虚拟现实技术在园林类专业教学中的应用研究

吴碧珊，黄东兵

（广东生态工程职业学院，广东广州 510520）

虚拟现实又称虚拟仿真技术或模拟技术，简称VR，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟现实技术从20世纪60年代便出现了，从概念到大型、昂贵的实验室产品到如今的消费级产品，其发展历程与计算机非常相像。根据《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》（教高函〔2018〕5号），国家虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。

一、研究现状

虚拟现实技术近年来在国内应用广泛且发展迅猛，目前应用于各行各业的实际生产，例如链家、安居客等知名看房软件上，为了便于买房者熟悉了解房产的户型、结构和装修风格，设有“VR看房”功能，使看房者仅仅运用手机，无须佩戴VR眼镜，便可足不出户地观看房产的内部结构，同时有身临其境的感觉，一砖一瓦尽收眼底。除此以外，虚拟现实技术还应用于职业教育、普通高校中各专业的课程教学，极大地推动了教育教学改革。虚拟现实技术应用于教学，主要以理工类和医学类专业为主，社科类专业较少，这是由于虚拟现实技术能实现场景、环境和操作工具等的虚拟现实，具有很强的实践性，对理工类和医学类专业教学大有帮助，能降低教育成本，减少实验耗材，投入低收效大。例如，北京航空航天大学建立了虚拟仿真实验室用于教学活动；河北大学电子信息工程学院自动化系将虚拟现实技术运用于光伏发电的实验教学中；江苏汽车技师学院将虚拟现实技术运用于发动机的教学；海军军医大学将虚拟现实技术运用于极地特种医学仿真实验；宁夏建设职业技术学院将虚拟现实技术运用于建筑施工工艺课程中；钦州学院将虚拟现实技术运用于陶瓷艺术设计的实验教学中；中南林业科技大学将虚拟现实技术运用于机械类课程的教学中；江南大学将虚拟现实技术运用于突发公共卫生事件教学中；闽南师范大学新闻传播学院运用虚拟现实技术进行传媒体专业教学；苏州市职业大学将虚拟现实技术运用有物联网实践教学。

在园林类专业的教学中，也有少量将虚拟现实技术应用于教学的研究。中科院研究生院研究三维园林景观设计仿真系统；南京林业大学风景园林学院建立了园林虚拟实验室；湖南农业大学园艺园林学院研究风景园林虚拟仿真实验室建设意义及管理；四川文理学院研究古典园林的虚拟仿真建模和动态效果；广西建设职业技术学院研究虚拟仿真技术在园林实训教学中的应用。

二、虚拟技术在园林教学中的应用研究

本学院园林类专业虚拟现实教学，是在园林VR实训室中进行的。初期通过校企合作的方式，借助摩尔空间虚拟技术平台，由校企双方共同开发VR教学课件，每个课件是一个单独的应用程序，分别辅助园林工程实训项目、园林规划设计实训项目、园林植物配置实训项目等三大教学模块。开展教学后，该实训室作为企业在华南地区的示范基地，有序向其他高职院校示范推广VR教学。

图1 园林VR 实训室设备

（一）虚拟技术在园林工程方面的应用研究

以水景施工为例，该实训项目能模拟水景施工。在场景中有一个预设的水池，实训的任务是要给水池安装喷泉水体系统。水体系统包括入水口、出水口、水泵、水管及喷头等，如果存在安装的顺序错误、缺少部件、水管长度不正确等问题，都不能使喷泉动起来，从而在虚拟现实场景中，使学生学习体会水系统制作及安装。在以往传统的园林工程实训中，由于水管等实训材料成本高，无法安排每个学生都能有动手操作的机会，学生参与和体验感不高，导致对这项技能掌握程度有限。但是运用虚拟现实技术，学生可以反复操作实训，无须浪费实训材料。

实训操作中，根据VR课件的指引，安装不同粗细、长度的水管和喷头，实现直线喷泉、蒲公英喷泉等不同效果，从而使学生掌握水景施工技术。具体方法如下：

（1）设备启动。点击WaterscapeDesign应用程序，正对电脑桌面，带戴上头盔，长按开关键激活手柄；进入VR的创作界面，点击水池；进入情景场地，开始创作。

（2）水景虚拟场景观察研究。进入场景后观察四周场地，这个场地方方正正，四面有建筑，其中一面的中央有一个水池。这个水池的结构已经砌筑完成，但还没安装喷泉设备，目前只有一小段入水水管在中间。

（3）虚拟技术实践操作。在水池里面安装水管、喷头等设备，以形成喷泉。大拇指轻触触控板，出现一个圆圈，将圆圈对着水池，再点击一次触控板，瞬移至圆圈位置（水池里面）。右手对着左手手背，出现蓝光时用食指点击，便可以在出现的面板上选择水管。选择其中一根水管，用中指点击抓手将其拖拽出来，放置于水池原来的水管上面，同理安装其他水管进行拼接，随后在不同的喷头类型中选择一种进行安装。如果想要改变已放置好的水管和喷头的状态，将手放置在水管上面至水管出现蓝框，然后点击食指，就会出现“删除”“解锁”及“旋转”；点击“解锁”可以改变水管和喷头的位置，点击“删除”可以删除水管和喷头，点击“旋转”可以对水管和喷头进行旋转。剩下来的水管都可以利用这种方法放置。然后大拇指轻触触控板，出现一个圆圈，将圆圈对着水池外，再点击一次触控板，瞬移至圆圈位置（水池外）。右手对着左手手背，出现蓝光时用食指点击，出现面板时选择“预览”，就可以看到喷泉的景象。

