虛擬現實技術融入產品設計專業人才培養的實踐探索

章新成 申浩棟

（九江學院,江西 九江 332000）

隨著我國經濟快速健康地發展，產品設計及其相關教育事業可謂欣欣向榮，擁有空前的發展機遇。我國雖然具備全球最大的教育體系，但受教育水平的制約，相關院校培養出來的人才質量與國家經濟建設所需要的人才質量相比還有不小的差距，怎樣才能培養出符合國家經濟建設需求的人才是當今教育界迫切需要解決的難題。

在技術應用層面，可以看到虛擬現實（包括增強現實、混合現實）技術越來越多地應用于產品設計，在虛擬仿真與效果評估方面優越性明顯；在硬件方面，頭盔式顯示系統或沉浸式虛擬現實系統都能營造一個極具沉浸感和交互性的計算機仿真環境，從而給觀眾帶來身臨其境的體驗。虛擬現實技術強大的前期設計與表現能力，對于產品設計專業的教學和人才培養具有極大的應用意義。

1 人才培養現狀與虛擬現實技術融入思路

本文以九江學院產品設計專業為研究對象，該專業創辦于2005年，目前在校生約300人。九江學院秉承地方性、應用型的總體辦學定位，產品設計專業一直致力于培養服務于文化、藝術教育事業和地方經濟建設的各類技能型、應用型人才。該專業著重培養學生的設計思維與表現方面的雙重素質，使學生能熟練運用基本的藝術原理和法則，處理好各種產品的造型與結構、材料、工藝的關系，處理好產品與人、環境、市場的關系，使其具備產品改進和創新設計的能力[1]。

作為一所地方性院校，加上遠離一線城市和產品生產基地，九江學院產品設計專業在人才培養過程中面臨著實踐教學資源匱乏、學生自主創新意識和能力不足的問題。在教育投入不足、師資相對匱乏的院校，如何創造性地提升產品設計專業學生的實踐能力，解決人才培養的質量和效益問題，是本文的研究初衷。

自2010年起，學院開始以產品設計專業學生為對象，在產品設計類課程的內容建設、教學手段、教學環境與虛擬互動平臺的搭建中，以Virtools、Unity等虛擬現實平臺為依托，通過交互式新技術與傳統教學資源結合，以創新傳統的教學模式，使產品設計類課程內涵與新的技術和時代背景更加契合，最終達到提升產品設計專業教學質量的目的[2]。

2 虛擬現實技術融入教學與課程建設

（1）利用Virtools技術對產品造型類課程內容進行再開發，實現各類產品在虛擬引擎中的可控操作，形成直觀、生動、可交互的教學案例，優化產品設計專業的教學內容。學院教學人員將用于產品設計教學的大量模型導入Virtools引擎，在場景中讓三維產品模型實現動態交互（如圖1），由此生成更為逼真、更具吸引力的教學信息，讓學生得到視、聽、觸覺等多方面的感官刺激，讓課堂內容和教學方式更具表現力和感染力。

圖1 產品設計三維展示

（2）學院根據產品設計類課程的學科特點和教學要求，針對產品設計專業制作了基于3D動畫和虛擬現實的三維動畫設計教學課件（如圖2）。該課件采用全三維場景和三維過渡動畫來搭建課件架構，融三維動畫、虛擬交互、視頻、音樂等效果于一體，在課堂教學過程中得到了學生較好的反饋。同時，該課件也獲得了第十一屆全國多媒體課件大賽一等獎。

圖2 基于虛擬現實的三維動畫設計課件

該課件目前已在九江學院精品課程網上發布，利用課件的高度可控性與真實的用戶體驗，可以開展針對性強、個性化突出的教學策略和教學活動。在該虛擬平臺上，學生可以學習三維動畫的新知識和新技能，也可以開展補償式學習、興趣性學習和驗證性學習，學生可以根據自己的愛好、能力和需求選擇要學習的內容，制定學習進度與計劃。

（3）學院搭建了基于Virtools技術的三維交互設計與展示平臺，該平臺可嵌入各種三維模型，并實現基本的材質、動作、角度改變等動畫效果（如圖3）。該系統突破傳統設計實踐的時空限制，可滿足學生個性化、自主性的學習與設計需求，有利于學生創新思維的培養和自主學習能力的提高。

