以VR虚拟现实技术促进古建筑教学

袁玉康 雷 华

(广州城市职业学院，广东 广州 510410)

0 引言

当前古建筑课程教学中，传统的教学模式不利于学生理解和掌握古建筑的形态特点，二维的平面图像和抽象的数字概念，容易让学生对古建筑的认识记忆产生混乱。

而VR虚拟现实技术很好的弥补了这一缺陷，将平面化的知识转化到立体维度，通过虚拟现实、身临其境的体验方式，去认识和感知我们的古建筑，以交互、对话等手段，将原来沉闷的背诵记忆变为多维度的感知体验，让学生通过虚拟的体验教学模式，更加直观的感受古建筑的精致与雄伟。

1 当前古建筑教学中存在的问题和不足

1.1 教学媒介传统

教学媒介落后，以《中国建筑史》为例，如此数量庞大的建筑遗存，展示给学生的只是简单的二维图像，还有一大串抽象的数字记忆，偶有一些视频短片介绍，但都是局限于单一方向传达，面对如此复杂的数据和大同小异的建筑形态，学生难于有效掌握相关的知识，而且容易混淆错乱。

1.2 教学形式单一

教学形式单一，基本上以教师讲授为主，重理论轻实践，但是古建筑历史悠久、内涵丰富、形式多样、结构复杂，联系紧密，简单的语言根本无法描述其完整性和复杂性。以《古建筑构造》为例，古建筑构造复杂，隐含了丰富的古人智慧，单是一个斗拱就由几十个构件精密而巧妙的组合在一起，如果没有现场的感官体验和拆装实践是难于掌握的。

1.3 教学过程枯燥

古建筑课堂知识要求学生依靠形象记忆和数字记忆，掌握各类建筑遗址、建筑物、建筑规制、建筑材料、建筑工艺的相关知识点，然而内容复杂，信息量庞大，背诵这些知识点非常困难，过程也极为枯燥。

2 VR虚拟现实技术课堂教学的作用与特色

当前正处于互联网和大数据时代，信息科技技术日新月异，各种新技术层出不穷，VR虚拟现实技术就是其中一个代表，其作用日益凸显，被广泛运用到各个领域中，虚拟现实技术具有强大的生命力，也被预测是下一代的技术变革的突破口。当前教育发展趋势是信息化、数字化、智能化，将科技发展的成果应用到教育教学中，利用新技术改革传统教学模式，促进现代教育发展，提升教学质量是必然趋势。

2.1 VR虚拟现实技术课堂教学的作用

2.1.1变革传统实训方式

通过VR虚拟现实技术，突破传统实训室的限制，学生可以根据自身学习情况选择不同的实训内容、实训方式和实训时间，老师还可以随时在线上进行指导，这样教学就可以因人而异、因材施教，且不受实训场地、时间等客观因素限制。

2.1.2提供崭新的教学手段

通过VR虚拟现实技术，可以将学习过程虚拟现实化，学生带上VR设备就可进入一个虚拟空间场景，并通过人机交互操作，实现相关的虚拟成果或效果，增强现实体验。

2.1.3节约教学成本

通过VR虚拟现实技术，学生在虚拟训练场景中开展实训活动，可以反复进行相关训练操作，不但没有实验风险，而且不会损坏教学的设备、工具，消耗训练耗材，节约教学成本。

2.1.4形成可视化的数据库

通过VR虚拟现实技术教学系统，可以监督学生的实训过程，并保存学生实训全过程的相关数据，为后期对实训开展复习、检查、评分等提供依据，并通过后台系统形成可视化的虚拟实验数据库。

2.2 VR虚拟现实技术的课堂特色

2.2.1以学生为中心，实现翻转课堂

以学生为中心，围绕知识点设计任务模块，学生根据自身的学习情况，选择学习实训的内容，学生可以自主制定学习内容和实训计划，学习过程自我评价、相互监督，教师回归引导和辅助的角色。

