虚拟仿真技术在“景观设计”课程教学中的应用

张慧聪 包蓉

摘 要：在教育领域利用虚拟仿真技术来开展教学已成为教育发展的新模式。文章提出将虚拟仿真技术应用于“景观设计”课程中，归纳总结了课程理论、实验和实习实训教学中对虚拟仿真技术的需求，进一步从体验作品、推敲方案两个角度详细分析了虚拟仿真技术在课程教学中的具体应用，并从课程组织的程序出发，梳理了在课前、课中和课后三个环节实施虚拟仿真技术的具体事项。

关键词：虚拟仿真技术;景观设计;课程资源

注：本文系教育部2018年第二批产学合作协同育人项目“《景观设计》课程资源开发研究”（201802276011）;教育部2019年第一批产学合作协同育人项目“《景观设计》课程虚拟仿真教学模块研究与建设”（201901207007）的阶段性研究成果。

虚拟现实（VR，Virtual Reality）1989年由美国VPL Research公司的杰伦·拉尼尔首次提出，其权威定义是指通过计算机网络技术生成的一个实时三维虚拟世界。虛拟仿真意同虚拟现实，具有交互性、趣味性和沉浸感等特点。自我国在2013至2015年期间开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作以来，国内一些高校相继在教学中引进虚拟仿真技术，目前主要运用于专业实习实训环节。事实上，VR技术在专业教学中运用广泛，在理论和实验环节也大有可为，是拓展教学内容广度和深度、延伸教学实践和空间的重要手段，有利于提升教学质量和水平。

一、“景观设计”课程教学的VR技术需求

景观设计是环境设计专业的一个方向，融合了城乡规划、生态学、地理学、设计学、工程学等多学科。景观设计专业的理论性和实践性决定了该专业方向对学生理论能力、综合实践能力和创新意识培养的要求。目前，国内的“景观设计”课程理论教学主要采用教师讲授和学生听讲的传统教学模式，往往只是让学生一味地接受间接经验，忽视了学生独立思考和自行构建知识体系的过程，教学效果不佳。而对于设计实验和实习，常常只能在有限的环境中进行，学生对真实环境和设计项目的理解不到位，体验不够深刻，也造成了学生对市场需求、行业发展现状知之甚少的状况，不利于锻炼学生的专业实操能力。从教学现状来看，“景观设计”课程无论从理论教学、实验教学，还是实习实训教学来说，对VR技术都有强烈的需求。

第一，理论教学的需求。“景观设计”课程教学结构和教学内容的改革在很大程度上需要虚拟仿真技术来支持。“景观设计”课程的理论教学有学科基础理论和应用理论两大内容，包括了“景观设计的内涵”“景观设计的历史发展与流派”“景观设计的要素”“景观设计具体方法”等。在“景观设计的历史发展与流派”“景观设计的要素”“景观设计具体方法”这几个内容的讲授中，需要通过VR技术使学生沉浸于虚拟环境之中，直观地体验作品设计的微妙特点、具体方法和精妙之处，再加上老师的引导与讲解，则可以更好地掌握和理解相关知识点。

第二，实验教学的需要。传统“景观设计”课程的实验教学环节，往往停留在二维阶段从图纸到图纸的模式。学生通过现场的照片和平面图理解场地，最终设计出来的作品又以平面图、分析图和效果图等二维图纸的形式呈现。利用VR技术可以改变传统的实验教学模式，使学生在虚拟的三维空间里了解场地，开展和呈现设计。

第三，实习实训教学的需要。“景观设计”是一门实践性很强的课程，要求学生了解市场趋势和行业前沿。因此，开展实地调研和参加社会实践项目是重要的教学环节，也是对VR技术需求最高的环节。如植物配置章节，若只是通过二维图片来学习会非常枯燥无味。为了加深学生的理解，目前常见的做法是由老师带领学生去到附近的植物园或森林公园进行实地考察。而在这一过程会出现植物生长周期与教学周期不吻合等问题，大批量的学生在外也存在出行安全隐患。如果运用VR技术将植物的立体模型、生长环境和生态习性等模拟创建出来，学生在实训室就能体验到植物的真实形态及其特征，也不受季节和天气的限制，还可以增强学生的理解与记忆。

