基于VR/AR技術的教學方法改進研究

將VR/AR技術與設計類課程結合可以打破時間和空間的限制，可以通過虛擬與現實的結合增加課程趣味性，可以使教師指導設計方案時具有直觀性和沉浸感，彌補了線上教學的不足。VR/AR技術運用在設計類課程的整個設計流程，包括方案前期調研階段、方案設計推敲階段、方案設計表現階段和方案展示評圖階段，實現了可視化的教學內容和虛擬化的教學環境。VR/AR技術可以使線下線上教學實現輕松轉換，對設計類課程的教學方法具有很好的改進效果。

VR/AR技術； 設計類課程； 教學方法

G642A

［定稿日期］2022-04-29

［基金項目］福建省中青年教師教育科研項目（項目編號：JAT191082）；福建省社會科學規劃項目（項目編號：FJ2018C082）；廈門市社會科學調研課題項目（項目編號：廈社科研［2020］C18）

［作者簡介］李建晶（1984—），女，碩士，講師，研究方向為建筑學教育理論與創新研究。

0 引言

設計類專業課作為設計學科中的主要學科，采用在線教學方式具有很大的難度和挑戰。設計類本科課在高等教育設計類課程中占比最大，跨時最大，從高校一年級的學科專業基礎設計課到畢業設計課程，縱貫整個高校學業［1］。設計類課程對于設計專業來說是極其重要的課程，但是設計類課程主要是通過老師面對面的方式進行方案設計指導，如果采用線上教學，不如線下教學指導直觀。但是如果結合VR/AR技術可以使老師指導方案時更加直觀，彌補了線上教學的不足。嘗試通過VR/AR技術，改變了高校設計類課程的教學模式，使線下線上教學實現輕松轉換，讓學習的方式方法得到重大發展。

1 VR/AR技術的發展現狀及意義

1.1 VR/AR技術概述

VR技術（簡稱虛擬現實技術）是通過計算機系統創造出一種虛擬的環境，這種環境是在多方信息相互融合后，把三維模型與實體的行為聯系在一起的仿真系統，通過相關設備用戶可以進入到虛擬環境中，感受并操作虛擬環境中的各種對象，獲得真實的體驗感受，是一種沉浸式的體驗，視覺、聽覺等多種感知的體驗［2］。VR技術作為較新的技術，已經在多個領域中得到應用，包括藝術、教育、工業、醫學等領域。在設計領域中，VR技術在方案設計、裝修效果展示、方案投標等方面有著很好的應用前景。

AR技術（簡稱增強現實技術）是VR科技的一種派生科技， 指的是利用計算機技術，將虛擬物體和真實空間相結合，使虛擬物體和真實空間可以疊加到同一個空間同時存在，實現了虛擬物體與真實空間之間的互動性體驗。同樣AR技術在很多領域得到了應用，包括教育、藝術、醫學、服務業等領域。

隨著VR技術和AR技術逐步成熟，以及硬件技術提升和設備成本下降，推動了教育行業運用VR/AR技術。同時VR技術的沉浸式學習和 AR技術的趣味交互式體驗，給教育行業提供了廣大的發展空間。

1.2 疫情影響下的教育

新型冠狀病毒疫情迫使在線教育飛速發展，隨著5G時代的到來，互聯網技術的提升，VR/AR技術的發展，都給教育領域應用VR/AR技術提供了很好的機遇。VR/AR技術作為教育領域中的新興教育方式，必將逐步成為主流，可以真正實現“無教室化”的教育模式，使教學即使在疫情期間也幾乎不受影響。

很多學校意識到 VR/AR技術對教育教學的積極作用，但大部分處于觀望的階段。運用VR/AR技術進行教育很多停留在技術層面，真正落地實施較少，所以對于VR/AR技術還有很多的研發空間和應用前景。

