虛擬現實(shí)技術(shù)應用于園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)的探索與實(shí)踐論文
摘要：在論述虛擬現實(shí)技術(shù)應用于園林專(zhuān)業(yè)的可行性和必要性基礎上，明確了虛擬現實(shí)技術(shù)在園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的作用，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了搭建虛擬現實(shí)教學(xué)平臺的技術(shù)路徑和實(shí)現效果，經(jīng)過(guò)實(shí)踐總結引入虛擬現實(shí)技術(shù)的教學(xué)成效。
關(guān)鍵詞：園林；虛擬現實(shí)；教學(xué)
Abstract：ith analysis to the practicability and necessity of the application of VRT（Virtual Reality Technology） in Landscape Architecture， the paper confirms the VRT’s function in the teaching of Landscape Architecture， illustrates the technological path and running effect of building the Virtual Reality Teaching Platform and introduces the teaching effect of VRT.
Key ords： landscape； Virtual Reality Technology； education
1 虛擬現實(shí)技術(shù)概述
隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，園林行業(yè)設計、工程等各類(lèi)項目已越來(lái)越多的與計算機等網(wǎng)絡(luò )信息技術(shù)結合。如園林工程方面的項目管理系統、招投標系統、工程預算造價(jià)系統等，園林設計方面的手繪結合的計算機輔助設計的設計制圖模式。在本世紀初計算機效果圖技術(shù)逐步普及，極大提升了設計表現效率并成為設計領(lǐng)域不可缺少的表現手段。隨著(zhù)行業(yè)發(fā)展，靜態(tài)的固定視覺(jué)效果圖已無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)主和設計單位的需求，近年來(lái)三維漫游動(dòng)畫(huà)越來(lái)越多的應用在大中型園林設計中。通過(guò)相關(guān)軟件對設計內容進(jìn)行建模、渲染和后期編輯，形成的漫游動(dòng)畫(huà)相較靜態(tài)效果圖更加直觀(guān)。而近兩年隨著(zhù)計算機圖形處理能力加速提升以及周邊軟硬件條件的完善，具有交互參與的漫游技術(shù)逐步進(jìn)入人們視野。相較于傳統漫游動(dòng)畫(huà)固定路徑和單向信息傳遞的先天缺陷，虛擬現實(shí)在交互性和沉浸感方面均具有顯著(zhù)優(yōu)勢。虛擬現實(shí)技術(shù)是一門(mén)綜合性信息技術(shù)，涵蓋了多個(gè)學(xué)科，主要用在計算機仿真領(lǐng)域，該技術(shù)的原理是通過(guò)計算機及相關(guān)軟件對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬，用戶(hù)可以利用專(zhuān)用設備沉浸到模擬環(huán)境中，從而實(shí)現與該環(huán)境的交流與感受。
2 將虛擬現實(shí)技術(shù)引入園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)的必要性
