基于AI技術的建筑設計課程實踐教學平臺設計

摘要：針對常規平臺運行幀率低、應用效果不佳的問題，文章提出了一種基于AI技術的建筑設計課程實踐教學平臺。在完成處理器及數據交換機設置的基礎上，文章構建實踐教學知識庫，通過計算通信網絡編碼的延時均值，開發線上遠程教學通信；設計平臺的虛擬景觀漫游功能，完成平臺設計。平臺測試結果表明，應用本文設計平臺，高并發用戶下響應時間小于2.1 ms，優于對比平臺，應用價值較好。

關鍵詞：AI技術；建筑設計課程；通信網絡編碼；實踐教學平臺

中圖分類號：TP311文獻標志碼：A

0 引言

在當今的數字化時代，人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術正在各個領域展現出巨大的潛力。在建筑設計領域，AI的使用不僅可提高建筑設計的效率，降低成本，還可為設計師提供更多的創意可能性。因此，本次建立一個基于AI技術的建筑設計課程實踐教學平臺，旨在提供一個集教學、實踐和科研于一體的綜合性環境［1-2］。在這個平臺上，學生將有機會接觸并體驗最新的AI設計工具在建筑設計中的應用。通過對實際案例的分析和研究，學生將增強對建筑設計行業的理解和認識。

1 硬件設計

1.1 處理器

處理器是實踐教學平臺的核心硬件。本次使用OFATW-ASFS型處理器［3］實現平臺數據處理，該處理器主要由4個模塊組成，各模塊通過一條總線與開發板相連。其中，信號接收模塊可接收來自所述用戶端的真實教育服務請求，并將所述請求作為服務請求進行編碼；其信號變換模塊主要用于將所述的模擬量信息變換成所述數字信息；信號處理模塊可以分析所傳送的信號［4］。實踐教學指令一般是32 Bit的字符，其可以經由接口傳送給一個信號處理模組，經過這個模組的處理之后，再傳送給平臺上的各伺服器，最后根據伺服器來驅動實踐教學程式。

1.2 數據交換機

交換機是一種用于電（光）信號轉發的網絡設備，也被稱為“開關”。此次采用的Package交換機是一種特殊類型的交換機，主要用于數據包的交換和傳輸［5］。Package數據交換機結構如圖1所示。

本次應用的Package交換機提供高速、高效的數據交換和傳輸服務，支持大規模并行計算的高效運行。

2 軟件設計

2.1 構建實踐教學知識庫

為提升平臺輔助實踐教學的效果，必須確保所有實踐項目和學習資源都以電子文件的形式妥善保存。本次將課程設置分為n個模塊，每個模塊包含m個知識點。每個特定的知識點都由元知識點構成，進一步分為額外知識和基礎知識。通過虛擬現實等技術，學生可以進行模擬實踐操作，更加深入地理解和掌握知識。

2.2 開發遠程教學通信

實踐教學平臺需要具有遠程通信功能，為確保遠距離平臺信號的平穩發送，文章提出了一種基于時間延遲的通信網絡編碼算法。假定該實驗教學平臺的遠程通信網絡采用有向無環圖來表示，如式（1）所示。

F=（E，K）（1）

其中，F為遠程通信網絡的實驗教學平臺，E為遠程通信網中的一組節點，K為一個有向邊的遠端通信網絡的集合。所謂有向邊指的是一條有向通信鏈路，在一個遠端通信網絡中，若網絡上的節點數目是n，則合并后的通信節點輸入資訊文字和輸出通道分別如式（2）、（3）所示。

In（En）=u：tail（u）（2）

Out（En）=u：head（u）（3）

其中，In（En）為所輸入的第n個通信節點的資訊字符，u為通信弧，tail（u）為通信弧的長度，Out（En）為通信信號的第n個通信節點，head（u）為通信弧的弧首。對通信網中的全部節點信息進行編碼［6］，其每一位平均時延公式為：

其中，ε為遠距離教學通信節點的平均單位延遲，eIn（En）為在第n個通信節點所輸入的資訊字符內的多播率（multiprotation rate），r為涉及遠程通信網的參數變量，hOut（En）為在第n個通信節點的輸出通道內的一個限定的面積。

根據三元組來表示平臺交互界面服務，如式（5）所示。

W=（S，M，H）（5）

其中，W為實際教學平臺的互動接口業務，S為遠程業務的發布，M為遠程業務登記，H為遠端業務要求。為確保平臺的信息安全性，該系統還設計了一種用戶登錄權限認證服務，如式（6）所示。

