虚拟现实技术在室内外设计与教学中的应用研究

李军

摘 要：虚拟现实技术作为21世纪发展的重要技术，在室内外设计业、教育等领域有着广阔的应用前景。

关键词：虚拟现实；人机交流；室内外设计；教育

社会的进步和经济、科技的发展带来了大量的技术创新，虚拟现实技术是21世纪产生的重要技术之一，是一门涉及计算机、图像处理、模式识别、语音和音响处理、传感与测量、仿真、人工智能技术、微电子等技术的综合集成技术。它由计算机软、硬件以及各种传感器构成三维信息的虚拟状态，可以真实地模拟现实世界功能上的、物理上的事物和环境。这个虚拟环境由计算机生成的，作用于人的视觉、听觉、触觉等器官，使人产生一种身临其境的视景仿真。

虚拟现实作为一门先进的人机交流技术和艺术已经被广泛应用于众多领域，使众多传统行业和产业发生革命性的改变，为各行业提供切实可行的解决方案，并且越来越显示出广阔的应用前景。涉及领域包括军事、地理、教育、室内设计、工业设计、城市规划、房地产等领域的各个方面。其中建筑设计方面，利用技术优势结合艺术设计，进一步提高生产效率，促进经济建设的发展。目前，虚拟现实技术在国内的北京、上海、廣州等城市应用很广，建筑师与设计者正面临一种新的工作模式，即拥有虚拟现实技术能力与艺术设计能力的完美结合。

虚拟现实作为一种新媒体艺术形式是典型的技术与艺术相结合的产物，对于从事室内外设计的人员来说，应当具备利用新时代背景下的技术来提升作品的艺术性的综合能力。虚拟现实技术与传统的设计手段相比具有明显的特点和技术优势。虚拟现实技术给用户带来的不仅仅是设计作品视觉展示效果上的变革，更让用户从中得到了与众不同的全新交互式体验。传统的设计制作表现方法有效果图、动画和沙盘等表现形式。效果图有手绘和电脑两种，它们都是平面化的三维图像，用户只能以特定的视角去观看三维模型，只能用放大和缩小图像来观看模型的局部细节，图像绘制区域外的其他区域的模型是看不到的，它无法完全展开三维模型的空间思维以及空间的立体效果，可操作性不强；而动画虽然看起来比效果图动感十足，但只能依据固定的路线去浏览路径上的相机视角内的三维场景模型，只能通过暂停和重放来观察模型的局部细节，而且图像的质量还不如效果图清晰；沙盘模型是实际场景的缩小化，虽然与实际场景很像，但细节受到模型制作比例和材料的限制，很多细节都被省略掉，无法完全真实地表现出实际场景。以上几种表现方法，他们都无法实现交互功能，虚拟现实技术则打破了室内外设计以往的从平面、立面、剖面和三维模型的表现模式，通过虚拟现实技术加工制作的三维场景模型，能逼真的表现三维场景环境，直观地展现设计并实现交互功能。在虚拟的三维环境中允许用户用虚拟的、动态的方式以各种视角全方位展示场景模型所处的地理环境、场景模型的外貌和建筑的室内空间以及各种附属设施，身临其境的感受空间、尺度、环境光线，以及全方位的去观察场景模型结构，提高设计人员对建筑结构的认识，加强建筑结构和材料预算的准确性。用户可以在三维的室内空间中自由行走，任意变换自己在场景中的视角位置，还可以实时进行改变墙壁的颜色或更换不同材质的墙壁纸，改变地面的颜色或更换不同的木地板、瓷砖的贴图等，并能改动家具的摆放位置、更换不同的装饰物品。设计者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的房间，去观察设计的效果，直到满意为止。通过虚拟现实技术创建的静态或动态的三维物体模型，让设计者的设计方案，变成看得见的虚拟物体和环境，虚拟现实技术这种方式更有表现力和感染力，它所传递的信息更为逼真，更能够吸引用户的注意。交互功能，房间的切换，建立导航功能，虚拟现实中的骨骼动画，正是虚拟现实技术带来的这些完美的室内外环境表现，使得虚拟现实在室内设计中倍受人们关注。在建筑和室内设计领域，设计师们也开始利用这项技术探索新的创作思路和艺术表现形式。艺术设计领域虚拟现实的应用更应强调与重视技术与艺术的结合，技术与设计之间的衔接和转化。通过虚拟现实技术手段提升艺术设计效果，虚拟现实技术的出现，给在现代室内设计艺术领域的设计师们提供了新的创意空间，从而也给整个艺术领域带来了全新的历史变革和突破。

