虛擬仿真技術在“景觀設計”課程教學中的應用

張慧聰 包蓉

摘 要：在教育領域利用虛擬仿真技術來開展教學已成為教育發展的新模式。文章提出將虛擬仿真技術應用于“景觀設計”課程中，歸納總結了課程理論、實驗和實習實訓教學中對虛擬仿真技術的需求，進一步從體驗作品、推敲方案兩個角度詳細分析了虛擬仿真技術在課程教學中的具體應用，并從課程組織的程序出發，梳理了在課前、課中和課后三個環節實施虛擬仿真技術的具體事項。

關鍵詞：虛擬仿真技術;景觀設計;課程資源

注：本文系教育部2018年第二批產學合作協同育人項目“《景觀設計》課程資源開發研究”（201802276011）;教育部2019年第一批產學合作協同育人項目“《景觀設計》課程虛擬仿真教學模塊研究與建設”（201901207007）的階段性研究成果。

虛擬現實（VR，Virtual Reality）1989年由美國VPL Research公司的杰倫·拉尼爾首次提出，其權威定義是指通過計算機網絡技術生成的一個實時三維虛擬世界。虛擬仿真意同虛擬現實，具有交互性、趣味性和沉浸感等特點。自我國在2013至2015年期間開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作以來，國內一些高校相繼在教學中引進虛擬仿真技術，目前主要運用于專業實習實訓環節。事實上，VR技術在專業教學中運用廣泛，在理論和實驗環節也大有可為，是拓展教學內容廣度和深度、延伸教學實踐和空間的重要手段，有利于提升教學質量和水平。

一、“景觀設計”課程教學的VR技術需求

景觀設計是環境設計專業的一個方向，融合了城鄉規劃、生態學、地理學、設計學、工程學等多學科。景觀設計專業的理論性和實踐性決定了該專業方向對學生理論能力、綜合實踐能力和創新意識培養的要求。目前，國內的“景觀設計”課程理論教學主要采用教師講授和學生聽講的傳統教學模式，往往只是讓學生一味地接受間接經驗，忽視了學生獨立思考和自行構建知識體系的過程，教學效果不佳。而對于設計實驗和實習，常常只能在有限的環境中進行，學生對真實環境和設計項目的理解不到位，體驗不夠深刻，也造成了學生對市場需求、行業發展現狀知之甚少的狀況，不利于鍛煉學生的專業實操能力。從教學現狀來看，“景觀設計”課程無論從理論教學、實驗教學，還是實習實訓教學來說，對VR技術都有強烈的需求。

第一，理論教學的需求。“景觀設計”課程教學結構和教學內容的改革在很大程度上需要虛擬仿真技術來支持。“景觀設計”課程的理論教學有學科基礎理論和應用理論兩大內容，包括了“景觀設計的內涵”“景觀設計的歷史發展與流派”“景觀設計的要素”“景觀設計具體方法”等。在“景觀設計的歷史發展與流派”“景觀設計的要素”“景觀設計具體方法”這幾個內容的講授中，需要通過VR技術使學生沉浸于虛擬環境之中，直觀地體驗作品設計的微妙特點、具體方法和精妙之處，再加上老師的引導與講解，則可以更好地掌握和理解相關知識點。

第二，實驗教學的需要。傳統“景觀設計”課程的實驗教學環節，往往停留在二維階段從圖紙到圖紙的模式。學生通過現場的照片和平面圖理解場地，最終設計出來的作品又以平面圖、分析圖和效果圖等二維圖紙的形式呈現。利用VR技術可以改變傳統的實驗教學模式，使學生在虛擬的三維空間里了解場地，開展和呈現設計。

第三，實習實訓教學的需要。“景觀設計”是一門實踐性很強的課程，要求學生了解市場趨勢和行業前沿。因此，開展實地調研和參加社會實踐項目是重要的教學環節，也是對VR技術需求最高的環節。如植物配置章節，若只是通過二維圖片來學習會非常枯燥無味。為了加深學生的理解，目前常見的做法是由老師帶領學生去到附近的植物園或森林公園進行實地考察。而在這一過程會出現植物生長周期與教學周期不吻合等問題，大批量的學生在外也存在出行安全隱患。如果運用VR技術將植物的立體模型、生長環境和生態習性等模擬創建出來，學生在實訓室就能體驗到植物的真實形態及其特征，也不受季節和天氣的限制，還可以增強學生的理解與記憶。

