基于桌面虛擬現實的教育游戲設計與研究

摘要：在高職景觀設計教學過程中發現，傳統教學遇到了諸多困境，教學互動性較差，學生想象力不足、學習氛圍不強、學習興趣不高，缺少探究式學習動力，也缺乏協作競爭意識。在桌面虛擬現實平臺支持下，以高職景觀設計課程為例，在充分調研目前桌面虛擬現實應用平臺、學生學習現狀和游戲吸引人的機制等基礎上，研究適宜景觀設計教學的桌面虛擬現實教學實踐平臺和游戲化教學設計。在游戲資源精華吸收和提煉，游戲機制模仿和借鑒兩方面進行課程的教學游戲設計，以期提升高職景觀設計課程的教學效果，提高學生的學習興趣和專業能力。

關鍵詞：桌面虛擬現實;教育游戲;高職;景觀設計

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0250-03

1 引言

虛擬現實（VR）技術具有交互性、沉浸感和想象力等特性[1]。桌面VR系統是使用個人計算機或中低端圖形工作站來產生三維交互場景的VR系統。和其他VR系統相比，桌面VR系統具有價格低廉、攜帶方便、操作簡便、適用性強等特點[2]。這些特點，使其很適合在高校課堂教學中使用并推廣。

游戲教學理論，又稱為“教育游戲”，就是模仿游戲的形式和表現手法，使學生沉浸在合作或對抗的游戲環境中，不知不覺地學到課程的教學內容，或者學到必須掌握的知識[3]。游戲教學理論是一種全新的教學理念，它改變了傳統“灌輸式”的教學方法，采用啟發式、協同式和情景式的教學模式，迎合學生的興趣，寓教于樂，變被動學習為主動學習，變乏味為有趣，使學生在游戲中獲得知識和技能。

傳統高職景觀設計課程教學主要是教師對書本知識的教授和自身經驗的傳授，專業知識的學習速度較慢，且缺乏直觀性，學生主要是被動學習。借助桌面VR系統，通過課程的教育游戲設計，能夠改善傳統高職景觀設計教學內容和教學方式，達到提高學生學習興趣和學習效率，進而提高學習效果的目的。

2 桌面VR輔助景觀設計課程的優勢

目前高職景觀設計課程教學中，還存在許多傳統教學方式和手段無法解決的問題，如景觀設計課程中的抽象概念無法表達，學生不容易掌握，傳統的景觀沙盤模型難以使學生有效地把握空間、尺度和構造等景觀細節。此外，高職學生中還存在學習氛圍不足，學習積極性不高等現象。桌面VR技術的特性和諸多優勢能夠彌補傳統景觀設計課程教學的不足（表1）。和傳統教學相比，它主要有以下幾方面的優勢：

2.1 教學素材豐富，互動性體驗感強

高職景觀設計課程是一門實踐性很強的綜合性課程，目標是培養學生良好的景觀空間把控和設計能力、景觀素材篩選和運用能力。教學素材選擇與傳授是景觀設計課程教學的重要內容，主要包括設計案例展示與分析、設計素材介紹與比較、景觀項目構思與編排等。傳統景觀設計課程的教學素材雖然也不少，但其展示方式是平面式的，單一且缺乏直觀性，不利于學生對教學素材的深入理解。VR技術運用到高職景觀設計教學中，可以用于案例場景的仿真模擬，使學生能夠身臨其境地感受教學案例的設計意圖，幫助學生感受景觀材料的質地、顏色等物理特性，為學生提供逼真、感性的學習途徑。同時，有利于師生的教學互動，激發學生的創造力和自主學習能力[2]。

2.2 教學維度多樣，游戲性空間感強

傳統高職景觀設計課程中存在教學方式單調、教學維度單一、教學效果不佳等問題。將“教育游戲”理論引入到景觀設課程的教學中去，重塑教學方式，激發學生的專業創造力，改被動學習為主動學習，使學生較快地掌握本專業的知識和技能，使所學專業知識能與市場需求緊密結合，提高學生的就業競爭力。VR技術所具有的沉浸感、交互性和想象力等特性，使教學維度得到擴展，教學手段得到豐富，可以有效地運用在高職景觀設計課程的知識教授、探索學習和實驗實訓等各個環節。在虛擬場景中，學生可以扮演方案設計師、施工圖設計師、施工員等多個角色，“游戲化”地沉浸在虛擬環境中開展學習活動，有利于學生體驗景觀項目全過程中的不同分工與協作。

