结合VR技术的建筑学课程教学实践

李建晶，商墩江

（厦门大学嘉庚学院，福建 漳州 363105）

1 引言

VR技术即虚拟现实技术，它可以创建和体验虚拟世界，利用计算机系统生成的交互式三维环境，可以使参与者感受到景物或模型十分逼真地存在，同时可以对参与者的运动和操作作出实时准确地响应。目前随着VR技术快速发展，虚拟现实技术在建筑、艺术、游戏等很多领域都得到了广泛的应用[1]。

目前，建筑学课程教学采用多媒体技术，利用文字、图片、视频等方式授课。但二维的图片只是截取了建筑的某个角度或片段，对于建筑的三维空间及环境的表达是片面的；视频资料更能表达建筑和空间，但它是在固定的路径和视角来观看的，难以全面、直观表达[2]。同时这种教学方式，学生只是被动地接受，缺乏互动和体验，所以学习的兴趣和积极性受到影响。

2 VR技术对建筑学课程教学的意义

VR技术具有沉浸感和交互性，并可以打破时空的限制，将VR技术应用到建筑学课程教学中，能够增强学生的学习体验，提高学生的学习兴趣，提升学生的建筑设计能力[3]。可以提高教学质量，增强教学效果，使建筑学的教育理念和方式发生重大变化，推动建筑学教学的发展，对建筑学教学具有很大意义。

2.1 沉浸式的体验效果

沉浸式的体验是指通过VR技术让用户在虚拟环境中体验真实环境的感受，使用户由观察者变成参与者，沉浸其中并可以参与虚拟世界的活动。

对于建筑学课程的学习，需要学生有较好的空间想象力，空间想象力差的学生对于相关课程的学习有一定障碍。通过VR技术，可以将建筑作品转化为可视化、沉浸式的体验效果，使学生更好地理解建筑空间并完成相关建筑设计。可以将授课内容变成逼真的体验效果，使学生沉浸式地体验相关建筑，达到更好的学习效果。

特别对于建筑设计类的课程，运用VR技术使学生创造的虚拟建筑有很强的现场感，仿佛完全置身于虚拟建筑之中一样，感受到身临其境的效果。并且对于高质量的建筑模型，还可以让老师和学生感受到建筑设计作品类似建成时的样子，使学生更加深刻地理解自己做的建筑设计作品，并可以做出准确的调整和修改，从而大大地提高了设计效率和效果。

VR技术的优势不仅体现在建筑设计类的课程中，还包括建筑理论课程和建筑实践课程等。目前已经有很多建筑学相关院校将VR技术运用到课程上，并建立了虚拟技术实验室，同时VR技术的运用也得到了大部分老师和学生的认可和赞赏。

2.2 交互式的趣味效果

VR技术的交互性是指在建筑设计过程中可以进行动态的建筑方案创作，实现虚拟世界人与人、人与计算机之间的信息交互，使得人机交互更加人性化。在交互进行时，用户与虚拟世界的交互是自然的、实时的，因此用户之间能产生如同在真实世界中一样的感觉。

在教学过程中，VR技术的交互性也改变了老师和学生的看图和交流方式，师生可以同时进入到虚拟空间，直接实时修改建筑设计作品，学生可以准确地理解老师的意图，使老师的授课效率大幅提升。设计院在进行建筑设计过程中，VR技术也大幅提升了与甲方的沟通效率，特别是对于一些非专业人士的甲方，能够真实地体验建筑空间，并进行动态交互式地交流，有利于建筑设计作品及时得到甲方的认可。

在建筑设计时，运用VR技术可以实现对建筑设计作品进行动态实时编辑和比较，实现“所见即所得”。设计师可以对建筑所处的物理环境进行改变，包括天气和时间的更改；可以对建筑的材质和色彩进行调节；也可以增加景观小品、植物、人物等配景，并对其修改和调整。这些调整内容不同于普通软件，当佩戴VR眼镜进行操作时，可以具有沉浸式的体验效果，从而做出的修改更加直观、真实和准确，使建筑设计作品更加完美。

2.3 打破时空的限制

在建筑学的教学中，很多课程需要进行实地调研，一方面是调研已经建成的建筑作品，对其进行分析和鉴赏。另一方面是调研建筑设计场地，对其场地周边环境、交通状况、人文历史等进行分析。运用VR技术可以随时随地实现调研，不需要去到调研现场也可以实现调研，打破了时间和空间的限制，节约了时间和金钱的成本。

