虛擬仿真技術下適老化空間設計教學創新

隨著人工智能技術的高速發展，高校課程改革創新成為教育領域的重要議題。本文基于高校環境藝術設計類專業教學現狀，將虛擬仿真技術作為“適老化空間設計”課程教學創新的核心，通過從二維到三維的轉化，激發學生學習興趣，提高教學質量，并分析了傳統教學方式的問題，探討了虛擬仿真技術在本課程中的應用內容、方法及其優勢，規劃了虛擬仿真實踐教學系統的模式建設，旨在培養專業設計人才，改善老年居住環境。

1 教育教學體系下的虛擬仿真技術運用研究現狀

虛擬仿真技術在教育教學領域中的運用，有助于提高學生的實踐能力和創新能力。虛擬仿真技術所構建的虛擬教學環境，在國內外教學實踐中日益得到廣泛應用和推廣，具有身臨其境、效率高、安全便捷、節約成本等特點。

1.1 國外研究現狀

據國外研究報道，虛擬仿真實踐教學將會在很大程度上改變傳統教學方式，為傳統教學改革、人才質量提升提供新方法。德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）開展虛擬仿真實驗教學，涵蓋化學工程、機械工程、電子工程等多個領域，為學生提供了豐富的虛擬實驗室資源。英國倫敦大學使用虛擬仿真技術進行考古學教學，通過虛擬現實環境重現古代文明，讓學生在虛擬環境中進行挖掘、分析和研究。總體來看，國外在虛擬仿真實驗教學領域的研究形成了跨學科融合涵蓋如醫學、航空航天、軍事、建筑設計等領域，實現了跨學科的資源共享和協同研究。

1.2 國內研究現狀

虛擬仿真實驗教學作為教育數字化轉型的重要組成部分，在國內高校教學創新中扮演著越來越重要的角色。在實訓教學中，開始應用虛擬仿真技術進行研究的學者也比較多。我國虛擬仿真實驗教學的發展現狀如下所述。

首先，在理論上，主要探討教學過程中的應用模式、教學設計原則、學習效果評估等方面的問題。

其次，在課程開發上，高校圍繞虛擬仿真實驗教學開發了特色課程和教學資源，注重課程與虛擬仿真技術的融合，提高課程的實踐性和互動性。

最后，在實訓應用研究上，虛擬仿真技術在實訓教學過程中，可以很好地彌補實訓教學中的不足，使學生更加了解項目實訓過程和其中的注意事項。總體來看，虛擬仿真實驗教學在國內高校教學創新中的應用較多，正在逐步成為提升教學質量、推動教育數字化轉型的重要手段[1]。

2 環境設計專業傳統培養模式下的問題現狀

首先，“適老化空間設計”是環境藝術設計專業主要課程之一，其傳統的設計教學過于扁平化，以教師講授為主，教師一般通過案例及圖片等方式講解，學生被動接受知識，因此，這種單向傳輸的教學模式缺乏互動性。在傳統教學中，理論教學往往占據主導地位，而實踐環節相對較弱。這導致學生雖然掌握了大量理論知識，但缺乏實際操作能力，難以將理論知識應用到實際工作中。

其次，在環境設計專業課程的傳統教學方法中，教師常用空間形態的營造，空間功能的梳理，空間動線的組織等引導學生分析和探索空間。因此，對學生的空間想象力和表達能力有一定要求，對于空間想象能力較弱的同學而言，該教學環節的知識學習和理解便較為困難。

最后，對于細節部分的展示，三維（3D）成像軟件雖然能夠實現角度旋轉和漫游，但目前還有待完善。特別是對于結構和材料、燈光的配置以及空間尺度等細節部分的展示，這些在環境設計類課程體系中至關重要的信息，往往無法完全、準確地傳遞給學生。因此，學生在這些方面的理解和掌握上存在一定的困難和不足。

