基于大学生实践创新项目的园林虚拟实验室建设研究

摘 要：“以项目促建设”，依托大学生实践创新项目推动园林虚拟实验室建设，进一步建设开放性强、设备先进、管理规范、科研能力强的园林虚拟实验室。文章从大学生实践创新项目的角度出发，将大学生实践创新项目和园林虚拟实验室建设相结合，促进两者共同发展。

关键词：大学生實践创新项目；园林虚拟实验室；建设

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）02-0022-03

一、引言

虚拟现实技术（VR）是一种新型的计算机辅助技术，对风景园林学科来说具有重要的意义。在方案设计阶段运用虚拟现实技术，设计师的空间体验更具交互性和直观性，给设计师提供了一个方案创作的新途径；在方案的表现上，观众可以多角度、实时互动地来理解和感受设计师的设计意图，达到身临其境的感觉。虚拟现实技术在教学中，主要用于对现实环境、景观和建筑等进行仿真模拟，可以帮助学生感受材料的质地、颜色等物理特性，为学生提供逼真、感性的学习途径，有利于师生的互动学习，激发学生的创造力和自主学习能力。[1]

以南京林业大学为例，目前大学生实践创新项目主要有国家级大学生创新创业训练计划、江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目、南京林业大学大学生实践创新训练计划（教务处）、南京林业大学大学生实验室创新项目（实验室与基地建设管理处）等，这些项目都给大学生提供了多层次、多平台的实践创新机会。学生利用园林虚拟实验室先进的设备进行实践创新项目研究，有利于他们拓展创新思路，增强解决问题和团结协作的能力。

园林虚拟实验室是伴随着虚拟现实技术的发展而出现的新型实验室，各高校的园林虚拟实验室多是在虚拟现实设备供应商的帮助下建成的，强调园林景观场景的虚拟展示，而对虚拟现实技术辅助教学科研的功能不够重视。此外，由于缺乏可以借鉴的虚拟实验室案例，在园林虚拟实验室的建设和管理中出现了一些问题。

二、园林虚拟实验室建设和管理中出现的问题

1.盲目建设，缺乏对虚拟实验室本质的认识

近几年来，虚拟现实技术的成熟和普及助推了各高校建设虚拟实验室的浪潮，园林虚拟实验室也雨后春笋般纷纷出现。由于认识上的误区和急功近利的心态，多数园林虚拟实验室建成的是园林景观“虚拟展厅”。环形折幕、立体投影仪、立体眼镜、三维鼠标、高性能计算机等硬件设备实际上仅仅构成了“立体影院”，并没有完全发挥出虚拟现实技术的科研功能。更有甚者，相近学科重复建设功能类似的虚拟实验室，造成了资源和人力浪费。

2.人员缺乏，虚拟实验室管理的相关培训较少

目前，园林虚拟实验室的管理人员严重缺乏。一方面，由于岗位编制的原因，很难保证园林实验室拥有专职的实验管理人员；另一方面，有园林专业背景并且具有虚拟现实技术知识的人才屈指可数，多数的实验室人员只能进行日常的实验室管理工作；再一方面，有相应技术水平和能力的人才由于职称评定和待遇等因素，不愿意长期从事虚拟实验室的管理工作。此外，园林虚拟实验室工作人员的专业培训较少。园林虚拟实验室人员缺乏，专业素质不够严重制约了虚拟实验室的发展。

3.维护不足，虚拟实验室软硬件老化

“重建设，轻维护”是园林虚拟实验室目前普遍存在的突出问题。这与单位重视程度、人员配置与素质、管理经费投入、实验课程设置等有一定关系。虚拟实验室不同于传统实验室，软硬件设备尤其是软件系统的更新换代速度极快，而且虚拟现实技术日新月异，如果仍然按照传统实验的运行和维护模式去管理，就很难体现出虚拟现实的技术优势。

4.开放不足，虚拟实验室空置率较高

与传统实验室类似，园林虚拟实验室开放不足的问题也较为严重。有些虚拟实验室可以保证正常工作时间的开放，工作时间之外就不能开放，灵活度不够，而且在实验内容上的开放度也不够[2]；有些虚拟实验室则处于半关闭状态，实验室的空置率较高。这些都不利于大学生实践创新活动的开展，没有充分发挥出虚拟实验室作为大学生创新活动科研平台的作用。

