Mars 虛擬仿真技術融入室內設計專業教學改革探究

宗廣功 梅玲 滕奎

（作者單位：揚州大學美術與設計學院）

當今社會的不斷發展，隨著多學科教學改革的逐步深入，環境設計專業也同樣進行不斷的革新，以滿足多元化人才培養的新需求。就目前而言，環境設計專業相關課程知識的傳授，多以傳統灌輸式教學方式為主。課程理論教學與實踐教學相互分離，師生之間缺少互動，課堂學習氛圍不濃，學生在學習中缺乏主觀能動性和參與度[1]。此外，課程教學方式不生動，教師授課多采用PPT 等單一方式進行課程內容展現，難以靈活生動地呈現在學生面前，造成受教學生對較復雜的內容一知半解，導致教學質量不高，進而造成學生在實習和就業時無法達到工作崗位專業知識的需求。然而，互聯網信息技術的快速發展，為傳統教學模式的革新帶來契機。2017 年7 月，教育部正式發布了《教育部辦公廳關于2017-2020 年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，決定在高校實驗教學改革和實驗教學項目信息化建設的基礎上，在普通本科高等學校開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作[2]。虛擬仿真技術給予了學生實踐應用、沉浸體驗的機會，基于仿真場景的案例分析、項目調研，采用虛擬仿真技術進行沉浸式交互設計、反饋與評價，解決了“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的問題，讓學生獲得更多實踐機會和自主驗證設計效果的機會，必將高效提升學生自主學習、自主實驗、自主驗證的積極性，進而有效提升其專業能力和項目實踐經驗。使學生在未來的職場中有效把握先機，獲得自身競爭力的提升。以Mars 為代表的虛擬仿真技術，包含模型導入、模型編輯、場景體驗過程，與市場中成熟的Sketchup、3DsMax、Maya、Revit 等三維軟件有極強的兼容性。軟件平臺操作和編輯界面為中文顯示，所有功能均為圖形化操作。在完成場景空間的三維建模并導入Mars 平臺后，可以對場景中模型的材質、色彩、粗糙度等進行精細化調整，并可以對模型位置進行移動與旋轉。配合平臺中的天氣調節功能，能夠對虛擬場景的季節、天氣、光照強度進行自用切換，并支持項目所在地理位置信息光照的模擬功能。對于已構建完成的虛擬場景，支持PC 端第一、三人稱視角的漫游，通過虛擬人物可以進行視角高度及行走速度的調控。配合虛擬仿真設備，能夠進一步增強虛擬場景的體驗感。該技術為室內設計專業相關課程的改革帶來新思路，但如何將Mars虛擬仿真技術更好地融入到室內設計相關課程環節的教學中，需要進行系統性地探索。

一、與《室內設計原理》課程的結合

《室內設計原理》課程是室內設計專業的核心課程，其涉及到的教學內容十分廣泛。以來增祥等[3]著的《室內設計原理》教材為例，該課程涉及的知識點和內容較多，覆蓋整個專業的方方面面，包括室內家具與陳設、室內色彩、設計風格等。通過本課程的學習能夠使學生熟練掌握室內設計的基本知識、設計方法和表現技巧，培養學生因地制宜、系統全面地進行方案構思的能力。通過熟悉并掌握不同空間的特點、技術要求和藝術處理手法，初步了解相關的技術規范和指標，并通過設計課題鍛煉和考核其綜合設計和審美能力。然而，課程教師只在課堂授課環節對單一理論內容的講述，略顯枯燥與乏味。通過結合Mars 虛擬仿真技術，進行《室內設計原理》課程教學內容的創新優化，實現課程中室內家具與陳設、室內色彩與搭配、室內采光與照明等理論模塊的及時呈現，對活化授課形式，增強授課效果，具有極強的現實意義。

（一）室內家具與陳設

室內家具與陳設課程即對室內空間進行合理的布局，使家具陳設符合邏輯，充分利用室內空間，增加室內的美觀和視覺感受。室內空間布局具有高度的復雜性，其包含功能分區、交通流線、人體工程學等多種內容。如何在有限的教學時間中將這些教學內容進行整合，并且讓學生能夠理解并且運用是教學環節中的一大難題[4]。通過圖片、視頻等方式了解室內家具的陳設，使學生無法直觀感受到其空間布設效果，且大多數教學內容都需要與實踐環節相結合，僅僅通過單一的理論講解，無法生動地理解。此外，學生對空間的尺寸、比例等方面缺乏明確的認識，只能通過自身的估計進行感量，無法得到高度正確的認知。采用Mars 軟件，能夠基于多種風格體系的家具與陳設品模型素材庫，對室內空間家具等陳設品進行自由選擇與擺放，模擬真實的室內空間，使學生對室內的尺寸比例與效果有更為精準的感知。通過采用Mars 虛擬仿真技術進行實時觀察，使課堂效率和靈動性大大提升，進一步促進學生對課程內容更為準確和深入地了解。