3 虛擬仿真技術在適老化空間設計教學中的應用內容和設計思路

虛擬仿真技術在適老化空間設計教學中的應用，能夠顯著提升學生的情景認知能力，并幫助他們建立起空間尺度意識。通過這一技術，學生能夠在軟件平臺上提高二維與三維模型聯合應用的能力，從而更全面地掌握設計技巧。此外，虛擬仿真技術還能為適老化空間設計課程構建一個包含“基礎理論+空間結構+材料工藝+燈光設計+尺度規范+表達呈現”的完整知識鏈條，為理論教學提供生動、直觀的場景。在該技術的應用過程中，復雜的理論和概念能夠以圖形化的方式被呈現出來，這使得原本抽象的概念變得具體且易于理解。

在適老化空間設計教學實踐環節，針對課程特點，構建“適老化空間設計”課程的虛擬仿真空間的還原及模擬，可直觀地反映出設計項目存在問題和不當之處，學生可以立即修正并重新嘗試。因此，通過虛擬仿真技術的輔助教學，逐步向實踐項目的空間設計與表達呈現等環節過渡[2]。

4 虛擬仿真實踐教學體系的優勢探討

4.1 為案例教學環節提供虛擬演示場景

通過虛擬仿真技術，可以創建和整合更多的教學資源，為案例教學提供更為豐富和多樣的教學素材，從而拓寬學生的知識視野。虛擬仿真教學演示還可以直觀地展示案例中的理論概念如何在實踐中應用，幫助學生建立理論與實踐之間的聯系，如適老化空間虛擬仿真環境建模、空間虛擬漫游、虛擬仿燈光配置運行程序模擬、燈光色溫調節、燈光亮度調節等。虛擬仿真實踐教學體系能夠將不同學科知識融合展現，實現跨學科的知識整合和技能應用，促進學科間的交叉融合，提高學生的綜合能力和創新能力。

4.2 使學生具有真實的體驗感

虛擬仿真技術能夠創建一個高度逼真的三維空間環境，讓學生在其中進行設計和探索。這種技術能夠使學生更直觀地理解空間關系和設計效果，從而極大地增強學習的沉浸感。以適老化空間的燈光配置為例，通過虛擬仿真技術，學生可以模擬燈具選型、色溫調節和亮度調配等過程，隨時調整和優化設計方案。這種教學方式有效解決了環境設計專業傳統教學中存在的單一化、扁平化問題，使學生能夠在實踐中不斷試錯、修正，進而提升他們的設計能力和創造力。

4.3 方便調整實踐作業過程和效果

“適老化空間設計”課程以實際項目為導向，其設計過程復雜且漫長，設計作業往往貫穿整個學期。在此期間，學生能夠在虛擬空間中進行設計過程和效果的實時觀察。通過虛擬環境進行實際操作，如家具布局、燈光設計等，學生可以直觀地發現空間中存在的相關問題。這種虛擬環境允許學生快速調整設計元素、優化設計方案，并實時查看設計效果，從而大大提高了設計迭代的速度和效率。

5 虛擬仿真技術下適老化空間設計教學創新路徑

適老化空間設計虛擬仿真實驗教學，主要基于團結（Unity）三維建模和虛幻（Unreal）引擎技術來還原空間場景。通過其可視化和直觀化的特點，構建多元虛擬系統，模擬適老化空間的環境。該研究旨在探索利用虛擬仿真實驗教學方法，在適老化空間設計中提高教學質量，并激發學生的學習興趣。

5.1 利用虛擬仿真技術更新適老化空間設計的教學方法

5.1.1 仿真建模實踐法

將適老化空間利用虛擬仿真技術對空間場景進行還原，使學生有身臨其境的感受，從而提升學生對空間的認知。

5.1.2 三維可視化實驗法

進行適老化空間效果渲染烘焙，結合團結三維建模和虛幻引擎技術，可以讓學生以第一或第三人稱在空間中漫游，再次搭建新的空間場景，可以通過虛擬仿真技術實現空間場景的切換，以此幫助同學構建空間意識，樹立空間尺度感。此外，三維可視化實驗可以實現現場學習的教學目的，將適老化空間設計基礎理論、空間尺度、材料工藝、空間照明、照明參數選擇、照明控制、燈具選型及造價、額定功率及相關參數統計、相關知識通過虛擬仿真實驗平臺進行學習等教學內容，按照實驗教學環節的要求，有機地融合在一起，通過虛擬仿真實驗平臺進行教學。