景觀設計的強實踐性要求學生直接參與實地項目中，學生進入企業，直接觀察和參與企業的項目設計過程，為學生從校園走向社會做一個很好的鋪墊。但由于接受學生參觀、實習會在一定程度上影響企業正常運營，而且實際工程環境復雜，現場存在一定安全隱患，對學校和企業來說都需要承擔風險。運用VR技術創造無安全隱患的虛擬設計環境，可讓學生安全地參與到設計過程中，不影響企業正常工作，又大大提高了學生綜合能力。

二、VR技術在“景觀設計”課程教學中的應用

第一，深度體驗優秀作品。優秀設計作品分析是“景觀設計”理論課程的重要內容，通過案例更好地去闡釋某個觀點或理論無論在“景觀設計的歷史發展與流派”“景觀設計的要素”，還是在“景觀設計的具體方法”等教學內容中都較為常見。在傳統教學中，教學環境和平臺的限制在一定程度上影響了教學質量的提高。而如今VR技術正逐步改變著傳統的教學模式。以網絡環境下的仿真技術為工作原理，信息技術、系統技術及與其應用領域有關的專業技術為基礎，網絡和各種物理效應設備為工具，利用系統模型對實際或設想的系統進行試驗研究，根據已有資料以及測繪數據，高精度還原名師設計作品或歷史沉淀而成的經典環境，將抽象的知識直觀化、形象化。學生可在課堂上身臨其境感受景觀設計的魅力并實時互動體驗。這種沉浸式體驗學習不但更直觀而且具有趣味性，在虛擬的環境中，學生可以開展細致觀察，從而深入理解作品，更能激發其學習動力。

第二，全面推敲設計方案。“景觀設計”課程結課作業通常是教師分配設計任務給學生，要求學生消化吸收學到的理論知識，借鑒和學習優秀案例的設計經驗，應用于自己的作品中。在設計過程中，首先學生需要完成對項目的構思，進而全面推敲設計方案。傳統的做法是：在一草階段，學生在硫酸紙和拷貝紙上繪制出平面設計草圖;到二草階段，學生們開始在SU建模軟件中推敲尺度和空間;之后便進入了元素運用、材料運用等設計環節。這一過程中，由于經驗缺乏，部分學生空間尺度感明顯不足，建出來的模型比例尺度常常出現和預想不吻合的情況，甚至出現模型設計僵硬、流線混亂等問題。傳統的教學中，空間關系以數字、二維圖紙和文字的形式呈現出來，學生很難真正與空間建立關系，這是造成以上問題的主要原因。因此，利用虛擬仿真技術開展教學時，增加了三草階段，即利用VR技術，推敲二草階段建立的空間模型。學生和老師進入到三維虛擬空間中，感受空間整體尺度和比例關系，了解空間中的流線布局，進一步進行色彩、材質處理，加入外環境中的日照和溫濕度條件等的處理。沉浸于虛擬環境中，感受真實的空間、材料、風格、色彩、尺度，對景觀環境的功能性、合理度、舒適度、愉悅度、意象等有一個較為全面的感受，從而完善設計。

三、采用VR技術的課程教學實施過程

第一，課前階段。采用VR技術的實踐教學，課前主要運用網絡信息技術平臺來進行教學任務的發布，學生需要預習平臺推送的學習課件，對教學內容形成初步印象，其中包括網絡慕課、VR全景圖、線上實驗測評等內容。老師在平臺上提出預習問題，學生在預習環節便明確問題所在，并作出回應。教師通過學生的反饋進行學情分析，指導課程的開展。

第二，課中階段。課中階段，老師帶領學生在VR虛擬環境中完成項目體驗，與學生交流互動。學生帶著問題深入研究項目任務，在老師的引導下完成沉浸體驗，形成初步設計、詳細設計，最終完成方案設計，并利用VR全景進行展示，甚至可以結合3D打印技術完成成果制作。

第三，課后階段。課后階段主要是對教學內容進行復習的階段，對學生作品進行評價反饋，并結合學生間互評，進行總結性評價。

虛擬現實技術的應用創新了“景觀設計”的教學模式，也提升了教學效果，節約了教學成本，學生在虛擬環境中自主探究，隨時互動交流，對培養其綜合實踐能力和創新意識，形成以學生為中心的全新教學模式意義深遠。

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作者簡介：

張慧聰，西南林業大學藝術與設計學院碩士研究生。

包蓉（通訊作者），西南林業大學藝術與設計學院副教授、碩士生導師。研究方向：少數民族景觀。