高校艺术设计专业虚拟实践教学环节构建研究—— 以室内设计课程为例

李勋祥

(温州大学美术与设计学院，浙江温州 325035)

高校艺术设计专业虚拟实践教学环节构建研究
—— 以室内设计课程为例

李勋祥

(温州大学美术与设计学院，浙江温州 325035)

高针对高校艺术设计专业实践教学存在的缺陷和不足，本文提出了虚拟实践教学环节的构建思路。本文阐释该教学环节构建的必要性，并提出相应的构建方案，同时结合室内设计课程，论述了有关高度仿真的三维室内设计虚拟实践教学系统的构建框架和案例。虚拟实践教学环节的构建方案旨在用虚拟现实技术之“长”弥补现有实践教学环节之“短”，优化实践教学环境，提高教学效率，拓展高校艺术专业的实践教学思路，达到培养高素质应用型人才的目的。

高校艺术设计专业；虚拟实践教学；室内设计课程

实践教学环节是艺术设计专业本科教学培养方案的重要组成部分，在艺术设计教育人才培养工作中占有非常重要的地位，起着十分关键的作用。然而，面对日新月异的教育发展态势，常规的实践教学模式显得捉襟见肘，并存在明显的局限性。如何进一步挖掘实践教学的潜力，强化实践教学环节，提高实践教学质量，培养学生实践能力和创新意识，是高校艺术设计专业教育、教学改革与发展的重要方向。我们拟通过引入虚拟现实技术，以室内设计课程为研究案例，从而探讨构建虚拟实践教学环节和完善艺术设计专业的实践教学体系的思路。

一、艺术设计专业虚拟实践教学环节构建的必要性

高校环境艺术设计专业的实践性非常强，除了常规课堂教学环节，还把外出写生、专业考察、专题实践、毕业实习等视为艺术设计专业的实践环节。专业考察、专题实践虽是必不可少的实践活动，但它是非线性的，无法和教学环节进行实时互动和有机地联系起来，因而其时效性、针对性、自主性都比较差，无法满足艺术设计专业特定课程的特定实践需求。诚然，一些专业课程，根据教学需要安排学生到实训基地或施工现场进行实践或操作，但也往往要受到天气、场地、交通、资金、时间、管理等众多条件的限制，甚至还存在安全性问题的考量，常规的实践性教学环节在很多艺术设计专业落实的机会和落实程度还是很有限的。

譬如，环境艺术专业偏重于设计理论与设计技能的教学，缺乏施工环节（诸如室内装修施工、建筑施工、景观建造施工等等）的实践操作或体验，容易导致理论和实际应用环节的严重脱节。往往理想的设计图纸却在实际施工中发现难以落实，或严重走样，而有过施工现场第一线工作经验的设计师，其设计方案更加切合实际和更能平滑对接施工操作。然而，施工环节充满了危险和不可预测的突发事件，在校修学期间，出于安全考虑，学校一般不鼓励、不允许学生到建筑工地或施工现场参观、考察。退一步讲，即便有机会到有安全保障的施工现场考察，受限于较长的施工周期和进度，短期内的考察往往只能看到某个时段中的施工环节，而没机会在短期内看到完整的施工过程。此外，施工过程是不可逆的，某个环节的考察一旦错过就无法弥补。施工过程不可凝固，也难以复制，想要用几个小时或几十个小时考察并复制周期为数个月以上的施工过程作为存档资料，几乎没有可能。因而，施工环节成了神秘而不可触碰的实践教学禁区。

虚拟实践教学环节的构建可让这一禁区解除，可用极低的开发成本构建场景规模宏大，施工过程完整，施工进度可逆，施工周期可定，开工日期可调的虚拟施工实践教学基地，建造一个景象虚拟而现实、时空凝固而可逆的虚拟施工现场。在现实中，这是不可想象和难以置信的。

虚拟现实技术作为一种模拟真实环境和物体的手段，可以让没有经历过某种环境的人，全身心地进入到特定环境中，从而获得身临其境的感受，改变了过去人类只能靠亲身经历了解环境的模式，为人类认识开辟了一条新途径[1,2]。在虚拟现实技术快速发展的当下，基于高校艺术设计专业实践性教学环节存在的不足，针对应用型人才培养的需要，我们认为，通过虚拟现实技术构建艺术设计专业虚拟实践教学环节，可以达到提高教学效率、培养高素质应用型人才的目标。