目前，園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源多以教材、意象圖片、PPT課件、多媒體動(dòng)視頻等為代表的靜態(tài)或初級動(dòng)態(tài)的教學(xué)資源為主，而教學(xué)模式早已由教師主導的單向知識傳授模式轉變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的項目化雙向互動(dòng)的教學(xué)模式，但相對落后的教學(xué)資源已很難適應教學(xué)模式的進(jìn)一步改革和發(fā)展的需要。此外，園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)受客觀(guān)條件的限制，教師講授內容很難全部經(jīng)由具體實(shí)踐傳授給學(xué)生。例如，園林工程教學(xué)中涉及大量園林景觀(guān)和建筑施工，而在現實(shí)中很難提供學(xué)生逐一參與各類(lèi)工程實(shí)踐的機會(huì )；園林規劃設計課程中教學(xué)用設計方案實(shí)施的可能性也微乎其微。由于以上客觀(guān)條件所限，教師實(shí)現預期教學(xué)效果的難度較大。因此，迫切需要一種可超越時(shí)間、空間和資源限制并能重復利用的低成本的教學(xué)資源和手段作為園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)和實(shí)踐的有力補充，而虛擬現實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)正好與之相呼應。
3 虛擬現實(shí)技術(shù)實(shí)施領(lǐng)域
3.1 設計類(lèi)課程理論教學(xué)方面
將園林設計初步、園林規劃設計、室內設計等設計類(lèi)課程中抽象的概念、規范、要求和案例通過(guò)虛擬現實(shí)進(jìn)行表現。改以往教學(xué)文字+圖片的平面靜態(tài)模式為更易理解的三維虛擬動(dòng)態(tài)環(huán)境，為學(xué)生提供更加直觀(guān)的學(xué)習體驗，進(jìn)而提升其學(xué)習效率和興趣。
3.2 工程類(lèi)實(shí)踐課程教學(xué)方面
對園林工程常見(jiàn)各施工項目分類(lèi)進(jìn)行虛擬現實(shí)，在虛擬環(huán)境中再現工程項目各工序從開(kāi)工到建成的全過(guò)程，并引入交互式界面，用可控的動(dòng)態(tài)影像直觀(guān)表現施工工藝、材料及相關(guān)要求和規范等。使以往部分由于時(shí)間、空間以及客觀(guān)條件限制無(wú)法開(kāi)展的教學(xué)實(shí)踐項目得以在虛擬環(huán)境中再現，使學(xué)生對工程施工的認識更加具象直觀(guān)。
3.3 園林建筑結構與構造課程教學(xué)方面
通過(guò)虛擬現實(shí)將以往教學(xué)中較難理解的建筑結構三維數字化，學(xué)生可通過(guò)不同視角觀(guān)察分析建筑構造及其主要施工步驟，不僅可以減輕教師授課強度更能幫助學(xué)生快速掌握相關(guān)知識。
3.4 園林及建筑設計方案的虛擬現實(shí)分析驗證
在學(xué)生進(jìn)行設計實(shí)踐過(guò)程中，從方案場(chǎng)地初步分析到最終成稿的全程引入虛擬現實(shí)技術(shù)，利用接近未來(lái)建成實(shí)景的虛擬環(huán)境分析驗證方案。在虛擬環(huán)境下，教師與學(xué)生置身于—個(gè)相對真實(shí)的模擬空間，使得園林設計能夠突破以往平、立，剖的常規模式，讓學(xué)生從各個(gè)不同的角度直觀(guān)地面對設計對象，更加深入地研究環(huán)境中各設計要素及空間關(guān)系、比例，設計出更加完美，更加人性化的方案作品。
3.5 虛擬現實(shí)資源的網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺
將各類(lèi)課程虛擬現實(shí)資源與相應網(wǎng)絡(luò )課程結合，實(shí)現資源共享，使學(xué)生可隨時(shí)隨地學(xué)習相關(guān)知識。
4 虛擬現實(shí)教學(xué)平臺的搭建
4.1 虛擬現實(shí)平臺的選擇
近年來(lái)信息技術(shù)飛速發(fā)展，計算機與各個(gè)具體專(zhuān)業(yè)的交叉滲透更加深入和全面。園林專(zhuān)業(yè)相關(guān)軟件也由最初的平面輔助設計軟件發(fā)展到可全程輔助設計表現。園林專(zhuān)業(yè)虛擬現實(shí)涉及軟件的發(fā)展已相當成熟，主要包括：AutoCad，SketchUp、3d Max、Photoshop、Lumion、Premiere、Unity3D等。通過(guò)分析對比各虛擬現實(shí)平臺的性能及擴展性，本研究采用Unity3D作為虛擬現實(shí)核心實(shí)現平臺，Unity3D是一個(gè)讓開(kāi)發(fā)者輕松創(chuàng )建諸如三維視頻游戲、景觀(guān)可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等類(lèi)型互動(dòng)內容的多平臺的綜合型虛擬現實(shí)開(kāi)發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專(zhuān)業(yè)虛擬現實(shí)引擎，可完全滿(mǎn)足虛擬現實(shí)在園林專(zhuān)業(yè)的應用。 4.2 技術(shù)路徑