景观设计的强实践性要求学生直接参与实地项目中，学生进入企业，直接观察和参与企业的项目设计过程，为学生从校园走向社会做一个很好的铺垫。但由于接受学生参观、实习会在一定程度上影响企业正常运营，而且实际工程环境复杂，现场存在一定安全隐患，对学校和企业来说都需要承担风险。运用VR技术创造无安全隐患的虚拟设计环境，可让学生安全地参与到设计过程中，不影响企业正常工作，又大大提高了学生综合能力。

二、VR技术在“景观设计”课程教学中的应用

第一，深度体验优秀作品。优秀设计作品分析是“景观设计”理论课程的重要内容，通过案例更好地去阐释某个观点或理论无论在“景观设计的历史发展与流派”“景观设计的要素”，还是在“景观设计的具体方法”等教学内容中都较为常见。在传统教学中，教学环境和平台的限制在一定程度上影响了教学质量的提高。而如今VR技术正逐步改变着传统的教学模式。以网络环境下的仿真技术为工作原理，信息技术、系统技术及与其应用领域有关的专业技术为基础，网络和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际或设想的系统进行试验研究，根据已有资料以及测绘数据，高精度还原名师设计作品或历史沉淀而成的经典环境，将抽象的知识直观化、形象化。学生可在课堂上身临其境感受景观设计的魅力并实时互动体验。这种沉浸式体验学习不但更直观而且具有趣味性，在虚拟的环境中，学生可以开展细致观察，从而深入理解作品，更能激发其学习动力。

第二，全面推敲设计方案。“景观设计”课程结课作业通常是教师分配设计任务给学生，要求学生消化吸收学到的理论知识，借鉴和学习优秀案例的设计经验，应用于自己的作品中。在设计过程中，首先学生需要完成对项目的构思，进而全面推敲设计方案。传统的做法是：在一草阶段，学生在硫酸纸和拷贝纸上绘制出平面设计草图;到二草阶段，学生们开始在SU建模软件中推敲尺度和空间;之后便进入了元素运用、材料运用等设计环节。这一过程中，由于经验缺乏，部分学生空间尺度感明显不足，建出来的模型比例尺度常常出现和预想不吻合的情况，甚至出现模型设计僵硬、流线混乱等问题。传统的教学中，空间关系以数字、二维图纸和文字的形式呈现出来，学生很难真正与空间建立关系，这是造成以上问题的主要原因。因此，利用虚拟仿真技术开展教学时，增加了三草阶段，即利用VR技术，推敲二草阶段建立的空间模型。学生和老师进入到三维虚拟空间中，感受空间整体尺度和比例关系，了解空间中的流线布局，进一步进行色彩、材质处理，加入外环境中的日照和温湿度条件等的处理。沉浸于虚拟环境中，感受真实的空间、材料、风格、色彩、尺度，对景观环境的功能性、合理度、舒适度、愉悦度、意象等有一个较为全面的感受，从而完善设计。

三、采用VR技术的课程教学实施过程

第一，课前阶段。采用VR技术的实践教学，课前主要运用网络信息技术平台来进行教学任务的发布，学生需要预习平台推送的学习课件，对教学内容形成初步印象，其中包括网络慕课、VR全景图、线上实验测评等内容。老师在平台上提出预习问题，学生在预习环节便明确问题所在，并作出回应。教师通过学生的反馈进行学情分析，指导课程的开展。

第二，课中阶段。课中阶段，老师带领学生在VR虚拟环境中完成项目体验，与学生交流互动。学生带着问题深入研究项目任务，在老师的引导下完成沉浸体验，形成初步设计、详细设计，最终完成方案设计，并利用VR全景进行展示，甚至可以结合3D打印技术完成成果制作。

第三，课后阶段。课后阶段主要是对教学内容进行复习的阶段，对学生作品进行评价反馈，并结合学生间互评，进行总结性评价。

虚拟现实技术的应用创新了“景观设计”的教学模式，也提升了教学效果，节约了教学成本，学生在虚拟环境中自主探究，随时互动交流，对培养其综合实践能力和创新意识，形成以学生为中心的全新教学模式意义深远。

参考文献：

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[5]侯佳君，齐志才.虚拟现实技术在建筑领域中的应用[J].吉林建筑工程学院学报，2010（6）：73-75.

作者简介：

张慧聪，西南林业大学艺术与设计学院硕士研究生。

包蓉（通讯作者），西南林业大学艺术与设计学院副教授、硕士生导师。研究方向：少数民族景观。