运用VR技术，甚至可以实现时空的穿越，例如可以到现在已经不存在，过去曾经存在的某个建筑，或者去到未来的某个场景。对于建筑历史类相关课程，往往很多历史建筑现在已经不复存在，将历史建筑模型还原后，佩戴VR眼镜进行体验，可以看到原有历史建筑，达到逼真的体验效果。使一些不存在的历史建筑再次呈现，让学生体验这些历史建筑，可以使学生更加深刻地理解这些建筑，对建筑历史课程教学具有很好的应用意义。对于某些建筑概念设计竞赛，往往是一些超前的、夸张的建筑设计，通过VR技术可以使学生去到未来的建筑设计场景，感受未来世界的建筑空间，有利于激发学生创作概念建筑设计作品的灵感。

3 VR技术结合建筑学课程应用策略

本文主要通过“古建实习”和“专题建筑设计”这两门课程应用VR技术进行说明，这两门课程一个是建筑实践类课程，一个是建筑设计类课程，分别具有各自课程特点的代表性意义。

3.1 “古建实习”课程

“古建实习”是建筑学专业的专业必修课。通过课程的学习，学生能够获得古建筑构造基础知识，定性定量的直接认识中国传统建筑的艺术与技术特点，弥补课堂和书本学习的局限。

原本是在线下进行古建测绘实习，由于疫情的原因，某个学期改为线上教学。无法线下实地测绘古建筑对于这门课的学习造成了很大的障碍，但是通过VR技术可以很好地弥补线上教学的缺陷。由于缺少VR设备等原因，课程主要通过VR技术中全景图的运用。

该课程最后提交的学生作品是关于古建筑的详细介绍文本，包括古建筑的地理环境、人文历史、平立剖技术图纸、效果图等。对此本次课程增加了VR成果展示，部分学生在一两天的时间内学习了“光辉城市”的Mars和Venus软件，并很好地完成了VR成果作品。学生的VR成果展示可以通过二维码扫描观看，直接通过手机、PAD、电脑等终显示端欣赏全景图；也可以搭配使用VR眼镜呈现沉浸式的体验效果。本学期该课程的古建筑研究对象是位于福建省漳州市的浦西城堡，浦西城堡作为中国传统村落并位于学校周边具有很好的研究价值。下面通过学生的VR作品成果对其进行描述说明。

3.1.1 全景视图展示

通过扫描学生作品的二维码，首先进入画面的是360°全景展示，紧接着可以看到浦西城堡的鸟瞰效果，如果仅是通过手机操作，直接通过手机触屏的方式，可以任意切换鸟瞰角度，如图1所示。

图1 学生作品二维码和打开后浦西城堡鸟瞰

点击场景内的某些标记进入到场景内部，可以实现人视角度的观察，这种人视角度同样是全景视角，可以在场内任意环顾四周，也可以抬头看天，低头看地，更加全面地欣赏场景内的建筑。同时在场景内可以实现漫游，在场景内任意行走，欣赏不同位置的建筑效果，也可以点击其中某栋建筑，重点欣赏比较重要的建筑，如图2所示。普通效果图只能按照设计者设定的位置和角度去观察建筑，全景视图可以由观察者自主选择不同的位置和角度，对于观察者有了极大的自主性和更强的体验感。

图2 点击标记在浦西城堡行走

在该学生作品全景视图中，可以自主选择切换天气，可以欣赏四种天气模式，包括晴天、傍晚、雨天、夜晚，如图3所示。欣赏建筑在不同天气和环境下效果的呈现，极大地提升了对建筑作品欣赏的全方面体验感。同时这些操作，仅仅是通过扫描二维码后，通过手机点击就可以轻松实现切换，操作简单方便。

图3 浦西城堡切换傍晚和雨天天气

3.1.2 重点建筑案例详解

该课程将浦西城堡内的德林厅作为重点研究对象，对德林厅设置了更多的分析。通过扫描二维码后，从鸟瞰图中找到德林厅的标识，点击后来到德林厅。这时可以切换晴天、雨天和夜晚三种显示模式，可以感受德林厅在三种模式下的不同建筑环境效果。

同时可以点击德林厅的重点建筑构件标识，包括燕尾脊、墀头、对看堵、水车堵等闽南传统建筑构件。点击后是对这些构件详细说明或者构件放大解析，这有助于学生进一步了解这些闽南传统建筑构件的具体信息，这种方式比图片形式的讲解会更加直观，如图4所示。

图4 德林厅建筑外部标识和构建详解

点击可以进入德林厅的内部，欣赏建筑内部空间，同样这样的内部空间是全景视角，可以清晰地看到建筑内部的墙面材料、地面铺装、屋顶天花、门窗家具等建筑更多细节。可以自由切换进入到不同的房间，感受到不同房间的空间尺度和具体细节，如图5所示。