1.3 VR/AR技術結合教育的意義

VR技術和AR技術與設計類課程的結合，使課堂教學更加真實、有效。運用VR/AR技術在設計類課程中，面對疫情等突發情況，可以實現線下線上教學輕松轉換，可以很好地改進教學方法［3］。同時基于VR/AR技術可以對設計類的其他課程具有可推廣的實際應用價值，其中包括理論課程、技術課程和實踐課程等。與此同時，VR/AR技術可以助力發展整個設計行業，為設計提供了新思路，可以進化設計的流程，進一步增強設計的精度，可以使設計更加符合人們的使用需求，有助于我國設計行業的高速發展［4］。

1.3.1 打破時間和空間的限制

在設計類課程中，有時候需要實地調研，需要考慮調研場地時間、交通和費用等問題，使實地調研要花費較多精力。特別是疫情期間，沒辦法實地調研，使傳統的實地調研方式沒辦法進行。

通過運用VR技術，可以打破時間的限制，突破空間的障礙，可以真實地體驗感受空間。不論是講解案例還是實地調研，通過VR技術，可以帶學生去到一些不容易去到的地方，甚至可以回到過去某個空間。

1.3.2 沉浸式地進行設計，提高設計能力

通過VR技術，學生在設計類課程進行方案設計時，可以對自己的設計作品有沉浸式的感受。在VR空間中，學生可以直觀感受到空間的大小、尺度，材料、構造等信息，并通過相關軟件對材料、色彩、光線等內容進行調整，同時能以動態的方式全方位體驗所處的地理環境、外部空間和內部空間等，學生在自己的設計作品中可以任意漫游，體驗每一處細節。

運用VR技術到設計類課程中，沉浸式的體驗使學生對設計有更深入的理解，豐富了學生的創作感受，提高了學生的創新能力， 學生可以更好地推敲自己的設計作品，提升了學生設計作品的質量。

1.3.3 虛擬與現實結合，增加課程趣味性

運用AR技術使學生感受現實與虛擬空間結合的體驗感，增加課程的趣味性。一方面可以使自己設計作品的虛擬模型與真實場地進行疊加，加深對設計作品的理解；另一方面，可以在進行成果匯報時，在二維的匯報成果中疊加出三維的立體效果，增加匯報時的趣味體驗。

2 設計類課程結合VR/AR技術應用策略

2.1 結合VR/AR技術的課程目標

設計類課程的授課模式主要以板書形式、多媒體形式和面對面指導為主。隨著后疫情時代對教學產生的影響，同時伴隨著社會的進步，在VR技術和AR技術普及以后，設計類課程的授課模式可以輕松實現線上線下轉換，可以開創新的授課模式即“VR/AR模式”［3］。

2.1.1 結合VR技術運用到設計類課程

基于VR技術，在設計類課程中學生可以運用到設計的整個教學過程，包括方案前期調研階段、方案設計推敲階段、方案設計表現階段和方案展示評圖階段。設計課程中運用VR技術，通過真實的沉浸感，可以使學生更能理解空間尺度，直觀認識物體材料，并深刻理解結構、構造與空間的關系［4］。這種沉浸式的教學體驗，使設計時有深刻理解，可以做出更好的設計作品。

2.1.2 結合AR技術運用到設計類課程

基于AR技術，在設計類課程中學生可以運用到部分設計的教學過程，包括方案設計推敲階段和方案展示評圖階段。學生可以通過移動終端，包括手機與平板電腦等進行匯報展示。AR技術可以增加設計類課程的趣味性，可以使虛擬的設計作品與現實的場地進行疊加；還可以進行AR技術圖紙匯報，使圖紙展示出立體效果和視頻動畫等趣味效果。

2.1.3 設立“VR教室”

長遠的目標，可以設有專門的“VR教室”或者“VR教室”與設計課專業教室結合，學生在這樣的\"VR教室\"內可以享受每人配備一套VR設備，包括VR眼鏡和與其相匹配的電腦［3］。在\"VR教室\"中，同學們可以根據需要可坐可站，并方便活動，以便體驗VR虛擬空間時需要走動的實際空間。同時，這種\"VR教室\"可以像計算機機房一樣適用于不同專業。

