虚拟现实技术在照明设计课程教学中的应用

李晓庆,张国峰，汪 江

(辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114000)

引言

虚拟现实技术作为20世纪80年代末期计算机信息领域的技术成果之一，将其应用到照明设计课程教学之中，不仅可以为学生展现更加立体、生动的学习环境，还能让学生在虚拟的学习环境中成为一名参与者，提高学生的课堂体验感，将抽象、立体的照明设计学科知识变得形象、生动，契合学生的主观认知特点，有效地解决教学的难点，提高学生的课堂学习效果，对学生日后的学习与发展具有重要的促进性作用。本文主要从虚拟现实技术的基本概述、传统照明设计教学面临的困境与问题、在照明设计课堂教学中应用虚拟现实技术的优势作用以及在照明设计课堂教学中虚拟现实技术的应用路径四个方面展开分析，以期推动照明设计课程教学的良性发展。

1 虚拟现实技术的概述

1.1 虚拟现实技术的基本定义

虚拟现实技术可以构建与体现虚拟世界，属于计算机仿真技术，主要借助计算机技术、网络技术手段，发挥其功能作用，使其变成交互式三维动态情境，可以让应用者仿佛置身于其中。虚拟现实技术主要以环境模拟、感知技术、传感设备以及自然技术等为主导[1]。环境模拟即借助计算机仿真技术手段，实时构建动态三维立体式图像；感知技术即可以拥有与人相同的视觉、听觉、触觉、嗅觉等诸多方面的感知技能；传感设备即三维立体交互式设备；自然技术即效仿人类的行为，如旋转头部、手势、跳跃等动作行为。计算机根据参与者的行为动作等，展开匹配适应，并输入相关的指令、响应，可以使其直接反馈至应用者的五官。

1.2 虚拟现实技术的基本特征

虚拟现实技术的基本特征主要以感知性、存在性、交互性以及独立性为主导。感知性主要针对虚拟现实技术中多项感知技能；存在性主要是指在虚拟模拟环境中应用者的真实感，让应用者难以辨认虚拟与现实环境作为虚拟现实技术的建设目标；交互性针对应用者对于模拟环境的操作水平同时在环境中所得到的自然水平的反馈信息；独立性针对虚拟环境中各个物体可以根据现实世界的物质运动的水平[2]。

2 传统照明设计教学面临的困境问题

照明设计课程主要针对本科大三学生，由于此阶段学生已经基本掌握设计基本原理、空间设计等相关必修课程内容等，并不断学习办公室室内设计等相关核心课程内容。环境设计作为照明设计课程教学的主要内容，其目的是为了培养学生的照明设计与理论运用能力，不仅要保证学生的理论知识更加扎实牢固，还能增强学生的实践操作技能水平，才能使照明设计教学满足社会发展的根本要求，顺应时代发展，推动教学进步[3]。但是在实际的照明设计课程教学中，面临着诸多困境与问题，主要表现为以下几点：

2.1 显现方式的单一化

传统的照明设计教学主要以平面的形式为学生进行教学展现，但是针对抽象的三维空间与行为而言，平面形式的多媒体课件难以将其内容真正地体现出来[4]。空间构图、光线的有效调整在照明设计环节中发挥着重要的作用，但是由于其教学内容过于抽象化、理论化，加之单一化的显现方式，加大了学生理解与学习的难度，单一的平面显现方式，并不能将教学更深层次的意义显现出来，以致学生的空间设计能力、形象思维意识以及艺术鉴赏能力受到限制，不利于学生的未来发展。

2.2 学生缺乏自主学习能力

随着多媒体教学形式不断深入发展，照明设计课程教师在日常教学中运用多媒体教学课件，为学生进行演示、示范，但是却忽视学生的主观感受，没有充分考虑学生的个人感受能力，难以发挥学生的主体作用，导致学生只能被动地接受，即便教师的教学内容存在动画形式，但是也是设计者实现设计好的既定内容，不能对其进行有效控制、改变，导致学生缺乏自主学习能力，同时也削弱学生的课堂体验感，降低了对学生的观察能力、选择能力的培养效果。

2.3 教学缺少灵活性

照明设计课程教师并不能直接在场景中将主体进行交互转换，长期运用一刀切、满堂灌的教学方式，导致课堂教学氛围死气沉沉，学生的学习积极兴致不高，也使教学缺少灵活性，不利于培养学生设计表现的观念性，使学生的个性化风格逐渐弱化，降低了学生对于艺术的洞察力、敏捷性，学生的创造思维受到了限制，导致教师的教学效果差强人意[5]。

3 在照明设计课堂教学中应用虚拟现实技术的优势作用

3.1 实现照明设计课程的创新

照明设计课程属于综合性、实践性较强的知识复合型学科，不但要学生熟练地掌握课程理论基础知识，还要具备解决问题的能力。利用虚拟现实技术可以对空间照明环境进行模拟展现，通过模拟出不同空间环境的灯光以及光色，可以展现出空间不同的风格特点[6]。也可以利用这一优势特点，对不同灯具的灯光效果进行检验，确保其灯具真正地与此空间环境相适应。

教师在照明设计教学过程中，应用虚拟现实技术展开前瞻性探究，可以对各个区域空间的照明设计，灯具选取以及空间搭配等诸多方面进行全面的把握，提高照明设计教学的有效性，增强教学的灵活性。

