虛擬仿真技術在園林實訓教學中的應用研究

尹曉科 李贊

【摘要】本文分析虛擬仿真技術在園林實訓教學中的優勢，提出了虛擬仿真實訓基地建設的條件和設想。從專業課程體系角度出發，探索虛擬仿真技術在園林實訓教學中的應用。旨在為高職園林實訓教學改革提供新思路、新途徑和新方向。

【關鍵詞】虛擬技術 園林 實訓教學

虛擬現實技術（Virtual Reality），簡稱VR，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界。這種技術的特點在于，能產生一種人為虛擬的環境，為用戶提供視覺、聽覺和觸覺等感官的模擬，通過交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該環境中。隨著數字化進程的不斷加速，電腦多媒體技術的飛速發展和廣泛應用，虛擬現實技術也逐步走進課堂。教育部文件中明確指出高等職業教育要大力推行工學結合，突出實踐能力培養，改革人才培養模式，其中實驗、實訓、實習是3個關鍵環節。

一、虛擬仿真技術在園林實訓教學中的優越性

園林是一門綜合性學科，它運用植物、水體、木材、石材、不銹鋼等多種材料，通過改造地形，筑山、疊石、理水，種植樹木花草，營造建筑和布置園路等途徑創作，同時吸收文化、歷史等人文內容，并結合特定環境創造出形態各異的美的空間。這就需要園林設計師具有高度豐富的想象力和時空觀，因此虛擬現實技術在現代園林設計中具有重要的作用。由于虛擬仿真技術的情境性、交互性和多感知性等特點，其在園林實訓教學中同樣也具優越性。

情景性

利用VR技術可以虛擬建立園林景觀，展現園林豐富的景觀內容。例如，植物的色、香及季相變化，景觀亭子的造型、材質、大小，經典的古典園林空間，居住區小區園林環境空間，甚至大型森林公園的整體環境展現。學生可以不出教室，就獲得與親臨真實場景一樣的體會，在空間中隨意游走，從而充分感受園林景觀中的色彩、光影和動靜變化，從而豐富感性認識，加深對空間場景的理解。

交互性

首先，在實訓教學階段，教師可以運用虛擬仿真平臺實現對學生的管理和指導。例如教師登錄虛擬實訓平臺，根據實訓課程要求先對實訓內容進行相應的理論講解，然后通過互動平臺發布學生實訓的目的、內容、計劃、流程、具體要求和注意事項。其次，學生在聽教師講解完理論知識后，可以根據自己掌握到的知識進行在線練習，完成一定量的練習后才可以進行相應技能的在線測試。最后，師生之間、學生之間也可以通過虛擬實訓平臺進行交流和互動。學生在實訓過程中如果遇到困惑和問題都可以隨時咨詢老師或者與其他同學討論解決，加強師生間的互動交流，同時也提高了學生之間的團隊協作能力。

創造性

通過使用VR技術可以發揮學生的主觀能動性。在親身體驗三維空間的同時，學生可以實時進行可視化編輯，調整三維空間場景、調整模型的大小、材質、空間位置，對不同場景效果進行推敲和比對，從而激發學生的創造性思維。

二、園林專業虛擬仿真實訓基地建設的相關支持條件

虛擬仿真實訓基地建設所需的硬件設備

為了實現虛擬顯示的沉浸特性，必須具備人體的感官特性，包括視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等。因此建立虛擬仿真實訓室，首先需要虛擬現實技術領域相關的硬件設備。現階段虛擬現實中常用到的硬件設備，大致可以分為四類。（1）建模設備，如計算機和3D掃描儀;（2）顯示設備，如虛擬現實頭盔，雙目全方位顯示器，CRT終端一液晶光閘眼鏡，大屏幕投影一液晶光閘眼鏡，CAVE洞穴式虛擬現實顯示系統等。（3）聲音設備，如三維立體聲和語音識別。（4）交互設備，如數據手套，力矩球，操縱桿，觸覺反饋裝置，力覺反饋裝置，運動捕捉系統，機械式運動捕捉，聲學運動捕捉等。

三、園林工程類實訓

園林工程施工課程對學生動手能力要求很高，需要進行大量的實訓訓練。而工程類的某些施工現場含有一定的危險系數，不適合還沒熟練掌握施工技能的學生直接到去現場實訓。虛擬仿真實訓系統能提供真實的360度全方位三維施工現場模型場景，提供給學生進行模擬操作的實訓場地，使學生身臨其境，模擬相應的工作角色，為學生將來到現場實習打下良好的基礎。同時由于真實性強，學生對于遇到的問題也會產生較強的求知欲，提高學習的興趣，自覺練習施工技巧操作，從而能更好更扎實地掌握各項操作技術。學生可以像玩游戲一樣進行各種實訓通關。首先，由教師先啟動虛擬動畫進行技能示范演示，向學生講解和展示每個實訓技能操作的內容、步驟和要求，使學生對實訓任務有直觀的了解。然后，學生通過反復操作練習，熟悉并掌握某個施工流程和技術要點進行通關檢測。學生在進行通關檢測實訓中，每通過一關即是完成一項實訓作業，評價系統會自動對每項操作進行打分，分數需要達到設定值以上，才能晉級下一個實訓任務。以駁岸施工實訓為例，學生可以使用皮尺、石塊、鐵鍬、碎石、石灰、水泥、砂石等工具模型，先通關“測量放線”關卡，才能晉級下面的“挖槽”、“夯實基礎”、“澆筑基礎”、“砌筑岸墻”等關卡。最后，系統會對學生總體的實訓情況進行評價，教師通過啟動互動交流平臺，指導和解決學生在實訓時遇到的問題。例如哪些同學的動作不標準，哪些同學操作的步驟出現錯誤，哪些同學所選用的材料有誤等問題，都能通過互動交流平臺指出。

四、結語

科技在飛速發展，技術也在完善，園林專業需要緊跟時代的步伐，園林實訓課程要不斷改革創新，探索一種新的教學模式，調動學生的主觀能動性，培養學生成為有創新意識、有過硬專業技術的人才。

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項目基金：2016年湖南省教育廳科學研究項目（項目編號：217C0942）

本文是2016年湖南省教育廳科學研究項目《虛擬仿真交互技術在高職園林實訓教學中的應用研究》（項目編號：217C0942）的研究成果。