虚拟现实技术在园林植物造景课程中的应用与探讨

王 燚

（山西林业职业技术学院，山西太原 030009）

随着数字化与信息技术的不断发展，虚拟现实技术广泛应用于军事、航空、工业生产制造、建筑、医疗、教育、娱乐等领域[1-2]，展现出独特的优势，极大地提高了生产效率。虚拟现实技术的专门化、定制化的虚拟现实应用正越来越成为主流。作为一种新的教学媒介，虚拟现实技术在教育领域的使用范围逐步扩大，对教育教学将产生深远影响。

1 传统植物造景课程教学存在的问题与困境

园林植物造景是园林景观设计与施工的重要内容，优秀的植物造景能够极大增加园林景观效果的感染力与表现力，创建出优美和谐的园林环境。植物造景课程包括植物的运用方法、相互搭配及与其他园林要求的结合造景，要求学生能够掌握植物种植位置、空间关系、比例与风格的协调等内容，目前职业院校园林专业的植物造景课程存在较大局限，教学模式存在效果不直观、场地环境限制、教学成本高等缺点。

1.1 传统教学方式参与度差，学生积极性不足

目前职业院校植物造景类课程主流的教学模式是利用文字、二维图像或者创建植物的简易模型来展示景观植物的造景效果，如采用PPT 教学或3D 软件模型；部分院校利用多媒体技术通过文字、动画、视频及声音进行展示。二维图像只能表现片面的园林空间及环境，渲染生成的动画演示存在视角固定、路径单一的问题，难以全方位展示植物造景的效果，而视频资料参与度差，学生仅能被动接受，导致学习兴趣与积极性不足[3]。

1.2 实践教学条件限制，实训教学效果不佳

职业院校的植物造景课程实践教学受到场地、季节、植物材料等条件影响，在实施过程中也受到诸多限制。如采用模型法，则植物种类、植物特征、植物动态等效果很难展现，并且其体量大小、与各类园林要素的组合并不能真实反映设计要求；如果进行真实的植物种植，其实施的场地在现实中很难满足要求，并且植物材料的购买、运输、管理都需要复杂的流程，而且操作过程中不能根据设计意图进行随时更改，苗木的大小也很难进行适时调整；同时，受时空制约，植物景观的季相效果很难表现出来。

1.3 实践操作受限，可重复性差

不论是采用模型制作还是实际种植进行造景，其实施流程相对复杂、教学效率低，且实际操作中成本较高。每个年级每学期的实践课程都需要花费大量的精力物力完成课程相关辅助工作，时效性、实践内容的完整度相对较差，对于存在的问题，难以反复训练进行纠正改善；并且课程教学完成后的成果很难保存，难以保留转化成为教学资源，对以后的教学作用有限。

利用虚拟现实技术进行植物造景课程教学，能够全方位展示园林植物造景效果，同时在课程教学中学生能积极参与互动，提高教学兴趣，强化学习成效。

2 虚拟现实技术在植物造景中应用的优势

虚拟现实（VR）技术已应用于多个领域，在建筑、城市规划及园林设计及相关教学等方面已有较为深入的研究[4-7]，而植物造景方面受软硬件功能水平、成本、思想观念等多方面的影响，研究还处于较初级的阶段[8-9]。在园林植物造景中，应用虚拟现实技术可以全方位、高真实性地展现植物造景效果，同时可以进行实时互动，同步修改设计。

2.1 高沉浸感与多感知

虚拟现实（VR）技术最主要的技术特征是让用户参与到计算机系统所创建的虚拟环境中，让用户由观察者转变为参与者[2]。虚拟现实技术中最让人印象深刻的是沉浸式虚拟现实技术，通过计算设备、传感器、控制器及相关应用程序，能够在虚拟空间中真实再现现实场景，或者创建出具有真实感的植物景观环境，让用户能够感受植物造景的设计效果、植物特征，同时在听觉方面得到真实的反馈，从而得到真实度极高的体验。随着科学技术的发展，虚拟现实的拟真度越来越高，在视觉、听觉、触觉方面将会越来越接近于现实环境，未来可预期达到以假乱真的程度。

2.2 实时交互

虚拟现实技术能够实时人机交互，在虚拟环境空间，用户可实现虚拟物体的实时编辑，并能与其他人员进行交流。在进行植物造景时，用户不受现实场地的制约与影响，能够在虚拟空间内实时修改植物参数，调整植物种类、大小、种植位置，变化植物组合形式，模拟植物生长，能够即刻获取设计意见并予以实时呈现，极大地节约了沟通成本，提高教学、设计效率。

2.3 时空变化虚拟体验

虚拟现实是由计算机模拟的环境，所以在虚拟环境中用户可以模拟在现实中难以达到或者不可能达到的环境效果。应用于植物造景，则用户在虚拟空间内可以根据景观设计的要求，实时调节天气、季节变化，转换时空变化，体验观察植物的季相变化及各种条件下植物景观的整体表现与形象。

2.4 应用低成本

使用虚拟现实技术进行植物造景教学，突破了环境、场地、材料设备等因素的制约，能够在任何时间完成相关植物造景的教学，不受场地、气候条件的制约，不需要耗费大量的材料；此外，各课程的教学成果能够重复使用，反复练习，极大节约了教学成本。

3 虚拟现实（VR）技术在植物造景课程中的应用

作为一种新型的教学方法与手段，VR 技术突破了时空的限制，能够在有限的教学场所重塑教学形式，实现高真实度的现场教学。在植物造景课程中，应用VR技术教学的方法可通过如下途径实现：