2.2 設計類課程具體教學流程

設計類課程教學在VR/AR技術的運用下，實現了可視化的教學內容和虛擬化的教學環境。VR/AR技術運用在設計類課程中，可以是一個課程設計專題，通過一個設計作品的整個設計流程，包括方案前期調研階段、方案設計推敲階段、方案設計表現階段和方案展示評圖階段［5］。

2.2.1 方案前期調研階段

2.2.1.1 通過VR技術體驗場地

設計前期分析階段，有時需要了解設計場地空間環境。到基地現場感受場地空間環境在教學中是一項必不可少的流程，但受限于時間和空間的限制，學生常常無法全面地了解場地信息，特別是疫情期間，不允許外出調研，更沒辦法到達場地［5］。通過VR技術調研虛擬場地，這種方式不受時間和空間的約束，可以隨時隨地進行線上調研。在對場地虛擬調研的過程中，可以了解場地周邊情況和室內空間環境等。

在進行案例分析時，VR技術可以使學生在線上就能分析世界各地的設計案例，同時能夠沉浸式地體驗這些案例，對案例有更加深入的理解，包括的空間、結構和材料等信息。通過VR技術分析案例，比傳統的文字、照片和模型會更加直觀。

這種以VR技術的視角來分析設計場地和案例，改變了傳統的空間感知手段，實現了新維度的空間感知，形成了設計理性分析的新方法。

2.2.1.2 通過VR技術進行數據分析

在方案創作前期，VR技術使設計師更加真實的感受空間，還可以借助相關科技設備對方案進行定量化分析，例如分析用戶關注度和用戶行為數據等內容。VR技術可以將路線、視線、停留時間和某些交互行為等信息數據整合在VR仿真系統中，對數據進行完整地記錄，并進行統計和分析。VR技術作為連接用戶行為數據和數字信息內容的橋梁，對以后研究人的真實行為引入設計中提供了可能性。

2.2.2 方案設計推敲階段

2.2.2.1 VR技術在設計的直觀性

在后疫情時代，有突發事件被迫采取線上教學模式時，通過VR技術推敲方案比傳統方式更直觀，并且老師批改學生的方案時不需要面對面，也可以直觀的感受學生的設計方案。同時在設計類課程中，VR技術可以改變老師與學生語言交流和圖紙交流空間的方式，可以直接進入虛擬空間中動態的修改設計，并能提高師生交流的效率。

運用VR技術使學生的設計方案時體驗更加真實，可以真實的沉浸在自己的設計作品中，使學生的創造力、思維模式和靈感被極大激發。學生在進行方案設計推敲時，傳統推敲設計方案的方式多采用SU等三維軟件進行推敲，雖然相對于二維軟件的直觀性有所提升，但是真實感不強。通過VR技術可以把空間變成更沉浸感的空間，可以任意進入虛擬內部空間及外部空間，身臨其境地在虛擬空間中任意漫游， 可以在其中慢慢踱步，觀察和揣摩每一處細節，去感受內部空間和外部空間的尺度，同時可以獲取材料與色彩等特性信息，可以對材料進行選擇，并調整色彩。在虛擬空間中還可以添加配景，可以對其進行修改或替換［3］。對于上述的改動，可以進行前后效果的對比，這樣有利于學生在設計方案時進行相互比較，選出最佳方案，進而對設計方案進行進一步改善，完善設計方案，可以打造更為完美的設計作品。

2.2.2.2 AR技術在設計的疊加性

通過AR技術，學生可以使自己設計的虛擬作品與真實的環境場地進行疊加，從而更加真實的感受自己的設計方案。在真實場地中推敲自己的設計方案，研究體量、形態和色彩等設計內容是否與周圍的環境協調，然后可以對自己的設計方案做進一步的修改，以便設計出更加完美的設計作品。

通過AR技術進行設計與通過VR技術的純虛擬環境進行設計相比，AR技術可以實現虛擬模型與現實場地的疊加，更具有真實性和可視化。

2.2.3 方案設計表現階段

在設計類課程中，傳統的方案設計表現以各種技術圖紙，以及3D效果圖和視頻動畫為主。除了技術圖紙可以了解相應的技術內容之外，3D效果圖和視頻動畫沒有沉浸式的體驗空間，而且觀看設計方案只能按照設計者既定的角度欣賞。