三、园林虚拟实验室建设和管理方法研究

1.园林虚拟实验室建设的政策引导

（1）加大宣传，进一步开放园林虚拟实验室

虚拟现实技术是新生技术，因此园林虚拟实验室一直笼罩着神秘色彩。加大宣传，普及虚拟现实技术，消除对园林虚拟实验室的神秘感，进一步开放，让广大师生能够走进虚拟实验室进行教学科研活动。

（2）政策扶持，科学地推进虚拟实验室建设和管理

园林虚拟实验室主管单位要做好顶层设计，制定科学合理的建设和再建设方案，分步骤施行，避免“重复建设”和“重建设、轻维护”。在虚拟实验室人员配置和待遇方面，既要进行优化也要注重绩效考核。对于大学生实践创新项目、大学生课程竞赛等创新设计类实验实践项目，在实验课程安排、实验学分认定和实验经费等方面有所倾斜。

2.园林虚拟实验室的管理队伍建设

（1）定编定岗，制定相应的激励政策

建立稳定的管理队伍是做好园林虚拟实验室管理的前提。虚拟实验室是一种新的实验室类型，不同于传统实验室，管理人员不仅需要有传统实验室管理人员的素质，更要求管理人员具备现代电子设备的管理、操作甚至是检修能力。这一特殊性要求相关单位在人员配置方面要定编定岗，并在管理人员的职称和待遇等方面制定相应的激励政策，留住人才，潜心于园林虚拟实验室的日常管理和教学科研活动。

（2）灵活管理，专兼职与学生管理相结合

在进一步开放实验室的趋势下，单纯依靠人数有限的实验室专职管理人员管理是不现实的。应该改变传统的实验室管理方式，制定相应政策鼓励青年教师兼职参与实验室管理和实验室建设。教师利用园林虚拟实验室进行科研活动的同时，也可以作为实验室的兼职管理人员参与实验室的管理，不仅可以减轻专职实验室管理人员的工作强度，也可以通过引入科研项目，进一步提高园林虚拟实验室的科研能力。同时，在园林虚拟实验室设立勤工助学岗位，选拔认真负责、专业能力强、对虚拟实验室工作感兴趣的学生参与虚拟实验室的日常管理，确保实验室在正常工作时间之外也能对外开放，这对学生开展创新项目的研究十分有利。

（3）定期培训，提高管理和使用水平

虚拟实验室的核心设备是虚拟现实技术实现的硬件和软件。这些硬件和软件需要及时更新，同时管理和使用人员也需要不断地再学习，这是区别于传统实验室的一个重要特点。人员培训是园林虚拟实验室可持续发展的保证。在人员培訓方面，可以采取“请进来、走出去”的方式。一方面，紧密联系国内外虚拟现实设备提供商，在提供设备的同时，进行定期的技术指导和培训；另一方面，积极安排管理和使用人员参加虚拟现实技术的交流活动，及时了解和掌握虚拟现实技术发展和应用的最新动向。此外，鼓励实验室人员参与教学和科研工作，钻研虚拟现实技术，熟悉实验方法，优化实验设备、改进实验设计，提高虚拟实验室的开放程度和管理使用水平。

3.提高虚拟实验室的开放程度和教学科研水平

（1）项目引领，大学生实践创新项目与园林虚拟实验室建设相互推动

“项目引领”是园林虚拟实验室可持续发展的动力。①园林虚拟实验室为学生的创新项目和师生交流互动提供一个先进的科研平台。虚拟现实技术具有沉浸感、交互性、构想性和多感知性等独有特点，使学生能够自如地把握空间，科学地比较方案和权衡利弊，使方案设计更趋合理和完美。指导教师和设计团队成员可以通过VR演示系统深入到场景中交流设计方案；②大学生实践创新成果可以不断完善和丰富园林虚拟实验室的程序库和教学素材库。例如，笔者近几年指导的大学生实践创新项目“BIM技术辅助建筑物改造研究”、“南京林业大学校园虚拟现实展示系统开发”、“基于SketchUp的园林三维施工图表达探索”等都通过园林虚拟实验室平台开展研究，取得了较好效果。与此同时，各类大学生实践创新项目通过使用园林虚拟实验室设备平台，能够促进园林虚拟实验软硬件的更新和实验能力的提高。

