VR技術在藝術設計教學中的應用與研究

陳雪

河北美術學院

VR技術以先進的信息技術、傳感技術為基礎，通過信息資源整合，將客觀世界中存在的事物映射到虛擬空間內，并實現與人的交流互動。向虛擬現實場景下達相應指令，可對事物屬性進行修改，構建新的數據模型，以將抽象、模糊的指令需求直觀展示。VR技術在藝術設計教學中的融合同樣能夠使抽象的知識具體化，通過虛擬現實，推演藝術設計過程，實物化學生頭腦內的設計構思，對于降低教學難度、拓展學生創新思維、提高設計實踐能力來說意義重大。

一、VR技術的基本特點

VR技術即虛擬現實技術，其以信息技術為基礎，將多媒體技術、仿真技術等多種技術相整合，用于打造全真的三維立體空間。VR技術的實現需要大量外部設備輔助，創建可供多角度觀察、沉浸式體驗的虛擬環境。目前，VR技術在社會生產生活中的融合程度進一步提升，并在藝術設計領域得到優先嘗試。VR技術的基本特點如下。

（一）交互性特點

交互性特點指的是VR技術所提供的人機交互功能，用戶借助頭盔、手套等傳感設備，將自身語言、動作信號傳輸至虛擬系統內，改變相應的環境屬性，并獲得信息反饋。例如，在藝術設計作品展示中，借助VR技術可實現設計模型的全方位呈現，通過多感官刺激，給受眾帶來全新的藝術體驗。

（二）沉浸式特點

VR技術基于人的感官特點進行三維立體影像模擬，用戶通過頭盔、數據手套等工具，可在逼真的虛擬場景中獲得各項交互式體驗，沉浸在虛擬世界當中，體驗真實的感官及心理刺激。

（三）構想性特點

VR技術是對人認識范圍的又一次拓展，利用VR技術，可構建現實世界不存在的情境、事物，使人的思維不再受客觀世界的嚴格限制。也正是由于VR技術構想性的特點，其能夠與藝術設計教學中對學生創新思維意識培養的需求相適應，使得二者有機結合，提高藝術設計教學成效。

二、VR技術在藝術設計教學中的應用優勢

（一）可行性分析

藝術設計教學可分為理論教學、基礎設計和設計實踐三大模塊。

理論教學模塊內容主要為設計概論、藝術設計發展史等。以往理論教學以教材和電子課件為核心工具，重在理論知識的講解和傳授，導致課堂氛圍相對嚴肅。單向傳輸的教學方法并不能對學生感官形成足夠的刺激，嚴重影響到學生學習興趣的提升。

基礎設計模塊以各類設計軟件的基礎操作為主要內容，包括PS軟件、CAD軟件等。該模塊教學多采用演示法，即由教師進行講解和演示，學生上機操作。因課堂教學時間和精力有限，想要實現差異化指導非常不現實，這就使得班級內部分學生的深度學習需求難以被滿足，部分學生難以跟上課堂教學進度。

設計實踐模塊可著重培養學生的創新意識及獨立設計能力，隨著教學創新的深入，案例教學、小組探究、校企合作等多種教學模式被應用到藝術設計教學中，但受到教學環境及條件的限制，這部分創新教學模式的教育優勢并未充分發揮。

綜上所述，藝術設計教學存在三大問題：第一，課堂教學對學生感官刺激程度不夠；第二，學生的個性化學習需求得不到有效滿足；第三，設計實踐的有效性難以被保證。可以發現，藝術設計教學所缺少的沉浸式、互動性、體驗式、自主性等特征恰恰是VR技術所充分具備的，將VR技術引入藝術設計教學中，以上教學問題均可迎刃而解。另外，在藝術設計的實際工作中，VR技術也被當作一項新的工具被用于藝術設計方案構思、方案完善及優化、設計效果呈現等環節，VR技術在藝術設計教學中的融入能夠讓學生提前適應當前藝術設計領域的發展形勢，以促進學生職業素養的提升。因此，VR技術與藝術設計教學的融合有其必然性和必要性。

（二）優勢分析

1.強化學習體驗

藝術設計教學中，VR技術不僅作為教師的教學工具，還可被用于學生自主學習、實踐，通過交互式學習，使學生主觀能動性最大限度被激發，提高其設計能力。例如，在產品外包裝的創新設計中，學生進入虛擬環境，將自身設定為包裝使用者的角色，模擬體驗包裝的開啟過程，進而對不同包裝類型給消費者所帶來的操作感受和心理滿足感有更深刻的了解，對自己的設計方案進行優化。

2.優化演示效果

以往藝術設計教學中對教學內容的演示在二維空間內進行，因演示過程缺少動態化、立體化特征，學生對內容細節的把握不深，無法清晰觀測事物的形成、變化過程。利用VR技術進行教學內容演示，使得原本抽象、復雜的知識具體化、形象化，設計要點更容易被學生所感知，并幫助解決藝術設計教學重難點。例如，利用VR技術對設計師提供的場景設計效果進行虛擬展示，學生身臨其境觀察方案設計細節，以準確把握方案設計亮點及創新點，進而能夠將相關經驗轉化為個人設計技能，融入藝術設計作品當中。