1）分析并歸納園林專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程可供虛擬化的所有知識點(diǎn)以及相關(guān)課程項目作業(yè)內容；
2）結合虛擬現實(shí)系統軟硬件條件，確定各知識點(diǎn)和項目?jì)热莸某醪綀?chǎng)景表現形態(tài)，形成該虛擬現實(shí)場(chǎng)景構建程序和注意事項；
3）建立各場(chǎng)景基礎模型、完成材質(zhì)烘焙，并分析檢查場(chǎng)景內容與虛擬現實(shí)平臺的兼容性；
4）將場(chǎng)景模型導入虛擬現實(shí)平臺，根據教學(xué)需要進(jìn)行編程，完成交互操作和模擬動(dòng)畫(huà)功能；
5）設計制作系統交互界面；
6）對完成的虛擬現實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行檢查，并進(jìn)行后期處理以及添加必要文字、配音等工作；
7）整合進(jìn)入教學(xué)系統，形成園林專(zhuān)業(yè)虛擬現實(shí)教學(xué)資源庫；
8）根據網(wǎng)絡(luò )和瀏覽器要求，優(yōu)化教學(xué)資源庫進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )發(fā)布。
4.3 搭建教學(xué)平臺
根據預先確定的技術(shù)路徑進(jìn)行教學(xué)平臺的開(kāi)發(fā)，平臺使用操作便捷、易于掌握。
5 園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)引入虛擬現實(shí)技術(shù)的`意義
5.1 實(shí)現學(xué)生為主體的信息雙向流動(dòng)的學(xué)習模式
傳統教學(xué)視頻與一般電影、電視類(lèi)似，均為信息的單向傳遞，學(xué)生只能被動(dòng)地接受動(dòng)畫(huà)制作者預先確定的觀(guān)賞內容。即使采用漫游動(dòng)畫(huà)由于其線(xiàn)性播放特點(diǎn)，學(xué)生也難以精確地切換場(chǎng)景和控制播放進(jìn)度。通過(guò)引入虛擬現實(shí)技術(shù)，學(xué)生可根據自身需要或喜好，隨時(shí)移動(dòng)或跳轉至指定場(chǎng)景或位置，增加觀(guān)賞者與漫游場(chǎng)景之間的有效互動(dòng)。在此基礎上，根據場(chǎng)景實(shí)際情況加入互動(dòng)參與功能，如園林夜景中的感應燈光、噴泉流量控制、展示屏幕顯示內容控制等，通過(guò)豐富的交互功能構建學(xué)生與虛擬現實(shí)場(chǎng)景間的良性互動(dòng)。
5.2 使教學(xué)突破空間和時(shí)間限制
園林是對物理環(huán)境的改造和營(yíng)建，學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中必須大量積累過(guò)往各類(lèi)園林、建筑及其施工等多方面項目經(jīng)驗。但由于課程教學(xué)時(shí)間相對固定、項目地域分布不集中，為了解決此矛盾部分學(xué)校會(huì )在多數專(zhuān)業(yè)課結束后開(kāi)設數周的外出綜合實(shí)習，為學(xué)生提供較為系統的學(xué)習參觀(guān)機會(huì )。此類(lèi)實(shí)習雖內容全面但時(shí)間短、知識量過(guò)大且未與相應課程教學(xué)緊密結合，教學(xué)目標很難全部實(shí)現。特別由于課堂教學(xué)與實(shí)踐脫節，學(xué)生錯過(guò)了接受知識的最佳時(shí)間段，教學(xué)效果不無(wú)遺憾。借助于虛擬現實(shí)技術(shù)，學(xué)習與實(shí)踐同步進(jìn)行，學(xué)習受時(shí)間和空間的限制被徹底打破。設計類(lèi)課程學(xué)習與相應虛擬現實(shí)案例緊密結合，可直觀(guān)的為學(xué)生提供形象生動(dòng)的學(xué)習體驗，使教學(xué)效果事半功倍。工程類(lèi)課程借助于虛擬現實(shí)技術(shù)，每一步的施工環(huán)節、工藝及材料等清晰可見(jiàn)，從而可以最大限度地滿(mǎn)足學(xué)生的不同需要，學(xué)習不受時(shí)間、空間的限制。