二、艺术设计专业虚拟实践教学环节的构建方案

(一)、“1+1”模式的虚拟实践教学环节

“1+1”的虚拟实践教学环节构建方案，即常规教学环节+虚拟实践教学环节，采用虚拟实践与现实环节互补、理论方案与实践操作互促，把虚拟实践作为现实实践教学的一个有力补充和重要环节纳入艺术设计专业教学体系中。前期，把虚拟实践作为某些艺术设计专业课程的一个教学环节来构建，条件成熟时将进一步扩大范围并形成虚拟实践教学体系。虚拟实践教学环节主要安排在课程教学的最后阶段，也可以根据个别专业教学情况穿插在中间。在常规教学环节安排学生学习与课程相关的实践理论，充分准备设计资料、实验数据，然后进入虚拟环节，按实践课程规划，逐一完成各虚拟实践操作规程。离开虚拟环节以后，学生通过收集、整理计算机在虚拟实践过程中获取的各种操作结果，比对常规实践，验证虚拟实践，完善实施方案。

我们以居住空间设计为例，论述“1+1”模式的实践教学环节构建理念。居住空间设计教学模式上采用“1+1”模式的实践教学环节实施方案，即常规教学环节与虚拟实践教学环节（动手与验证为主）结合的方式。在教学方法上，常规教学采用案例教学、小组讨论、启发引导、讲练结合的方式进行教学，而虚拟实践教学环节则是采用虚拟现实教学平台，由教师引导学生进行自主虚拟实践的方式。在教学手段上，常规教学采用多媒体教学、案例分析、现场示范的方式；虚拟实践教学环节采用在虚拟实践基地自主规划、实践的方式。学习重点上，常规教学的学习重点在掌握住宅室内设计的功用性能、经济意识、个性化理念、审美倾向、表现方法上，虚拟实践教学环节的学习重点在虚拟、仿真的三维环境下进行居住空间设计的实践，验证设计方案的可行性和实时体验最终的设计效果。在能力目标上，常规教学注重培养学生的居住空间各功能分区的方案设计、效果图和施工图绘制的能力；虚拟实践教学注重通过虚拟居住空间设计实践培养理性和感性设计的能力。在课程内容方面，常规教学旨在住宅的空间特征、人体工程学，以及起居室、餐厅、厨房、卧室、书房、卫生间、公共走道、居室绿化等设计的教学；虚拟实践教学环节旨在通过模拟现实环境中的居住空间设计过程，对所有元素进行重新布局，考察其合理性和艺术性问题。表1所示为艺术设计专业室内设计3门课程的1+1（现实环境+虚拟环境）教学环节安排。

（二）建立差异化的虚拟实践教学模式

虚拟实践的模式因课程内容的差异而有所不同，如景观设计的虚拟实践模式重在外部大环境的总体规划和改造；而室内设计的虚拟实践模式则重在内部空间的规划改造、家具的陈设布置、光照效果的营造等，因此需要根据这些差异制定相关的虚拟实践课题任务和考评目标，形成差异化、模块化的虚拟实践教学模式，最终达到在“虚”中验证“实”，在“实”中完善“虚”的实践教学目的。差异化、模块化的虚拟实践模式的建立在于精确定位，根据专业方向差异，制定虚拟实践教学模式的开设方案，定制相关的虚拟实践教学的课题任务和考评目标。

（三）定制与构建虚拟实践教学环境请在这里输入正文内容

实践必须为学生提供良好的知识获取、加工、交流、感受的环境和条件，为学生创设丰富真实的尝试探索的情境和氛围，因此虚拟实践教学环境是开展虚拟实践教学的基础，是艺术设计虚拟实践教学环节构建的必备内容。虚拟实践教学环境可以分为可视化的软件环境和可交互的硬件环境，硬件配备是基础，软件开发是核心。我们的教学平台已经为每个参与的学生配备了能满足虚拟实践教学要求的Oculus Rift VR头盔显示器和一系列交互操作计算机硬件系统。而可视化的软件环境已经完成了前期主要模块的开发，后续开发还在进行中。