图5 德林厅内部空间效果

3.1.3 配合手机VR眼镜

通过手机、PAD、电脑等终显示端观看，欣赏的只是全景视图效果，没有真正体验VR的沉浸式体验效果。如果在手机端点击右下角功能中的VR眼镜，将手机插入到VR盒子中，即是手机VR眼睛，配合手机VR眼镜观看，就可以看到VR端全景视图，此时看到的浦西城堡是具有沉浸式的体验效果，仿佛真正置身在浦西城堡一样[4]。

戴上手机VR眼镜后，想要实现相关操作，需要将屏幕上的十字小光标在相应标识处停留两秒即可实现自动切换。如果想环顾四周，欣赏不同位置的建筑细节，可以直接通过抬头、低头和转头的方式实现，这跟在现实世界中环顾四周观看不同景物的方式一样。

没有配合VR眼镜去观看全景视图，感受到的是建筑全方面细节信息，当佩戴上VR眼镜后，才真正体会VR技术的乐趣，体会到VR技术的意义。因为只有佩戴VR眼镜后，才能真实体会到VR技术具有沉浸感、交互式、和打破时空感的奇妙体验效果。

3.2 “专题建筑设计”课程

“专题建筑设计”是建筑学的主要课程，是学生对建筑设计能力的进一步提升。本次设计内容是居住区规划与住宅建筑设计，设计要能解决主要问题、并能够提出相应的对策方法，同时鼓励学生在课程作业文本中用VR效果展示。在本次课程作业完成后，邀请“光辉城市”公司把VR设备带入到教室，让学生真正体验VR技术。

3.2.1 头戴VR眼镜体验

此次课程设计采用分组完成，一共6组同学，每组同学约5到6人。在体验VR技术时采用结合课程设计作品分组进行，体验的作品是学生自己组内居住区规划设计作品，每组同学都欣赏自己的建筑设计作品，对自己的设计作品有了更深入地了解，有利于更好地进行设计。

“光辉城市”公司此次携带的是三星头戴VR眼镜，相比于插入手机VR眼镜，有更强的沉浸式体验感。将三星头戴VR眼镜与笔记本相连，直接将同学做的Sketchup模型导入到“光辉城市”的Mars软件中，可以立即进入到VR场景内，不需要提前制作二维码。同时在VR场景内，通过手柄操作，可以直接漫游到任何地方，不需要提前设定好某个位置。这种方式的操作更加直接方便，但是需要更高级的VR设备以及相匹配的电脑。

在头戴VR眼镜结合Mars软件时，可以在场景内添加配景，包括植物、人物、景观小品等，并可以对这些配景其进行编辑和修改，也可以改变建筑所处环境的时间段和不同天气。上述的操作是直接在头戴VR眼镜端进行的，可以在整个操作过程中更有沉浸感，真实感更强，感受到更多细节，使做出建筑设计作品更加准确和完美。

3.2.2 应用VR技术后评价效果分析

在学生体验完VR技术后，对课程班的35位学生进行问卷调查，通过学生的问卷调查结果可以看出：大部分学生对这次VR技术体验感到“新鲜刺激，感觉能进入自己设计的建筑环境很新奇”；大部分学生喜欢VR技术和建筑设计课程相结合，并对该课程的学习有帮助作用；大部分学生愿意老师进一步将VR技术与建筑设计课程相结合以提高学习效果，并愿意花费时间学习VR技术；同时部分学生表示相关设备、充足的培训、充裕的时间是学习VR技术需要的支持；同时还有学生表示希望开设相关课程，认为掌握VR技术应该成为建筑生基本素质，如图6所示。

图6 关于VR技术体验后问卷调查

通过此次问卷了解，可以了解学生对建筑学课程期望运用VR技术的需求，以及在运用VR技术时所遇到的问题和挑战。对于老师，通过此次调查问卷，可以在建筑学课程上尽量结合VR技术，以及在VR技术所需的相关设备和技术能力等方面，做下一步的准备和努力。

4 结语

VR技术在建筑学课程教学中应用，未来将由逐步推广变成大部分教学应用。但是在逐步推广的过程中，需要VR技术的迭代发展，包括VR设备的技术更新，VR产品相关费用降低，只有这样VR技术在教学中的应用才能实现大部分范围展开。由于此次教学课程实践时VR设备不充足，本次研究的VR技术只是很小一部分应用范围，不足以说明VR技术的全部优点，但是已经能看出VR技术对建筑学教育的巨大推动作用。结合VR技术进行建筑学教育，可以更好地激起学生的求知欲望，更快地理解建筑空间的本质，可以更高效地培养建筑学人才[5]。