技巧。通過VR系統的交互功能，改變方案設計，如添加可替換的部品、添加物體擺放點、定義活動范圍、定義開關燈、替換材質、播放視頻、定義拾取、定義移動路線，等等。在虛擬的室內場景中，利用交互技術，對色彩、材質、造型、空間尺度、光、音等進行交互，學生通過感受色彩搭配對室內氣氛的營造，感受家具尺度空間關系，感受燈光強弱對環境的影響，實時調整方案，從而完善方案設計。

（4）方案展示和VR體驗。各小組將完成的方案設計，通過VR平臺展示出來。此間，小組成員應用電腦等硬件設備，佩戴VR眼鏡，帶著師生走進場景。通過VR手柄切換場景中的物品，如改變家具的位置，切換家具的樣式，開關燈并改變燈光顏色，改變墻紙，將地面瓷磚改為木地板，展現場景中構件、家具價格及材料信息。將復雜部位的施工構造通過添加圖片、視頻演示，詳細介紹工藝。團隊負責人詳細介紹方案設計的思路，通過交互的方式切換多種方案，并說明改變設計的意義。通過方案展示及VR可視化體驗，學生能夠沉浸于各種不同的方案設計中，讓方案設計更立體、更形象、更直觀。通過作品的匯報，學生提高解說作品的能力，從而提高職業素養，提前適應工作崗位。

（5）多元評價。在展示過程中，學生進行自評及小組互評，教師也加入評價的行列中。此外，教師邀請校外（下轉第192頁）（上接第189頁）專家參評，讓企業的知名設計師參與學生的作品評比。通過多方評價，最終選出最佳的方案設計，并評出“最佳方案”“設計能手”“最具潛力選手”。通過多元評價，學生、教師、企業專家共同參與，即做到公平公正，激發學生學習積極性;特別是通過校外評價，讓企業參與，將職業資格標準融入課程考核中，學生既可以得到企業的建議及意見，企業也可以實時了解學生學習的情況，為學生就業拓展道路，有助于學生與企業的相互深入了解，搭建企業與學生就業的橋梁。

虛擬現實技術改變了傳統二維圖示展示的局限性，通過虛擬技術創建的實訓教學改變了傳統實訓室“難操作”“不可循環利用”“投資成本高”等缺陷。在虛擬仿真空間中，學生在可視、可沉浸、可交互、可漫游的空間中進行多方案的展示，讓設計變得直觀，極大地調動了學生的學習積極性。基于虛擬現實技術在裝飾設計實踐教學的改革，將課程內容與行業背景相融合，將操作技能與職業崗位要求相銜接，將考核方式與職業崗位考核相吻合，滿足了行業對技術型人才的需求，滿足了企業對崗位人才的需求，提高了學校人才培養的質量。

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【作者簡介】胡小玲（1984— ），女，廣西平南人，廣西電力職業技術學院副教授，研究方向：建筑裝飾設計和高職教育教學研究;譚永平（1959— ），男，廣西樂業人，廣西電力職業技術學院教務科研處，教授，研究方向：高校教學科研管理及人文素質教育。

（責編 王 一）