3.激發創新興趣

藝術設計專業對學生自身的創新能力、思維活躍程度、創新興趣有著極高的要求，設計本身也是設計者個人想法、觀念的具體化表達。當學生處于逼真的虛擬世界學習藝術設計知識時，其思維意識不再受客觀世界的限制，沉浸式學習氛圍中，其感官得到多方位刺激，進而產生更多有關藝術設計的思路和靈感，吸引學生深入探索藝術設計領域。

三、VR技術在藝術設計教學中的應用需求

結合前文對藝術設計教學中存在問題的總結，認為VR技術在藝術設計教學中的應用，需重點發揮以下三方面功能，分別用以解決目前課堂教學存在的課堂教學對學生感官刺激程度不夠、學生的個性化學習需求得不到有效滿足和設計實踐的有效性難以被保證的問題。

（一）展示教學素材

藝術設計教學中需要向學生展示大量設計素材、作品等，以往因展示工具存在限制性，教學素材多以二維圖像的形式出現，缺少空間立體感。學生在觀察大量素材后，非常容易出現視覺疲勞的現象，且對各作品的設計亮點、意圖把握不深。借助VR技術，可將教學素材立體化呈現，令學生感官能夠得到全方位的刺激，身臨其境進行作品觀察，以更好挖掘作品優點及問題，激發其學習興趣。

（二）訓練自主能力

教學技術的更新與教學模式、方法的創新是同步進行的，VR技術的融入打破了以往單向傳輸的教學模式，為學生提供親身體驗、感受的機會，使其能夠與教師和其他學生間開展良性互動。在基于VR技術的藝術設計課堂中，學生的自由程度更高，不同學習需求的學生可分別開展學習和探究活動，使其能夠主動進行設計知識積累，鍛煉藝術設計實踐能力。

（三）虛擬教學環境

虛擬教學環境的構建可有效彌補以往藝術設計教學中教學環境及條件的不足，依照教學需求模擬相應的教學情境，可降低各項創新教學方案實施對外部資源的依賴程度，更好實現藝術設計教學目標。

四、VR技術在藝術設計教學中的應用措施

（一）完善硬件條件

VR設備的選擇和硬件條件的完善是利用VR技術開展藝術設計教學活動的第一步。市面上現有的VR設備可分為桌面式、沉浸式、增強式和網絡分布式四類，不同類型的VR設備所能提供的沉浸和交互程度不同，且成本差異明顯。綜合考慮VR設備造價及具體藝術設計教學活動開展的便捷性，建議選用桌面式的VR設備。

桌面式VR設備以顯示屏作為人機交互的窗口，借助鼠標、鍵盤、手繪板及其他傳感設備，可完成信號的傳輸與交互，形成一系列虛擬反應。以上工具在常規藝術設計教學活動中的使用也非常頻繁，且系統操作更具便捷性，能夠在較廣的范圍內得到普及。

（二）制作VR課件

在確定VR設備后，需要進行VR課件的制作，注意VR課件制作應滿足兩項基本要求：第一，能夠將當堂課程的知識進行全方位、多角度的立體化呈現，供學生交互式瀏覽，形成多方位感官刺激的沉浸式藝術設計課堂；第二，開發以VR技術為基礎的虛擬現實教學仿真系統。

以產品設計教學為案例，對VR課件的制作方案進行詳細介紹。

1.模型構建

首先，開啟Rhino 5.0軟件，繪制目標產品基本樣條線。Rhino 5.0軟件在當前藝術設計領域的應用非常廣泛，且被大多數院校的教學工作所選擇，因該軟件具備以點帶線、以線成面的特點，因此，樣條線的繪制在很大程度上決定了相應曲面的質量。繪制過程中注意確保線條的簡潔、清晰。

其次，樣條線繪制質量達到既定要求后，生成曲面，借助雙軌命令對曲面的完整性進行控制。為使得結構造型過渡平滑，可使用曲面圓角命令，進行修整造型。

最后，進行細節處理。使用擠出命令和圓角命令建立細節投影，查看曲面是否存在遺漏，將不同形態的曲面劃分到不同圖層當中。

2.渲染處理

利用KeyShotVR 5.2軟件進行模型渲染，將默認HDI場景光效設為基準，選擇最佳的投射角度，注意模型各結構的色彩需與實物材質相對應。

3.互動設計

教學模型使用過程中，啟動KeyShotVR軟件，點擊球形功能即可全方位查看模型細節，并將其調節至與教學需求相適應的比例大小。適當提高光滑度可保證生成模型的流暢性，但需要經歷更長的渲染時間，因此，可結合具體展示需求選擇最佳的水平幀和垂直幀參數。進入渲染截面，勾選高級選項中的允許最大縮放百分比，調整縮放數值。