（二）室內色彩與搭配

在室內設計色彩與搭配課程內容中，根據不同的空間場所設計要求，對于色彩冷暖、輕重、強弱的搭配需求也各具差異。根據室內裝飾裝修的理論，應用于設計中的色彩屬性涉及到三種類型：色相屬性、純度屬性及明度屬性。室內設計通常要考慮色彩屬性的合理搭配，這樣才能呈現出最好的效果[5]。合適的色彩搭配不僅可以美化室內環境，還可以滿足人們的需求帶來良好的感受，而這幾個方面的知識內容都比較抽象，僅僅是通過課堂理論的闡述很難達到活學活用的功效。通過Mars 軟件可以賦予各空間平、立面色彩變換的功能，比如通過Mars軟件展示不同的冷暖效果，不同色彩的冷暖搭配會影響到整個室內環境的氛圍，及時感受到不同搭配的效果，獲得最優的色彩搭配方案。

（三）室內采光與照明

在室內照明設計教學中，往往只能通過對照明燈具、顏色和形式進行講授或穿插一些照明視頻進行欣賞學習，學生不能直觀感受不同類型的燈具表現的不同的明度、亮度、 照度、色溫等，不僅造成教學效果不佳，而且學生無法在教學內容的基礎上再進行創新創造。在這種情況下，學生們只能通過想象來感受到室內的效果，僅僅停留在表層，沒有辦法完全的了解到燈光照明的表現形式，并且無法有效感知不同采光與照明設計方法所營造的良好氛圍。通過Mars 軟件模擬室內場景和不同的光照效果讓學生們能夠第一時間感受到變化和最直觀地體驗。例如，通過將多種照明方式進行合理布局，使學生們準確了解其中的主次關系，第二通過燈光的冷暖色調的對比，在合適的場景下選擇合適的燈光，使其與整個環境相融合，營造正確統一的良好氛圍，增強室內的藝術感。

二、與《裝飾工程材料》課程的結合

裝飾工程材料課程通過講授裝飾材料的選用原則、分類、品種、特性、規格、性能和適用范圍等理論知識，運用多媒體、裝飾材料市場考察和相關的教學視頻等教學手段，強化學生對常用裝飾材料各方面知識的理解和掌握。教師通過布置一定量的課堂繪圖練習，使學生熟悉常用裝飾材料在室內設計項目中的運用方法，在掌握常用建筑裝飾材料的名稱、規格、基本特性、性能指標和適用范圍的基礎上，熟練運用CAD 軟件和常用建筑裝飾材料，對建筑室內空間的墻面、地面和頂面等建筑部位進行具有一定藝術感的設計。但是，在傳統的教學過程中往往出現教學內容和實際使用效果不匹配的現象，學生無法通過圖集或材料樣板來體驗材料成型后的整體效果。裝飾材料在教學的過程中往往會出現孤立感，學生無法直觀體會其效果，總會忽略材料在室內設計中的重要性，出現重表面而輕內在的現象，這極易為用戶的居住留下巨大的安全隱患[3]。此外，如果授課教師僅僅在課堂上使用語言和簡單的PPT 進行展示，學生理解起來相對比較困難。

（一）裝飾材料的種類

隨著工業制造技術的發展，各種新型材料層出不窮，涉及類別巨大。但是，教材中的建筑裝飾材料往往無法及時更新，只有一些傳統的裝飾材料，遠遠到不到全面的裝飾材料認知學習，因此易導致學生接觸到的裝飾材料有所局限，并限制個人設計思維的活躍性。學生接觸的裝飾材料品種單一，對不同視覺美感、風格流派的新型材料了解更少，對行業市場狀況認知基本處于茫然的狀態[6]。通過Mars 軟件建立裝飾材料材質庫，進行多層級劃分的同時，賦予各種材料具體的數字參數，能夠有效改善裝飾材料涉及種類繁雜的局面，優化難以對裝飾材料進行直觀認知的不足。此外，對于各種裝飾材料可以在基于空間模型直接附于材質，應用于模型場景中，更為直觀地認知裝飾材料的表面效果。例如，對一個室內空間來說，地面裝飾材料和頂棚裝飾材料存在很大區別，通過Mars 軟件按類別建立材質庫，賦予不同材質明確的特征信息，進行及時渲染呈現的同時，還能給基于虛擬仿真場景進行快速檢索，及時分辨出多種裝飾材料的區別。