（二）虚拟技术在园林规划设计方面的应用研究

该实训项目能模拟园林名胜古迹的真实场景，有声有色地介绍园林规划设计内容，实现虚拟现实景观漫游。例如，由一位师生戴上VR头盔，进入“优秀园林赏析”应用程序，选择九华山风景区，除了VR头盔上能见到虚拟场景，九华山风景区鸟瞰的场景也同时在大屏幕上呈现。教师可戴着VR头盔讲课而学生在大屏幕上观看。在鸟瞰图的视角中，选择入口位置，即可“站”在入口位置，环绕观察，360度无死角，通过指引，可到达任何角落。如此详细、详尽的视角，其效果是任何图片、视频都无法比拟的！

在园林规划设计传统教学中，由于技术限制，需要老师运用大量的图文制作课件，方可使学生对某座园林有初步的了解，如果学生空间想象能力不足，便无法理解教师的讲课内容，对园林设计原理理解不充足甚至产生理解偏差，教学效率低且效果无法确保。但优秀园林赏析漫游，即可以通过虚拟现实技术在虚拟场景中漫游，这与“VR看房”有异曲同工之妙。具体方法如下：

（1）设备启动。点击molspacex应用程序，正对电脑桌面，戴上头盔，长按开关键激活手柄；进入VR的创作界面，点击优秀园林赏析。

（2）虚拟技术实践操作。进入到景点的选择界面，里面有苏州留园、苏州拙政园、扬州个园、颐和园、九华山风景区等多个浏览的景点，选择要漫游的景点。漫游中根据语音与文字提示进行漫游，并运用园林规划设计原理进行分析，形成实训报告。

图2 九华山风景区优秀园林赏析VR 漫游

（三）虚拟技术在园林植物配置方面的应用研究

该实训项目能模拟真实的园林广场，实训跟随VR课件的指引，根据园林植物配置园林，在广场中配置各种不同的园林植物，实现仿真实训。具体方法如下：

1.设备启动

点击DesignSightPlants应用程序，正对电脑桌面，戴上头盔，长按开关键激活手柄；进入VR的创作界面，点击庭院；进入情景场地，开始创作。

2.虚拟场景观察研究

进入场景后观察四周场地，这个场地方正，四面有围栏，中间的平整的园林广场，可以根据园林植物配置原则在广场中设计植物元素，达到美化与遮阴的效果。

3.虚拟技术实践操作

大拇指轻触触控板，出现一个圆圈，将圆圈对着远方，再点击一次触控板，瞬移至圆圈位置。右手对着左手手背，出现蓝光时用食指点击，出现面板时，就可以选择花草树木，选择其中一棵植物，用中指点击抓手将其拖拽出来，先放置于地面。如果感觉植物体量太大，可以用手对着植物，植物出现蓝色框时，同时用左右手的中指一起进行缩小，这样一株植物就放置好了。其他的植物或园建等都可以利用这种方法放置。做好之后进行保存，点击“保存”，然后点击“返回”，接着点击windows+y键，切换为鼠标，然后点击Windows，关闭页面。

而这部分实训内容，是要建立在植物材料库较优质且数量充足的情况下实现的。该教学模块建设之初，是通过将3Dmax、SketchUP资源库中的大量优质模型，转化到摩尔空间软件来实现素材制作的，通过这种转换，降低了VR模型制作的工作量，事半而功倍。

三、虚拟现实技术在园林类专业中的作用

（一）提高教学效率

相关机构的研究结果表明：使用文字或图片，教学效率约为10%；使用多媒体等复合媒体教学形式教学效率约为30%；使用虚拟现实技术这种高沉浸的媒体进行教学，教学的效率则达到70%。上面提到的九华山风景区优秀园林赏析漫游教学内容，若是用传统的PPT课件教学，起码要200张图片加2000字的说明才能形成比较详细的教学内容，这样一对比，可见虚拟现实技术可以大幅提高教学效率与学习效率！

（二）降低教育成本

将虚拟现实技术用于实验教学中，将一部分实验用虚拟现实技术的方式代替，可以降低目前实操的成本。在教育实践过程中还会遇到各种稀缺资源，比如园林类专业的钢结构资源，不是每一个学生在每个阶段都有充足的资源可以使用。虚拟现实技术教学则可以在实验过程中将不可逆的问题通过虚拟现实技术进行反复的操作并进行实验操作体验和数据分析。

（三）避免实训操作的风险

在体验式教育教学过程中，会有很多有危险性的体验与操作，比如园林教学中有很多涉及施工的过程中遇到大型机器、接电等，属于高危险性，用VR的方式进行实验则可以避免园林实践教学中的安全风险。

（四）提高学生学习兴趣与动力

VR的沉浸感、临场感和趣味性，可以将枯燥乏味的知识以生动有趣的方式呈现，加上学生天生对高科技的青睐与追求，大大提高了学生学习的积极性，激发了他们的探索潜能。

四、结束语

园林类专业教学的发展是从单一媒体到复合式媒体，再到交互式的复合媒体，伴随着虚拟现实技术的发展，园林类专业教学将引入高沉浸式VR媒体的新方法。园林类专业教学经过多年的发展，已经达到了一定的阶段，但是虚拟现实技术教学还处于较为初步的阶段，存在一定限制发展的因素。展望未来，通过将园林类专业教学内容与虚拟现实技术的深度融合，将强有力促进园林类专业教学改革，具有广阔的应用前景。