4.VR生成

點擊KeyShotVR軟件中渲染按鈕后，可自動輸出KeyShotVR文件，渲染需要經歷較長時間，過程中，模型的每一幀靜態圖像均可被清晰觀察。KeyShotVR文件可兼容性較高，任何支持HTML5的Web網頁瀏覽器讀取該文件，為后期教學提供方便。另外，該類型文件的成像品質較高，可提供觸摸交互功能，能夠滿足藝術設計教學對交互性的要求。

利用該KeyShotVR文件，學生在學習過程中通過鼠標點擊，即可與教學素材之間開展交互活動，以任意角度觀察產品模型，并進行縮放調整，以準確把握產品的各項設計細節。除用于空間分析、結構線繪制、曲面生成、細節完善的等教學內容的開展，教師還可借助該文件向學生布置虛擬模型構建作業，參考該文件，由學生自主嘗試VR課件的制作，在鍛煉學生設計技術操作能力的同時，減輕VR課件制作壓力。

（三）更新教學模式

基于VR技術的藝術設計教學應突出教學過程中學生主觀能動性的激發，將課堂教學重點放在學生設計實踐能力的提升上，幫助其積累更多的職業技能。基于該目標，本文主要介紹翻轉課堂和案例探究兩種創新教學模式。

1.翻轉課堂

VR課件使得藝術設計知識能以直觀、詳細的方式呈現，大大降低了學生在知識理解、獲取時的難度，以此基于VR技術，對學生自主學習能力要求更高的小組合作、翻轉課堂等教學模式均可被順利實現，徹底打破以往單向傳輸的教學模式，使學生能夠結合自身學習需求自主學習、合作學習，達到更優的學習效果。

例如，在開展綠化建筑景觀設計教學之前，教師通過班級微信或QQ群布置課前預習任務，要求學生結合VR課件、教材及微課視頻，對綠化建筑景觀設計的基礎知識進行充分預習，觀察VR課件中給出的設計模型，了解綠化景觀與建筑高度、墻面結構、建筑形態之間的關系，并使用簡短的語言進行總結。給出3項嘗試性任務，分別為建筑墻面與綠植景觀的結合設計、建筑材料與綠植景觀的結合設計和建筑形態與綠植景觀的結合設計。學生依照個人偏好任選其一，嘗試完成初步的設計方案，以對預習過程獲取的基礎知識進行檢驗，并通過設計任務的布置，促使學生自主獲取更多與具體設計活動有關的知識。課上，教師利用VR課件，對綠化建筑景觀設計知識進行梳理和精講，并回答學生預習過程中產生的疑問，然后對自己的初步設計方案進行完善和細化，形成完整的綠化建筑景觀設計作品。學生自主操作過程中，教師走到學生周圍觀察每名學生設計進展，進行必要的指導并對學生進行評價打分。設計完成后，在班級內共享每名學生的設計作品，對作品進行虛擬呈現，使學生能夠進入自己設計的作品情境當中，直觀感受設計效果，挖掘設計不足加以改進。

2.案例探究

案例探究以來自企業的真實設計案例為主題，將學生劃分為多個設計小組，依照企業組織結構進行崗位和職責劃分，在課下共同完成作品設計。案例探究的流程、要求完全仿照企業真實情況進行，能夠對學生設計能力、創新能力及職業素養做全方位的訓練。因此，案例探究教學可被視為藝術設計教學的拓展活動，結合實際教學計劃，每學期開展2～3次。

在案例探究教學開展初期，可由教師帶領學生經歷整個探究流程，使學生對其中要求、方法有足夠的認識，然后再由學生小組獨立開展，本文以景觀設計為例。

首先，帶領學生進行項目分析，了解項目所在地理位置、自然條件、人文特點等信息，明確設計重難點、優勢及不足。利用VR技術，對項目實況進行虛擬構建，學生通過虛擬觀察，填寫項目結構分析表。

其次，進行項目設計方案規劃，在虛擬場景中，了解項目結構、布局、裝飾等要素的特點及相互關系，然后完成景觀平面圖、剖面圖、效果圖的設計。

再次，施工圖紙設計。通過VR技術將二維設計圖紙演化為三維立體模型，使學生能夠清晰觀察圖紙設計與項目實際需求間的差異，結合圖紙呈現出的立體效果，對植物種植密度、構筑物的具體位置等進行優化。

最后，學生小組對最終的景觀設計方案進行整合、細化，并出具項目報告等理論文件。在班級內模擬開展項目評估活動，虛擬化呈現設計方案效果，由教師及學生代表進行評分，使學生更好地認識到本組方案存在的不足，并對其他組的設計亮點做合理借鑒。

五、結語

VR技術在藝術設計教學中的合理運用有效解決了傳統課堂教學在學習體驗、個性化學習需求滿足及教學條件方面的不足，有利于學生創新能力及設計實踐能力的提升。相關人員應重點做好設備選擇、課件制作及教學模式更新等工作，以VR技術為核心，打造沉浸式藝術設計課堂。