根据差异化的虚拟实践教学模式，定制与构建所需的可视化虚拟实践教学环境，包括构筑特定的虚拟实践教学环境模型组件和辅助物品，提供尽可能完备和仿真的环境模型组件，如山川大地、日月星辰、江河湖海、草木植被等自然环境，以及建筑、交通、家居等人工环境，包括春夏秋冬、晨昏昼夜等环境因素。在仅次于真实环境的虚拟世界，学生可以根据特定要求进行改造，如加入自己设计的模型，参照真实世界尺度与比例进行实时环境规划、室内设计、商业空间设计、家具设计以及展示设计等艺术实践，得到仅次于现实的实践教学体验。在这个虚拟实践教学环境中，学生只需专注于实践过程，而不必把太多精力耗在虚拟实践教学软件平台和工具的学习上。

（四）制定虚拟实践教学的管理与考评机制

虚拟实践教学的管理和考评机制采用“初期文案规划”→“中期实践验证”→“后期评价总结”的思路。教师根据教学大纲或课程计划，设定实践教学环节中计划完成的各种任务和指标(文案规划)，然后在虚拟实践教学环节中进行相关的必要性、可行性验证或实时交互操作（实践验证），最后回到现实中再次总结、改进，从而不断验证、完善虚拟实践教学的管理和考评机制（评价总结）。虚拟实践教学的管理和考评类似于下单→接单→交单的过程，以网络登录界面作为管理入口，根据教学大纲或课程计划，预制多种类型的虚拟实践教学目标任务书供学生选择（下单），学生根据个人的课题目标和任务进行二次定制（接单），然后在虚拟环境中进行相关的必要性、可行性验证或交互实践体验，最后回到现实中再次总结、改进和完善，最终提交虚拟实践教学环节的成果（交单）。在虚拟实践教学环节，制定实践目标的量化考评细则是关键。

三、室内设计虚拟实践教学系统的构建实例

基于上述理念，为满足室内设计课程教学和实践的需要，我们尝试开发了一套室内设计虚拟实践教学系统。虽然该系统还有待完善，但它是艺术设计专业虚拟实践教学环节的具体例证，能为艺术设计专业虚拟实践教学环节的构建提供有一定借鉴意义和参考价值的教育教学研究案例。

（一）室内设计虚拟实践教学系统GUI设计

本系统的GUI（图形用户界面）设计主要基于三大部分的教学与实践内容而展开。主引导界面采用立方体（Box）顶面和对称的左右面组成。交互方式为：当鼠标进入立方体的触发区，鼠标指针自动变成橙色手形图标，被触发的Box面由蓝色变成绿色，由45度倾斜面自动旋转成正面；当鼠标离开立方体的触发区（不点击），立方体归位；当鼠标进入立方体的触发区进行点击，将进入下一级操作界面，如点击立方体左侧面（第2面）进入的“展厅装修设计方案展示”界面，我们预制了5个装修设计方案，通过预览图的点击进入。预览图由左到右横向排列，界面之外的预览图通过鼠标点按和移动的方式选择。如图1所示。

（二）室内设计虚拟实践教学系统的总体设计框架

教学系统由三大部分和七大操作模块组成，如图2所示。三大部分分别是：1、学习、教学部分；2、虚拟实践部分；3、方案筛选部分。七大操作模块分别是：1、场景实时光照调整模块；2、场景模型的自由选取和变换操作模块（包括每个模型的位移、旋转等）；3、模型的材质、纹理更换模块；4、室内物品模型的添加、替换模块；5、色调变换模块；6、场景实时交互与漫游模块；7、虚拟室内装修实践的自动考评打分模块。其逻辑关系与总体结构框架如图2所示。

七大操作模块主要针对室内设计虚拟实践教学部分的交互操作需求。学习教学和方案筛选这2部分仅有实时交互漫游模块的需求。在三大部分中，虚拟实践部分和方案筛选部分形成了内部关联，亦即，虚拟实践的前提必须是有过装修方案（或风格）的筛选。