（二）裝飾材料的特征

對裝飾材料表面色彩與肌理的認知非常重要。在設計過程中，色彩的搭配是否符合環境所需，每一種裝飾材料的不同色彩特點，都是在裝飾裝修過程中必須考慮的因素，適宜的色彩搭配可以使人心情愉悅，營造良好的環境氛圍，可以使整個空間設計風格也一致。針對合適的色彩搭配我們需要選用合適的裝飾材料，使裝飾材料的色彩相配。通過Mars 軟件展現不同裝飾材料的效果和是否符合其空間環境氛圍，辨別裝飾材料的色彩搭配是否滿足美觀性需求。

三、與《裝飾施工構造》課程的結合

在室內設計教學中，裝飾施工構造課程也是必不可少的一門課程。該課程通過講授裝飾構造的設計原則、組成形式、裝飾施工的分類、施工工藝、驗收標準和中小型裝飾工程項目管理的基本方法等理論知識，運用多種教學手段，強化學生對常用裝飾構造、施工工藝等各方面知識的理解和掌握。教師布置一定量的構造大樣圖的繪圖練習，使學生掌握一定的施工構造知識，明確不同的構造部位如何施工，進一步促進學生繪制施工圖的能力提升。但是，就目前而言，由于裝飾構造涉及節點類型眾多，并且教學方法較為傳統，只是一味地灌輸理論知識，難以結合實際工程項目進行準確認知，無法使學生真正深入地掌握該門課程的核心內容。因此在工程設計實踐中問題頻出，學生無法正確地將二維平面圖轉化為三維立體空間圖，造成室內空間安全隱患，或出現設計方案無法和實際施工相匹配，整體偏差較大的局面。為打破該項痛點，通過實際工程項目考察，教師結合施工現場進行講解，能夠大大提高課程知識的理解程度，學生的認知也會更加清晰，對畢業后的實習和工作產生巨大幫助。但是，這種方式雖最為簡單直接，但是因為涉及出行成本、與施工方的交涉、安全問題等等而欠缺較高的可行性。通過Mars 虛擬仿真技術建立多種裝飾工程構造節點模型，結合虛擬空間效果，采用多步驟交互的形式，能夠從多角度、多方位的認知裝飾施工構造知識理論。

（一）裝飾施工工序

裝飾施工課程是裝飾施工構造課程重要的組成部分，主要目的是讓學生了解施工相關的理論知識，掌握施工的工序，明確施工技術操作辦法，從而能夠更好地應用于實踐，裝飾施工工序課程對理論性和實踐性的要求都非常高。目前，室內設計專業的學生多為年輕群體，加之相關專業學生自身的理工知識相對缺乏，對工程實踐的知識又知之甚少[7]，因為此課程教學過程中涉及到各分部分項工程，都具備各自的流程。如果單純通過板書或多媒體講述的方式進行教學，沒有實踐工程經驗的學生很難理解。通過引入Mars 虛擬仿真技術，實現學生對各項工序及相關結構、最終效果進行直接觀看，便于讓學生對此課程有較為清晰地理解。以墻面乳膠漆的施工工序為例，從初步放線找平，到檢查原墻面基層質量，并經過墻面質量修復，進一步進行石膏粉找平、貼高紡布、批刮三層膩子粉，最后完成乳膠漆表面噴涂[7]。在施工過程中，需要對墻面相關質量問題進行格外關注。我們可以通過虛擬仿真技術模擬真實場景并進行交互，查看每一道工序的具體細節與標準，能夠使學生對相關理論知識實現更為充分地掌握。

（二）裝飾節點構造

裝飾節點構造課程是一門以實踐為最終目的的課程，建筑裝飾構造知識是室內設計專業學生學習和步入施工工作的必備條件，它主要闡述室內建筑裝飾各部位的裝飾構造要求，介紹各部位構造施工的方法，以及如何施工的合理性，還要訓練學生掌握繪制各部位的結構施工圖的技能[7]，其重要性不言而喻。但在教學過程中，問題普遍存在，學生對枯燥乏味的理論知識缺乏興致，并且無法進行現場考察，很難知道相關構造的具體做法和標準。對課程的了解程度也遠遠不夠。但是，通過Mars 虛擬仿真技術進行可以基于材料、尺寸、工序、標準進行交互式建模，解決學生無法進行工程現場考察的不足，增強了課堂內容的可視化和真實性。該方式有益于學生深入了解這門課程的內容，使課程教學更具質量和效率。

四、結語

隨著信息技術的不斷發展，促進了虛擬仿真技術的進步，有效地解決了傳統模式教學下環境設計課程教學不靈活，不能及時呈現課堂內容的不足。虛擬仿真技術的發展給當前的教學模式改革帶來了契機，大大提升了課堂教學的效率和質量，有效激發學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性。但是，在社會的不斷推動下，技術不斷發展，虛擬仿真技術也需隨之不斷地優化，還需要進行進一步的系統研究，使環境設計專業相關課程教學環節日趨完善。