3.1 案例分析与讨论

在教学中，应用VR 技术平台能够让学生在教室内就能欣赏、体验世界各地的经典园林，并研究分析植物造景案例中植物的应用形式、种类、景观表现效果等。对已有的案例，教师在授课中可让学生进行比较、分解、重建、修改、验证、讨论，进而深入分析，体会其创作思想，加深对植物造景空间变化、组合形式等内容的理解。

3.2 造景设计与表达

在虚拟场景中，根据园林设计方案创建植物环境。在VR 技术平台支持下，能够真实模拟植物的种类、大小、颜色等细节，并能够模拟光照、天气、季节变化，这样就可以根据植物设计要求，将各类乔木、灌木、地被在场景中模拟种植，设置种植形式、植物与园林要素组合、植物空间等内容，在场景中以非常真实的效果呈现设计要求，使学生能够直观感受、体验植物造景的最终结果。

3.3 方案比较与优化

在VR 技术平台中，可以方便地实时转换不同的方案，对不同方案进行比较优选。在不同的方案中设置相同的观察角度或者漫游序列进行观察比较，检视方案的优缺点，便于判断决策。在虚拟场景中进行漫游，能够以真实的或非常规视觉角度观察体验植物造景效果，观察体验方式的转变直接影响到判断与创造，能够帮助学生直观地发现问题，优化设计方案，重构植物造景的形式。

3.4 细节完善与调整

虚拟的植物造景空间是对设计方案的“真实呈现”，学生可以在植物造景空间内随心漫步，仔细观察，推敲植物配置的细节，分析植物种类的选择、树龄大小、色彩、植物的种植形式、光照条件、空间围合状态等；在进行详细观察时，可以实时修改、添加或者替换相应植物，对比其修改效果。根据方案优化的结果与建议，完善植物造景的各类植物，增加植物种类，调整种植密度、数量、植物空间组合，改变植物种植类型等内容。

3.5 方案展示与汇报

植物造景设计完成后，在虚拟教学平台进行展示，突破了以往通过文字、图像、动画等二维形式，能够让受众以真实尺度感知植物造景效果，观察植物种类，体会植物空间组合、层次分布、季相变化，以身临其境的效果在环境内进行漫游、观赏、分析与讨论，并能及时反馈意见，实时修改方案，极大提高教学效率与教学质量。

3.6 资源归档与应用

制作完成的方案可以将其作为教学资源存档，在VR 中通过虚拟资料馆或者虚拟展厅的形式进行方案持续展示，不受场地和空间限制，并且能通过网络在移动设备上随时随地进行查阅、展示。每次设计的作业、方案成果，可长期保留作为教学资源，为相关教师、学生作教学辅导或参考使用，能极大地丰富教学资源库的建设。

4 虚拟现实技术在课程应用的前景

虚拟现实目前还处于初步发展阶段，从提出这一概念到投入基础的应用是随着信息技术的发展而逐步实现的，信息技术（包括通信、大数据、半导体等）的发展是虚拟现实技术的基础，在未来教学中要实现更好的发展需要有以下几方面的发展：

4.1 技术层面

VR 技术的普及需要大量价格较为低廉的终端硬件设备。作为虚拟现实的物质基础，硬件设备需要提升其性能，用以支持大量数据的快速运算、传输、实时渲染等，同时为创建更为真实的虚拟场景，需进一步提升传感器的交互性能，实现精准定位、快速反馈，在视觉、听觉、触觉、嗅觉等感官方面作出持续提升与改进。

4.2 教学内容

虚拟现实技术对真实世界的模拟是建立在大量的数据资源基础之上的，其应用还处于早期阶段，在各行业的应用处于初级阶段，其数据资源还很有限，在基础数据与应用软件方面还有大量的内容需要积累完善。目前VR 中使用的植物模型其复杂程度与真实世界的植物相比，还有较明显的差距，在植物的种类、细节表达、动态效果方面还需要继续提高完善，随着应用逐步深入，相关的教学内容会更为丰富全面。

4.3 教学应用

在教学中，应用虚拟现实技术是一项全新的挑战，对教学的内容制作、运行、管理、评价等方面都提出了新的问题；教师的教学观念、教学方法、信息化应用水平都面临新的变化，在实际教学过程中，需不断转变观念，积极应用新技术新方法，这是今后需研究解决的重要课题。

5 结语

虚拟现实技术应用于植物造景课程，重构了教学思维，将二维、抽象、固定的学习体验，转化为三维、具象、灵活的思维逻辑，有利于高职学生掌握植物造景的概念、原理，能够强化学生的空间感、尺度感。通过虚拟植物造景，直观形象地呈现知识，学生能够无风险、低成本地完成植物造景方案，体会学习的乐趣，极大增强了学习兴趣，这在传统的课堂教学中是不可能实现的；同时虚拟系统的实时交互性，能够在师生之间建立互动交流，共享资源并进行讨论交流，从而进一步提高教学质量。

虚拟现实（VR）技术是信息技术发展的重要技术之一，在各行各业都有着广泛的应用前景，在园林行业的教育应用正处于起步阶段。随着科学技术的不断发展，大数据、人工智能、信息技术的共同结合下，在可见的将来，VR 对园林设计及教学将产生广泛而深刻的影响。在未来的职业教育中，虚拟现实技术需在拟真度、便携性、成本控制等方面进一步完善，从而提高其在教学中的适用性。