虚拟现实在设计中应用成为一种必然趋势，同时虚拟现实技术对教育领域的推动创新也是革命性的。它是一个设计工具，也是一个演示媒体，运用虚拟现实技术对教育领域进行创新仍然属于探索和发展的阶段，而高等院校的室内和环艺专业如何开设相关课程进行教学和课程建设，以及教育教学中利用虚拟现实技术完成教学任务，已成为高校教育和科研人员正努力着手的教学研究课题。

一方面，高校的室内设计专业在课程开发中应用虚拟现实技术已成为必然性。高校开设虚拟现实技术的学习必然丰富学生设计表现的方式方法，并且能满足社会对虚拟现实技术人才的需求，为设计人才培养奠定基础。在高校室内外设计专业教育的人才培养中，应该在现有教育内容的基础上，结合专业发展开拓新的专业方向或课程，同时完善室内设计教育体系中这种全新的艺术语言和创作方式。通过对虚拟现实技术在室内设计、城市规划、房地产、展览展示的方案案例进行研究，把虚拟现实技术引入室内和环艺专业课堂教学，提高学习效果，促进人才培养。

另一方面，虚拟现实技术也将广泛地应用于教育教学领域。虚拟现实技术具有虚拟真实与交互特点，作为一种较好的设计表现手段也可以引入室内设计的教学过程中，利用虚拟现实软件构建互动场景，对现有的教学过程、教学手段、方式进行创新，完成传统教学中无法实现的教学过程。教师在虚拟现实系统中对教学内容进行选择、设计、信息加工和即时演示，根据教学需要，设计新的学习软件，同时对教学程序、教学方式、教学目标进行设计。用虚拟现实技术开发的课件可以用自然的交互方式与虚拟场景中主体直接进行交互，对相关教学内容进行二次开发，把新技术与传统教学资源进行整合，不断丰富和完善新的室内设计类课程内涵，实现室内设计在虚拟环境下的可控操作，形成直观生动的教学案例融入室内设计类课程教学，实现教学内容的优化提升。

其次，虚拟现实系统的优势在于为教育创设良好的学习环境。对现今的教学方式，不再是单纯地依靠书本、教师授课的形式。由于虚拟现实技术的交互式的操作环境、实时三维空间表现能力，并以视觉形式产生一个多维信息展示空间，给人带来身临其境的感受，改变了人们只有亲身经历，才能了解环境的模式，从而有效地扩展了人们的认知手段和领域。它弥补了教学所不能达到的许多方面。做比听和说更能接受更多的信息，三维的展现形式必然使学习过程形象化，使学生更容易接受和掌握。在虚拟环境下展现的教学内容会更加生动，逼真的学习环境，使学生增加对课程的学习兴趣，也会活跃课堂的气氛，发挥主动性，在实际的动手操作中得到更深的体会。例如，学生在虚拟房间进行装饰装修的互动模拟，提高教学效果。特别是随着计算机网络化的进程，虚拟网络的建设，将使个别化教学、远程教学得到实现。

虚拟现实系统在室内设计与教学领域的研究应用对室内设计行业有重要的价值和意义。随着计算机硬件软件技术的发展，这个领域的技术潜力应是巨大的，在室内设计中的应用前景也会更加广阔。我们期待，通过虚拟技术超强的画面表现能力和丰富的特效功能，在设计领域中发挥极其重要的作用，给用户创造温馨和富有创造力的设计生活，促进经济与建设的发展。