2.3 教學效率提升，主動性想象力強

筆者在高職景觀設計教學過程中發現諸多不易解決的問題。一方面，許多抽象的專業概念無法用傳統的教學手段來直觀地表達，也無法對設計方案在時間、季相和照明燈方面進行模擬，學生不能有效把握空間、尺度和構造等景觀要素，課堂互動性、學生想象力不足;另一方面，學生的學習氛圍不強，學習興趣不高，缺少探究式學習的動力，也缺乏協作競爭的意識。傳統的景觀設計教學是以教師的教為主，學生始終處于“被教”的位置，主動學習能力的培養不足，已經不能滿足現代職業教育的要求。基于桌面VR技術的“游戲”教學，切合學生的興趣，寓教于樂，變被動學習為主動學習，變乏味為有趣，使學生在“游戲”中學習。通過桌面VR平臺可以提高學生對空間尺度的把握、空間形態、建筑材料、景觀植物等的感性認識，可以提高師生之間的教學溝通效率，還可以驗證學生方案設計的嚴謹性和可實施性。另外，這一技術的應用還有助于學生景觀設計作品評價體系的建立[5-6]。

2.4 實踐技能提高，安全性可逆性強

與傳統景觀實踐課程相比，首先通過虛擬空間進行施工流程模擬練習，不僅大大降低學生初次施工實踐的緊張感，而且提高學生實踐的安全性。景觀施工實踐操作過程中，學生往往會出現操作失誤和錯誤，為了盡量避免在實際操作過程中不必要的失誤和可能帶來的機器傷害，采用虛擬施工實踐，在遇到失誤時，可以及時調整操作，返回到施工的初始節點，大大節省教學實踐時間，避免材料浪費，提高實踐安全性。通過虛擬平臺重復性操作，增加反復練習的機會，進一步增強學生安全施工的技能和意識。

3 桌面VR輔助高職景觀設計游戲化教學的關鍵

3.1 選擇適用教學的桌面VR平臺

VR場景的構建首先需要建立場景模型，然后導入VR系統平臺。在這一過程中，選擇合適的三維建模軟件和VR平臺是關鍵環節。目前，存在著眾多的VR平臺，但由于功能側重不同，并不是所有的VR平臺都適合景觀設計課程教學。選擇經濟適用、高效簡便、趣味程度高的桌面VR教學平臺，對景觀設計課程的教學具有積極的意義。對于一個具備“游戲教學”特色的景觀設計課程來說，選擇出合適的VR場景建模和展示平臺是關鍵的一步。根據“適用性”和“趣味性”的原則測試并篩選目前主流的建模軟件和VR平臺，得出最適合景觀VR場景創建和教學的系統組合。

經過對目前多款主流景觀建模和VR景觀軟件的測試和比較，在建模軟件方面，SketchUp是一款面向設計師，面向設計過程的軟件，使用者可以直接在其平臺進行方案設計，簡單易學，功能強大、修改方便，并擁有豐富的在線模型庫，是目前景觀設計師建模的最佳選擇。在VR軟件方面，Lumion不僅能與SketchUp無縫對接，而且功能強大，操作簡潔，做到了“所見即所得”。它自帶豐富的素材庫，能生成高質量的效果圖片和場景動畫，并能創造出包括立體效果在內的特效，非常適合園林景觀場景的使用[4]。因此，SketchUp與Lumion是目前桌面VR輔助景觀設計課程教學的理想組合。

3.2 桌面VR輔助景觀設計教學的實施流程

桌面VR輔助景觀設計課程的教學流程主要包含以下幾個關鍵步驟：首先使用SketchUp對景觀實體進行建模，然后導入Lumion設置景觀參數，添加景觀要素和賦予景觀材質等，并進行空間體驗、場景模擬和角色轉換等VR教學活動，最后可以進行教學結果的使用（圖1）。

3.3 編排具有游戲趣味性的課程案例、素材和進程

在游戲教學課程編排中，一方面，可以吸收和提煉網絡游戲等電子游戲中的資源精華，主要是景觀場景的構建、景觀要素的刻畫、景觀文化的展示和景觀敘事的表達;另一方面，模仿和借鑒游戲活動中的編排方式和激勵手法，結合高職景觀設計課程的教學目標、教學要求和教學特點，科學合理地在課程教學中編排具有游戲趣味性的案例（角色、場景等）、素材（山地、水體、建筑、道路、小品和植物等）和進程（設計案例由簡單到復雜）供課堂授課，重塑景觀設計課程的教學方式，以提高學生對專業和課程的學習興趣，激發學生的學習創造力，并培養學生的合作與競爭意識。

4 桌面VR輔助高職景觀設計游戲化教學設計

景觀設計課實踐性較強，既需要理論知識和設計方法的掌握，也需要學生通過項目實踐來提高設計能力。需要學生具備較強的個人學習能力，也需要具備團隊協作能力。VR沉浸式項目案例教學，學生在VR空間里，通過“游戲機制”，挑戰難度漸進的案例，協作配合完成“闖關”，具有沉浸性、交互性和可逆性的優點，滿足學生個性化學習、自主化學習的需要。在VR“游戲化”場景中體驗到學習的快樂、成功的喜悅，從而提高團隊協作意識和學習的信心。