5.3 彌補教學(xué)條件的不足
園林是人工化的自然環(huán)境，是一門(mén)基于對實(shí)際場(chǎng)地及其空間設計和施工的學(xué)科，是對物理及人文環(huán)境的營(yíng)建，因此本專(zhuān)業(yè)的教學(xué)需要建立在實(shí)際環(huán)境中。但由于教學(xué)場(chǎng)地、設備、經(jīng)費等客觀(guān)因素的限制，極少有學(xué)校能完全滿(mǎn)足園林專(zhuān)業(yè)對教學(xué)環(huán)境和條件的需求。由于條件所限制導致一些課程停留在紙上談兵的狀態(tài)，學(xué)生對所學(xué)知識缺乏親身體會(huì )。通過(guò)引入虛擬現實(shí)技術(shù)，可以極大地彌補這些方面的不足。學(xué)生在課堂中便可以直觀(guān)的體會(huì )所學(xué)知識，獲得與真實(shí)環(huán)境較為接近的體會(huì )，從而增加感性認識，深化對教學(xué)內容的理解。同時(shí)虛擬化案例教學(xué)耗費較少、節省實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費，可以反復進(jìn)行，有利于從根本上改善和提高教學(xué)水平。
5.4 提升學(xué)生對空間的認識并提高設計和施工準備工作的效率
園林規劃設計不只是對平面區分，更是對空間和行為的設計。初學(xué)園林專(zhuān)業(yè)的學(xué)生乃至有一定工作經(jīng)驗的設計人員對空間的理解常常不到位，很多學(xué)生會(huì )將全部精力放在平面圖及方案構圖上，最終導致方案雖然平面構圖很漂亮，但空間設計混亂、缺乏實(shí)用性。通過(guò)鼓勵學(xué)生使用虛擬現實(shí)技術(shù)對所做方案進(jìn)行三維數字化建模，模擬方案建成的最終效果、分析方案空間合理性。在虛擬三維環(huán)境中對方案進(jìn)行直觀(guān)的評價(jià)和驗證，有利于發(fā)現設計中的不足并及時(shí)優(yōu)化設計方案，從而鍛煉學(xué)生空間思維和對尺度把握的能力。
此外，園林設計對于環(huán)境變化的前瞻性和周?chē)拔锏年P(guān)聯(lián)性要求很高，在動(dòng)工之前景必須對完工之后的環(huán)境有—個(gè)明確的，清晰的概念。
6 結束語(yǔ)
隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展，行業(yè)企業(yè)對人才素質(zhì)的需求不斷提升，由此對職業(yè)教育也提出了更高的要求。將虛擬現實(shí)技術(shù)應用于高職園林專(zhuān)業(yè)教學(xué)，可以?xún)?yōu)化現有教學(xué)觀(guān)念、突破單一授課模式和教學(xué)資源，營(yíng)造出接近現實(shí)的動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境，學(xué)生通過(guò)切身的體驗和感受，積極構建屬于自己的知識形態(tài)。在教學(xué)中利用虛擬現實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以在計算機模擬環(huán)境中開(kāi)展課程實(shí)踐，這種教學(xué)手段不僅可以直觀(guān)的展示設計理論、提供方案和工藝的交互探討界面，更能顯著(zhù)提升教學(xué)效率并擴展學(xué)生學(xué)習維度。通過(guò)近兩年教學(xué)實(shí)踐探索，本專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習興趣和學(xué)習效果有了明顯的飛躍，在學(xué)生工作室承攬真實(shí)園林設計項目和職業(yè)技能大賽方面都取得了顯著(zhù)成果。
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