通過VR技術生成的方案表現成果，可以通過線上的方式獲得，老師和同學們都可以通過線上欣賞，這也很好的避免了采用線上教學后，方案難以更好表現的缺點。同時可以以觀賞者的視角沉浸式地體驗設計空間，可以更加真實的感受到設計的空間尺度、材質、肌理、色彩等細節信息。并且可以使觀賞者按照自己設定的路線去欣賞，生成的360°的全景視野，可以讓觀賞者隨意抬頭或者低頭、左看右看，前進或者后退，這種方式極大地提升了觀賞者體驗空間的感知感受。學生還可以選擇設定的場景和角度進行拍照，生成自己喜歡的效果圖，同時可以生成360°全景圖和全景視頻等。有些VR技術平臺可以提供模型資源、材質資料，并在線上實現共享，也方便學生快速制作出相應的設計方案表現圖［6］。

2.2.4 方案展示評圖階段

傳統的設計類課程展示評圖時，多是采用圖板或是圖冊的方式進行展示評圖。室內外空間的表達常以二維圖片為主，在認知方案時為非人本視角，認識度不高。

2.2.4.1 構建VR虛擬展示空間

通過VR技術，進行多維度的方案匯報， 可以構建VR虛擬展示空間，可以把整個年級的設計作品都布置到虛擬展示空間中，老師和學生通過虛擬展示空間欣賞不同學生的設計作品。一方面虛擬展示空間可以擺脫時間和空間的約束，隨時隨地可以欣賞學生的設計作品；另一方面通過虛擬場景可以更加深入地體驗設計方案的空間場景感，更直觀地解讀設計方案作品，老師對學生的設計作品進行成績評定也更加公正客觀。

2.2.4.2 結合AR技術展示設計作品

通過AR技術，可以使老師或學生使用手機或平板等其他電子設備，掃描特定的展示圖版或者圖冊后，可以呈現三維立體圖片的效果，甚至可以是動畫效果。這些展示效果可以是對特定展示圖版或者圖冊內容的進一步說明，使觀賞者更加深入地了解相關設計內容，也使展示效果更加豐富多變，極大地提升了設計方案展示過程的趣味性［3］。

3 結束語

現代社會是信息化的社會，互聯網、物聯網、5G、人工智能、VR/AR技術等新科技必然對社會產生深遠影響，也改變了人們現有的生活和工作方式。對于教育來說，特別是培養高素質人才的高等教育而言，將VR/AR技術運用到教學中是必然的發展趨勢。設計類課程教學運用VR/AR技術，可以不受線下教學的約束，使學生更好地理解設計的本質內涵，從而激發學生學習的興趣。同時在疫情這種突發事件到來時 ，線上教學無法正常進行，運用于VR/AR技術可以快速轉換為線上教學，提供了后疫情時代教學方法的靈活改變。VR/AR技術對設計類課程的教學方法具有很好的改進效果，同時也適用于其他課程和其他專業，在改進教學方法都具有較好的應用前景。

參考文獻

［1］ 曾克明，曹國媛.基于VR虛擬現實技術的建筑設計課程教學研究［J］.中外建筑， 2019（9）：82-84.

［2］ 梁爽.VR在建筑設計方面的應用［J］.建筑技術開發，2019，46（15）：92-93.

［3］ 李建晶.VR/AR技術在高校學教學中的應用研究［J］.中國房地產，2020（6）：60-63.

［4］ 李俐，張恒.基于VR交互技術的建筑空間感知教學模式研究［J］.中外建筑，2018（11）：54-56.

［5］ 潘崟，顏勤，宋曉宇.建筑空間認知迭代：VR空間認知、設計、表達［J］.新建筑， 2020（3）：65-69

［6］ 謝菊明，宋曉宇.虛擬現實技術在建筑設計課程教學上的應用［J］.智能城市， 2018，4（2）：7-9.