從授課的過程來說，在景觀認知階段，借助桌面VR平臺，一方面，讓學生直觀地了解國內外著名景觀設計案例以及景觀場景構建與表達的方式;另一方面，以沉浸性和交互性的方式讓學生理解空間尺度、景觀要素、材料特性、建筑構造和行業規范等知識。在景觀設計階段，根據課程進程，設計由簡單到復雜的、故事進階式的VR景觀案例，讓學生組成方案設計小組，根據游戲規則，通過團隊協作、自由討論，完成“闖關”和“晉級”，在潛移默化中引導學生提高方案設計能力。在方案評價階段，完成各級別“闖關”和“晉級”后，由任課教師和學生代表組成評判小組，利用VR平臺對各小組的作品進行驗證、推演和評價。在這一過程中，使學生形成合作與競爭、學習與借鑒，你追我趕的學習氛圍。

以課程實踐項目“庭院設計”為例，在景觀設計階段的課程導入時就開始運用游戲或游戲元素，將情境導入到真實世界，進入角色扮演，結合一定的材料清單，學生可以運用VR技術進行項目的推進。在游戲中每個角色都有各自相應的任務要求：首先，“方案設計師”可以根據任務書中虛擬的“庭院業主”提供的設計要求和材料要求進行“虛擬現場”調研，并完成前期階段性的資料分析。進入到方案設計環節，通過VR技術進行方案設計、方案展示、匯報和修改。其次，“施工圖設計師”根據方案設計圖紙和虛擬的材料特質進行施工圖紙的完善，完成符合施工要求的全套施工圖紙的繪制和“虛擬現場”交底。最后，“施工員”根據施工圖紙進行VR場地景觀的施工模擬操作。這個過程是一次“游戲”化的虛擬項目全流程推演，過程中的“角色代入”培養學生團隊合作意識，提升學生不同角色的勝任能力，使學生對于景觀項目推進過程有更明確的認識（圖2）。通過游戲化教學模式角色互換，有利于學生對自己未來從事的專業崗位做出快速準確的認知，明確崗位和項目階段需要面對的工作，有利于學生明確將來就業職位的選擇。

5 結語

藝術設計專業的學生都具有很強的藝術思維能力，在創作和表達方面都有許多新穎的想法。通常學生對于藝術設計基礎課程接受度都比較高，通過大量的練習可以取得一定的成果。但在后續的專業課實踐學習過程中就會發現學生設計的作品會不盡人意，學生會對專業實踐課程產生一定的抵觸心理，進而影響了專業實踐課程的學習。在虛擬游戲過程中，學生也會遇到失敗，他們不僅不會放棄而且還會進行多次的嘗試，這就說明VR的游戲模式可以與單純課堂授課進行融合，不僅能調動學生學習的積極性，而且也能豐富課堂的學習氛圍。

游戲的核心教育價值可以概括為游戲動機、游戲思維和游戲精神[7]。基于桌面VR技術的教育游戲，在景觀設計課程教學中進行教育游戲設計，使理論直觀化、形象化，方便學生對抽象概念的理解，將景觀材料、建筑構造直觀地展示給學生。沉浸式的交互體驗，可以彌補傳統教學難以克服的不足，通過營造游戲化的學習環境和實踐場景激發學生的學習興趣，使學生的理論知識、實踐能力、協作意識和職業素養都得到顯著提高。

參考文獻：

[1] 申蔚，曾文琪.虛擬現實技術[M].北京：清華大學出版社，2009.

[2] 祝曉.基于大學生實踐創新項目的園林虛擬實驗室建設研究[J].中國教育信息化，2017（2）：22-23，27.

[3] 百度文庫[EB/OL].https：//wenku.baidu.com

[4] 祝曉.虛擬現實技術輔助園林規劃設計研究[D].南京：南京林業大學，2011.

[5] 趙兵，韋薇，李紅宇.虛擬現實技術在風景園林教學中的應用[J].中國林業教育，2009，27（5）：72-75.

[6] 文錚.虛擬現實技術在景觀設計教學中的應用前景[J].中外建筑，2006（5）：89-91.

[7] 尚俊杰，裴蕾絲.重塑學習方式：游戲的核心教育價值及應用前景[J].中國電化教育，2015（5）：41-49.

【通聯編輯：代影】

收稿日期：2021-03-20

基金項目：江蘇省現代教育技術研究2020年度課題“基于桌面虛擬現實的教育游戲設計與研究——以高職景觀設計課程為例”（2019-R-77594）

作者簡介：趙萍（1978—），女，北京人，江蘇海事職業技術學院人文藝術學院高級工程師，碩士，主要研究方向：計算機輔助園林景觀設計、環境藝術設計。