（三）室内设计虚拟实践教学系统的设计流程

本设计流程由设计主线和设计辅线两部分组成。设计主线部分从确定研究内容至系统维护共11个环节。我们的研究内容为室内设计领域的虚拟实践教学，包括学习和教学、虚拟实践、方案筛选三大块。然后确定教学目标，让学生进行在线的理论与实践教学、在线的装修风格与施工方案筛选、在线的室内装修虚拟实践。通过本虚拟实践教学系统的运用，使学生对室内装修施工规划、工序以及施工过程有一直观、形象的理解，可以起到实际施工操作的类似体验。然后进行相关资料的收集和整理，确定教学系统软件开发的思路。教学系统软件开发首要问题是确定交互界面的设计风格，包括界面设计框架、交互界面之间的跳转模式、外观样式等等；其次是进行多层级交互界面的设计和制作，多层级界面之间的跳转链接，场景模型与界面整合；再次是操作模块的编程和相应的控制面板设计和整合，包括场景实时光照，场景模型的自由选取和变换操作，材质和纹理更换，模型添加、删除和替换，色调变换，场景实时交互与漫游，自动考评打分模块等等。最后是教学系统的后期修改、检查、调试。此外，后期运行阶段还需要进行相关的系统维护。

设计辅线部分主要包括文字、图片和模型资料的收集、整理，必要的三维模型创建和材质纹理制作。图3所示为室内设计虚拟实践教学系统的设计流程。

(四）室内设计虚拟实践教学系统的实现

虚拟实践教学系统通过学校的网络教学系统客户端口登录和进入，学生根据室内设计课程目标和任务在虚拟实践教学系统中进行相关的必要性、可行性验证，在虚拟环境中进行实时交互操作和审美体验，最后回到现实中总结、改进和完善，最终提交虚拟实践的成果。通过模拟室内装修施工工序，以实时人机交互的方式，依次体验从毛坯房到完成装修的各个虚拟实践环节，可以身临其境般地得到室内设计的“施工经验”。室内设计虚拟实践教学系统解决了室内装修实践受到时间安排限制、实践基地不足、施工现场危险等问题，更好地发挥了学生的创造潜力和实践积极性，丰富了室内设计虚拟实践教学的内容。

四、结 语

虚拟实践教学平台通过模拟各种逼真的艺术设计教学训练情景，提供接近实际的技能仿真训练模式和体验，充分发挥学生的创造潜力和实践积极性，提高实践操作能力，从而更好地实现与未来就业岗位的平滑接轨，实现在数字虚拟三维环境中达到“艺术实践”的培养目标。随着科技的发展，实践内容、实践手段、实践模式都将发生深刻的变革，传统的实践教学将向着传统实践教学与虚拟实践教学相结合的教育模式发展，艺术设计专业虚拟实践教学环节的构建极具发展前景，必将谱写应用性、创造性人才培养的新格局，开创艺术设计专业教育的新未来。

[1] 汪成为．灵境技术与人机和谐仿真环境[J]．计算机研究与发展，1997，34（01）：1-12. [2] 李勋祥．虚拟现实技术与艺术[M]．武汉：武汉理工大学出版社，2007：11.

On Construction of Virtual Practical Teaching for Art Design Major—— A Case Study of Interior Design Course

LI Xunxiang
(College of Fine Arts and Design, Wenzhou University, Wenzhou, China 325035)

This paper probes into the existing flaws of teaching practice in art design major and the construction idea of the virtual practical teaching is put forward thereafter. Besides, the corresponding construction plan is provided through the interpretation of the necessity to build such a teaching link. Meanwhile, the construction frame and the cases for the high-level simulation of three dimensional interior decoration virtual practical teaching are discussed in this paper by combination with the interior design course. The construction scheme of the virtual practical teaching link aims to make up the weaknesses of the current practical teaching link by means of the strength of virtual reality technology, optimize the environment of practical teaching, boost the teaching efficiency and expand the idea of practical teaching in art design major in order to achieve the goal of cultivating high-quality talents.

Major of Art Designs; Virtual Practical Teaching; Interior Design Course

G642.0

A

1674-3555(2017)02-0086-07

10.3875/j.issn.1674-3555.2017.02.013 本文的PDF文件可以从xuebao.wzu.edu.cn获得

(编辑：朱青海)

2016-07-28

浙江省高等教育教学改革项目(JG2013155)；温州大学教育教学改革重点项目(13JG01)

李勋祥(1966- )，男，福建清流人，教授，博士，研究方向：虚拟现实，三维动画技术