2.2.2以游戏为驱动，实现快乐课堂

在VR虚拟技术的场景中，可以通过游戏任务通关的方式，锻炼和检验学生的学习成效，增强趣味性，例如“古建筑斗拱构造”的学习，就可以通过“名称、排列、拆卸、安装”等多种互动方式，让学生在沉浸式的环境中学习，在趣味游戏互动中，轻松学习复杂的古建筑构造知识。

2.2.3以多维感官为手段，实现智慧课堂

VR虚拟教学模式，是一种集合声光电的体验式、代入式教学，学生将在一个虚拟的空间场景中进行观看、体验、训练、实践，在过程中发现问题和解决问题，同学和老师在虚拟的空间中进行实时互动，汇报方案、研讨问题、点评成果全部在线上完成，实现智慧课题。

3 VR虚拟现实技术在古建筑教学的实施案例

广州市海幢寺大雄宝殿教学系统是采用VR虚拟现实技术辅助古建筑教学的尝试。通过现场调研、实地测绘、建立海幢寺大雄宝殿的CAD二维建筑尺寸图、然后利用3Dmax软件建立海幢寺大雄宝殿的三维建筑模型、再导入unity系统设计教学体验环节，最终形成一个VR教学体验系统。

广州市海幢寺大雄宝殿教学系统，不仅将该建筑进行再现复原，学生带上头盔就可以在建筑内外游览观赏建筑，系统还对该建筑外部形态和内部结构进行分解剖析，学生可以观看建筑内部结构以及建造过程，并开展拆装建筑构件的模拟训练。系统还结合声光电技术，通过交互讲解古建筑的建筑风格、历史沿革、建筑概况以及其背后所隐含的建筑文化知识，展示建筑的艺术价值、文化价值、历史价值和科学价值。

3.1 主程序加载功能设计

广州市海幢寺大雄宝殿教学系统主界面设计制作了三个主程序，如图1所示分别是交互漫游、建造流程、工艺流程。交互漫游主要用于参观浏览，这个功能主要解决原来观看二维建筑图片的不足，通过浏览功能，学生可以亲临其境般观察建筑的形态和尺度规模，感受建筑的气势与雄伟。建筑流程功能主要展示古建筑的建造过程，通过这个功能学生能够认识古建筑的建造过程及其巧妙之处，同时可以观看到各种建筑构造的搭接关系和流程。工艺流程主要是详细讲解古建筑各个部位的工艺建造流程，特别是一些重要构造的演绎和模拟训练。

3.2 “交互漫游”功能设计

交互漫游弥补了古建筑现场考察交通不便、成本高的问题。在此功能下，学生可以任意选择参观路线，不同的观察角度，如身临现场一般。同时在系统中还设计了实地考察无法观察的角度，例如俯视和平视的角度，人可以上升到空中去俯瞰整个建筑，也可以攀爬到建筑上去仔细观察建筑细节。

3.3 “建造流程”功能设计

在建筑流程界面功能中，体验者可以近距离的体验古建筑是如何一步一步的建成，从视觉听觉上完成这一系列流程，震撼心灵。主要步骤如图2所示，包括：台基、梁柱、小木做、屋面。

3.4 “工艺流程”功能设计

进入古建筑之中，细致的教学从建筑的构件开始，例如图3的斗拱，这一精细的构造可以让人瞠目结舌，语音的讲解更是加强了体验者的感受。本教学系统的交互特点还让体验者可以亲自动手完成这一传统建造工艺的搭建。

4 结语

通过实践案例成果表明，通过VR虚拟现实技术应用在古建筑教学中，极大的提升了学生的学习兴趣、学习体验和学习效率，其仿真浏览、趣味互动、声光电技术融合，打开了学生感官体验的潘多拉，刺激学生全方位的学习敏感源和激情，促进古建筑教学发展。在当今信息化时代的大背景下，信息化、数字化、智能化也是教学发展的必然趋势，而VR虚拟现实技术应用正是这一趋势的很好例证。同时，这些古建筑VR教学系统将形成非常重要的数字化资源库，为将来活化利用提供了重要基础，可用于古建筑的研究、保护、修缮，线上博物馆展览等。