5.1.3 虛擬現實實驗法

通過選擇合適的虛擬現實（VR）設備和軟件，根據教學需求選擇性能穩定、易操作的虛擬現實設備。構建虛擬實訓環境，利用虛擬現實技術創建真實的老年空間設計場景，包括不同類型的居住環境、設施布局等。在虛擬環境中模擬真實的設計流程，如空間規劃、家具選擇、照明設計并通過交互按鈕對燈光強度和色溫的控制，了解適老化燈光設計的方法和過程，更加直觀、可視化地進行課程設計和課程教學。學生可以通過虛擬現實設備親自進入虛擬環境，進行設計操作，如調整空間布局、選擇裝飾材料等。通過引導學生分析不同案例，如老年住宅、康復中心等，讓他們在虛擬環境中體驗設計方案的效果。

5.1.4 交互式實驗法

利用虛擬現實頭戴式顯示器（HTC Vive） 進行虛擬現實操作，通過選燈參數、控燈、選燈及造價、額定功率統計及相關參數等交互體驗，將燈光調節置于虛擬環境中的適老化環境中，掌握燈光調節對環境變化所產生的效果。另外，可借助綠幕摳像技術和光輝城市“一拍”軟件的動畫結合，制作微課，幫助同學們通過網絡進行學習。

5.2 利用三維建模和虛擬技術，提高學生的理解與認識

團結三維建模和虛幻引擎技術，在空間設計中，扮演著重要的角色。團結三維建模技術具備可視化呈現、空間布局和演示、虛擬現實和增強現實、空間導航和用戶體驗的功能。

虛幻引擎擁有強大的圖形渲染、高逼真的可視化、實時漫游和交互、全景演示和沉浸式體驗，虛擬攝影和渲染的功能，可呈現高逼真的圖像效果，包括光照、陰影和材質等。

上述兩種內容創作和開發平臺在空間設計中發揮著重要的作用。通過它們的強大功能和工具，學生可以創建出逼真、互動和沉浸式的空間體驗，同時可以提升學生對設計方案的理解，并發現其中的問題，以便后期更好地通過設計實踐解決問題。

5.3 基于“項目驅動+虛擬現實”的混合教學模式，提升學生理論及實踐能力

“項目驅動+虛擬現實”的混合教學模式貫穿于本課程始終。在講解相關理論的同時，穿插設計項目任務，以項目實踐中的難點和問題為導向，將理論知識點與項目的不同階段相結合。通過還原度高、操作性強的虛擬實驗教學系統，展示適老化空間設計人機理論和實踐照明理論。同時，利用三維成像技術，培養學生的三維空間想象能力。利用其空間的可視性等優點，引導學生發現問題，并提出相應的解決措施，以此提升學生的理論及實踐能力[3]。

6 結語

本文通過將虛擬仿真技術融入適老化空間設計教學，實現了學生對適老化空間的深入認知和實踐體驗。通過空間場景的還原，利用虛擬感官設備，讓學生能夠身臨其境地體驗適老化空間的細節和氛圍。場景可分為實景和優化改造兩種：實景主要用于讓學生身臨其境地體驗原有的適老化場景，獲取相關參數知識；優化改造性場景則是借助虛擬現實技術還原后的場景現狀，通過情景體驗和再現，讓學生充分了解現場信息，并根據學習內容和現場存在的問題，引導學習者對該場景進行改造設計，重新優化空間結構，從而達到課程的教學目的。

引用

[1] 繆志偉，馬棟梁.與虛擬仿真實驗相融合的結構力學課程教學創新與實踐[J].教育教學論壇，2020（18）：384-385.

[2] 楊博.環境藝術設計專業課程教學改革創新探索[J].投資與合作，2021（5）：194-195.

[3] 陳瑩.高校環境藝術設計專業教學模式創新路徑研究[J].林區教學，2020（12）：33-35.