圖3 汽車模型導入與基本界面設計

具體操作過程以汽車模型為例，首先通過3d Max建模技術制作了福特汽車的基礎模型，在進行數據優化后導入Virtools平臺進行二次開發，通過Virtools的BB模塊依次增加燈光、旋轉、貼圖置換、相機切換等系統。平臺基本功能包括車漆顏色變換、輪轂變換、內飾變換、開關車門、升降頂棚、車燈開關、視角切換等效果。更重要的是，該平臺不僅適用于汽車展示，也適用于其他工業設計產品演示與設計。該系統在交通工具設計課程中得以應用，受到學生的一致好評[3]。

（4）建立了基于虛擬現實技術的計算機輔助設計課程網站——“三維動畫設計”（如圖4）。該網站實現了優質教學資源的共享，最大限度地滿足了教學需求，促進了課程建設和教學改革，滿足了學生自主學習和個性化學習的需要，促進學生自主學習能力的培養和發展。

圖4 三維動畫設計課程網站首頁

九江學院當前開設三維制作相關課程的專業很多，主要集中在藝術、機械、計算機和土木等幾個專業，相關學科包括產品設計、汽車設計、動畫、數字媒體技術、影視廣告、建筑工程等。整體來說，涉及課程與學習人數均較多，相應師資力量卻較為缺乏，教學理念、教學方法等方面也較為陳舊。因此，做好基于3D和虛擬現實的網絡課程平臺的建設，對于緩解這一壓力是有很大幫助的。

3 虛擬現實技術融入教研與社會實踐

（1）將教學過程與各類科研項目結合起來，以教促研，實施項目化教學。相關教師研究期間申請了九江學院質量工程項目“九江學院三維漫游系統”（如圖5），將項目引入課堂，組織學生參與設計制作。

圖5 九江學院虛擬校園3d模型

項目的完成能夠很好地鍛煉學生的動手實踐能力，同時對于校園規劃和對外宣傳均有一定意義。而且，這樣的項目化教學極富產品設計專業特點，是行之有效的設計類實踐教學環節設計。項目進行過程中，由教師引導，學生自主進行創意設計，極大地提高了學生對專業課程學習的興趣，檢驗了學生之前課程學習的成效，激發了學生的創新意識。這對于自主型、創新型人才培養具有極大的推進作用。

（2）在教學之外，課題組師生積極開展社會實踐服務，將基于三維制作與虛擬現實二次開發的教研成果轉化為社會服務項目。由于產品設計專業的課程教學模式，是基于問題分析和解決、集教學研發于一體，在開展對外服務和凝練產學研成果方面具備先天的優勢。課題組先后為九江707研究所（如圖6）、廬山植物園、白鹿洞書院等部門制作了虛擬現實產品或搭建了相關環境。

圖6 為707研究所設計的虛擬裝配機床

4 培養計劃與相關人才培養評價

學院將相關虛擬現實研究成果與技術融入培養方案，同時加強課程檔案資料管理。在產品設計專業開設了三維動畫和虛擬現實相關課程，強化學生在這方面的技能掌握。在課程檔案管理方面，針對每門課程加強了相應的信息收集與整理，包括師資隊伍、課程負責人、教材選用、教學大綱、教案、教學課件、課程實踐及記錄、學生課程成績及分析材料等[4]。

在評價手段上，根據最新專業認證的標準和要求，以總結性評價與形成性評價相結合的方式進行考核，不僅重視學生學習的結果，更重視學生學習的過程。通過課程作業和畢業設計的展示平臺（如圖7），形成科學的教師評價、學生互評和日志評價等多種形式于一體的評價體系，落實課程的考核評價。該展示平臺開通了點贊、點評等輕社交功能，所有用戶可以在線評價和互動[5]。

圖7 學生作品網上展廳（附學生點評）

5 小結

將新技術融入教學和人才培養是教育改革的一個方向，虛擬現實技術在優化教學課件制作、輔助教學環境搭建和促進學生自主性、交互式學習方面，有著難以比擬的優勢，隨之帶來的教學思路與理念的改進，亦具有極大的價值。

九江學院產品設計專業在借助虛擬現實技術促進產品設計專業教育教學模式方面的發展，特別是針對實踐教學的探索是具有一定代表性和借鑒價值的。通過虛擬現實技術融入產品設計人才培養，將虛擬現實的技術屬性應用于構建產品設計專業的情境式教學，有利于改進現有的教學內容和教學方式，培養自主創新型產品設計人才。