其中，G為認證功能，m為對應于使用者標識的許可，Dm（·）為資料庫呼叫的引數。在確認頁面上，用戶需要輸入自己的身份信息，確認成功后，會進入遠程教學的畫面。

2.3 建筑設計課程全景漫游設計

為提升建筑設計課程線上教學效率，此次設計全景漫游的功能，關鍵分為2個階段：一是制作風景，二是制作全景視頻。在建模過程中，文章通過設定邊長為2n的紋理圖像，使得該模型在漫游過程中能夠顯示出合適的模型，從而實現了地形模型的生成。接下來，文章制作全景視頻，即根據攝像機同時捕捉全景視頻的不同視角，并對不同視角的視頻流進行合并。合并過程需要考慮到每個視角的位置、角度和圖像質量，以確保最終的全景視頻能夠展現出高質量的觀感，合并公式如式（7）所示。

其中，Vi為第i個視角的視頻流，Ci為第i個視角的權重系數，其需要根據不同視角的重要性、畫面質量和流暢度等因素來調整。在設計過程中，正前方視角會被賦予更高的權重，以確保用戶在漫游過程中能夠看到清晰的前方景觀。綜上，完成基于AI技術的建筑設計課程實踐教學平臺設計。

3 平臺測試

3.1 測試準備

為驗證設計的基于AI技術的建筑設計課程實踐教學平臺的實際使用性能，文章搭建了測試平臺，具體測試環境如表1所示。

以此為基礎，選取朱健鋒等［2］提到的平臺和孫樹文等［3］提到的平臺分別作為對比平臺1、2開展對比實驗，完成設計平臺性能評估。

3.2 測試結果與討論

在3種不同平臺上進行教學測試，文章考察多用戶并發情況下平臺的響應情況，利用計算機自帶計時軟件記錄響應時間，得到對比結果如表2所示。

從表2可以看出，隨著并發用戶數目的增多，平臺響應時間逐漸變長，應用文章設計平臺，其響應時間均小于2.1 ms，而應用對比平臺，其均大于6.7 ms，由此可證明文章設計平臺性能更優，更適于實踐教學。

4 結語

通過AI技術的運用，設計的建筑設計課程實踐教學平臺能夠極大地增強學生的學習體驗，提高教學效率。此平臺以智能化、交互性、實踐性和個性化為核心特點，有效地將理論知識和實踐操作結合，提升了學生的綜合素質。測試結果表明，隨著并發用戶數目的增多，平臺響應時間逐漸變長，文章設計平臺的響應時間始終小于2.1 ms，表明文章設計平臺性能較優，具有實用性。

參考文獻

［1］李繼康，南亞琪，孫殷昊，等.異質材料同軸擠出式3D打印“雙創型”實踐教學平臺設計與應用［J］.實驗技術與管理，2023（9）：200-206.

［2］朱健鋒，李嘉慧，王方雄.基于JupyterHub的課程實踐教學平臺設計與應用：以地理信息科學專業為例［J］.軟件，2023（7）：52-56.

［3］孫樹文，丁家旺，董明杰，等.基于數字孿生的模塊化生產系統實踐教學平臺設計與實現［J］.實驗技術與管理，2024（3）：244-250.

［4］賈奮勵，楊劍，游雄.空間認知工效實踐教學平臺與實驗科目設計［J］.測繪通報，2022（增刊1）：153-1QBQvNAp/AErWtTLBK+ql+vjJX+7ip5HYjEWivioYP48=57.

［5］李薇，黑新宏，王磊，等.基于EduCoder平臺的面向對象程序設計課程實踐教學探索與實踐［J］.計算機教育，2022（6）：179-183.

［6］許志華，逯行政，彭遠航，等.依托航空模擬平臺的激光雷達技術課程實踐教學裝備［J］.測繪通報，2022（4）：162-166.

Design of architectural design course practice teaching platform based on AI technology

Abstract： Aiming at the problem of low frame rate and poor application effect of conventional platform， this paper proposes a practical teaching platform of architectural design course based on AI technology. On the basis of completing the setup of processor and data switch， the practical teaching knowledge base is constructed， and the online distance teaching communication is developed by calculating the average delay of communication network coding. The virtual landscape roaming function of the platform is designed to complete the platform design. The test results of the platform show that the response time of the application design platform is less than 2.1 ms under high concurrent users，which is better than the comparison platform and has good application value.

Key words： AI technology; architectural design course; communication network coding; practical teaching platform