（2）自主研发，更好地服务教学科研活动

为广大师生提供园林虚拟实验场地和设备是园林虚拟实验室的首要任务，而软件开发是对园林虚拟实验室的更高要求。目前市面上存在很多虚拟现实应用软件，针对多种应用领域，但真正为园林景观而量身设计的虚拟现实软件并不多，而且多是国外公司的产品，价格昂贵。许多国外软件产品并不是专门为我国市场开发的，对于我国国情和园林景观的特殊性考虑不足，也很少考虑教学需求。因此，开发适合国情、适合教学需要的虚拟现实应用程序变得非常急迫。单纯开发虚拟现实平台需要相对雄厚的技术力量，而在现有平台上进行二次开发和素材案例库开发则相对简单和快捷。例如，目前较为流行的虚拟现实软件Lumion3D可以从SketchUp、3DSMAX等三维建模软件中导入模型，并对场景进行天气、季节、时段、材质等的仿真模拟。Lumion3D具有非常丰富的植物素材库，但植物素材库中中国的植物几乎没有。利用SpeedTree等软件创建所需的植物模型导入Lumion3D，可以进一步丰富Lumion3D的植物库。

（3）改变认识，推行“平民化”的虚拟现实技术[3]

从分类来看，虚拟现实技术可分为桌面式VR系统、沉浸式VR系统、增强式VR系统和分布式VR系统四个类型。桌面式VR系统是使用个人计算机和中低端图形工作站来产生三维虚拟交互场景的VR系统，具有价格低廉、携带方便、适用性强等特点。园林虚拟实验室电脑和学生个人电脑都可以构成桌面式VR系统，而园林虚拟实验室的其他交互性软硬件则可以构成沉浸式VR系统。参与实践创新项目的学生可以通过在个人电脑中安装园林虚拟现实场景所需的建模软件和虚拟现实软件，完成园林场景的构建，并通过网络与园林虚拟实验室的设备进行连接，从而形成分布式VR系统，方便师生互动交流和组员的协同工作。推行“平民化”的虚拟现实技术是切合大学生实践创新项目实际的方式，不仅经济高效，能够激发学生的兴趣，也能充分利用课余时间，进一步扩展园林虚拟实验室的开放度。

4.园林虚拟实验室的管理制度化和现代化

由于园林虚拟实验室的开放程度较高，各种贵重设备较多，因此建章立制、规范化管理显得尤为重要。以南京林业大学园林虚拟实验室为例，实验室制定了《虚拟仿真园林实验教学中心管理制度》、《虚拟仿真园林实验教学中心开放制度》、《虚拟仿真园林实验教学中心防火安全规定》、《虚拟仿真园林实验教学中心紧急事故处理预案》等规章制度[4]，在制度上规范了园林虚拟实验室的日常工作。在园林虚拟实验室的使用方面，采用了“实验室开放与预约系统”，参与实验的学生可以通过该系统申请预约实验室及设备，学生预约后通过校园一卡通刷卡实验室门禁系统进入实验室。该系统还能对学生的实验状态、实验时间等状况进行实时监控，确保园林虚拟实验室设备和人员安全。

四、结束语

经过多年建设和发展，各高校的园林虚拟实验室初步形成了各自的实验教学和科研模式，但也出现了一些亟待解决的问题。只有充分认识到园林虚拟实验室建设和管理中出现的问题，在政策引导、管理队伍建设、开放程度和教学科研水平提高、管理制度化和现代化等方面下功夫，才能进一步做好园林虚拟实验室的建设工作。“以项目促建设”，依托各类大学生实践创新项目推动园林虚拟实验室建设，进一步建设开放性强、设备先进、管理规范、科研能力强的园林虚拟实验室，不失为一种有益的尝试。

参考文献：

[1]祝晓.虚拟现实技术辅助园林规划设计研究[D].南京：南京林业大学，2011.

[2]蒋西明.以培养大学生创新能力为目标的实验室建设研究[D].重庆：西南大学，2008.

[3]黄慕雄.高校教学型虚拟实验室建设的现状与建议[J].电化教育研究，2005（9）：79.

[4]李卫正，张青萍，赵兵etal.面向园林规划设计的虚拟现实实验室[J].实验室研究与探索，2014，33（10）：119.

（编辑：鲁利瑞）