3.2 提高学生的设计能力

照明设计课程需要充分发挥学生的想象能力、创造能力，并在日常教学中不断对学生加以引导，为学生构建多元化的虚拟情境，调动学生学习的积极性与主动性，优化学生的思维方式，培养学生的创新意识。借助虚拟现实技术为学生构建不同的照明空间环境，引导学生展开自主学习，让学生在自主学习、情境学习之中，想象力与创造力不断地被激活，以此提高学生的学习兴趣。

将虚拟现实技术应用到照明设计教学当中，可以将抽象复杂的理论知识变得更加形象具体，有利于提高学生对照明设计理论知识内容的掌握与理解，增强学生的设计分析能力。利用虚拟现实技术，可以让学生对照明灯具加以改进，同时也可以随意变化灯具的布局形式，针对设计内容反复观察，便于对照明设计内容进行合理调整，促进设计能力的有效提升。

3.3 增强学生设计方法的有效性

在照明设计教学过程中，针对前期概念设计，由于受条件限制性的影响，使学生难以在现场展开环境观察，这就需要教师利用虚拟现实技术对实际环境加以分析，便于让学生更加全面地了解空间环境状况，虚拟现实技术的运用有效提高了学生的空间想象能力，借助虚拟现实技术对空间环境展开动态漫游，便于让学生对现场的空间形态与尺寸进行全面掌握；学生在照明方案设计过程中，可以借助虚拟现实技术实时对照明空间环境进行观察，便于学生更加精准、全面地掌握空间内所需要的灯具种类与布置形式，提高学生设计的有效性。

4 在照明设计课堂教学中虚拟现实技术的应用路径

4.1 合理运用工程项目教学方式

教师在照明设计教学中，合理运用工程项目教学方式，并借助虚拟现实技术，展开实际项目教学。完成相应的基础理论教学之后，可以根据实际的工程项目进行举例分析，借助虚拟现实技术将照明设计患者整体全面地显现出来，便于学生进行直观、立体式学习，使学习内容更加具体，有效地提高学生的学习效率。

为了使分析照明空间布局更加简便，教师可以通过不断更改漫游路线与视角切换的方式，让学生对实际的案例中空间特点、照明局部、灯具选取以及灯具明暗控制的掌握更加全面，使照明设计更加合理化、有效化[7]。与此同时，在工程项目教学过程中，为了使学生的方案更加完善，教师也可以向学生提出关于智能家电的相关概念，将其与实际的工程项目有机结合起来，有效利用虚拟现实技术手段，根据一天之内不同的时间变化，智能调节灯具的光色与亮度，有效发挥视力保护的作用，又能节省一部分的能源，实现照明设计课程与虚拟现实技术的有机结合。

4.2 积极构建虚拟教学平台

在照明设计课程未来发展中，虚拟教学平台的构建势必会成为发展的主流。构建虚拟教学平台需要借助相关软件与元素，明确照明工程项目方案的实际内容，借助CAD软件，将CAD方案整体平面图绘制出来，其次将整体平面图传输至SKETCHUP软件之中展开建模，随机再传输至虚拟现实软件LUMION之中绘制效果图，使其生成照明案例的漫游动画，从而在照明设计课程中，教师可以将漫游动画显示给学生观看与学习[8]。

教师利用虚拟教学平台，可以让学生更加全面的了解日常生活空间、公共建筑空间、餐饮办公空间、商业展示空间等有关工程项目的实际案例中照明空间环境内容，学生可以利用虚拟教学平台与教师进行互动式学习，并积极讨论与整理出相关照明案例专题报告，同时也可以将自身的主观感受融入其中，使照明设计教学内容更加完善，提高教师教学的整体效果。

4.3 增强学生技术应用水平

学生可以在教师有效的教学指导下对实际的工程项目案例加以漫游分析，对照明空间布局形式、空间变化、空间尺度、空间照明氛围等加以探讨，进而得出此工程项目案例是否与主题内容相契合[9]。另外，学生可以根据自己的喜好对实际的工程项目案例模型加以重组、拆分，实现学生的深度学习，加强学生对照明工程案例的掌握与运用能力。学生也可以结合照明设计课程作用的任务书图纸，绘制出总平面图，并制作相应的三维立体模型，将自己所创作的模型输入到虚拟教学平台之中。通过此平台，每个人都可以欣赏此方案模型设计，并对其展开讨论分析，提出建设性意见。

4.4 提高学生思维创新力

在传统的照明设计教学中，教师常常结合多媒体教学方式，对工程项目案例加以分析解读，之后为学生布置相关的学习任务，让学生根据原始图纸展开照明设计，导致学生难以自行构建照明空间，只能根据传统的步骤展开设计，无法发挥学生的思维创新力，影响学生的学习效率。为了有效弥补传统教学的不足，教师应该合理利用虚拟现实技术，为学生构建三维立体照明空间。有了基本的照明立体框架结构，学生可以充分发挥思维创新力，有效地提高学习效率，同时还能与教师积极沟通，说明自己的创新想法。结合教师所提出的有效意见，不断改进照明设计方案，使方案设计更加完善化，从而促进学生的综合发展。