基于虚拟现实技术的高校景观设计课程沉浸式教学实践研究

陈敏 顾凤霞 程立诺

[摘 要]高校景观设计课程教学中，对学生的空间感知、预设及组织能力的培养非常重要，沉浸式教学有助于调动学生积极性，提升感知功能，获取更好的空间感知。文中介绍了虚拟现实技术在高校景观设计沉浸式教学中的应用情况，并结合景观设计课程特征对虚拟现实技术的建模功能、人机交互、信息储存与数据处理、系统应用等方面作了较细致的分析，还探索了虚拟现实技术在景观设计课程教学及工程实践中的应用前景。

[关键词]虚拟现实技术；景观设计；沉浸式教学

现实中景观设计的活动穿插在生活工作的各个领域，从家居到休闲，从工作到学习娱乐，但凡承载内容实物的载体，必然涉及空间概念，需要组织与充实空间的要素，关联景观环境的内容。景观设计的主要任务是对场所的空间环境要素合理组织，需做到相地合宜，构造得体。因此，场所的环境要素比例及总体构成关系非常重要。在景观设计课程学习中，对要素的色彩、质感、形态、比例等综合感知及预设能力的要求很高，沉浸式教学可以充分调动学生的五感认知，发挥空间场景的综合体验作用，是提高学生专业实践能力的有效途径。

一、景观设计课程的传统教学方式总结

景观设计课程的传统教学方式可按照课堂开设形式分为静态理论教学与课程设计、实践教学等形式。

（一）静态理论教学

静态理论教学以课堂传授为主，通过师生互动及图形影像呈现等方式引导学生进行空间感知，学生需要通过视、听、模拟，跟随教师的思维引导去感受空间场所的特征，结合日常观察经验对实际场景空间的组合、尺度、比例等进行认知。课堂效果取决于教师传授的能力与学生学习的能力，现代多媒体教学的推广普及，实现了大量图形图像、影音文件、海量案例等的呈现与展示，让学生可以在课堂上获取大量素材信息。但大量信息的输出需要学生快速的识读理解力与高度的集中注意力方能取得输出与接收的有效转化，事实上，高效的课堂教学很难实现“教－学”对等的效果。虽然学生通过课堂笔记、摘录及教师课前导读等记录信息可以在课后巩固中达到较好的学习效果，但受制于学习的时效及学生自觉性等因素，部分学生对课堂知识信息的掌握无法实现教学期望效果。同时，静态理论教学中通过图形影像、举例说明、演示等间接方式进行景观空间场景描述与解释的方式，很大程度上依赖教师的语言及辅助表达，以及学生的理解能力与空间想象力，使得教学效果呈现差异化。

（二）课程设计与实践教学

课程设计结合课堂理论教学知识进行设计任务实践，培养学生识图、画图能力，使学生具备对相应主体的空间进行环境改造、空间组织及功能营建的能力。通过景观设计方案表达，指导实践空间场景营建，具备由图纸到真实空间的能力，即理论到实践的能力。

实习实践课程是直接进入真实景观环境空间，通过观察工程成果、跟踪工程进度、体验景观空间以及参与工程实习等获得实践认知，从实践到理论，进一步学会和掌握景观环境设计的营造设计方法与工程实践技术。

景观设计课程目标要求学生具备一定的工程实践经验与方案表现技能，将理论与实践相结合。工程实践经验受办学理念及实践条件影响，在课时和深度上表现不一，因而学生专业实践能力差异较大。

二、虚拟现实（VR）技术与景观设计课程的沉浸式教学实践探索

沉浸式教学丰富了传统的师生互动形式，将传统以教师讲授为主的课堂转变为以师生互动及学生的体验为主，关注学生兴趣点，强调师生共同探究学习感受，提高学生学习的自主性与创新性，营造活力生动的学习氛围[1]。

随着计算机技术的发展及图形图像技术的应用，虚拟现实（VR）技术将空间信息模型组合到虚拟场景中，模拟现实环境。师生可以通过人机交互进入场景空間，沉浸式体验场景建构的各要素，以此完成对空间的组合、尺度、比例认知，一定程度上改善了传统理论课堂教学体验缺失的现象，增加了沉浸于场景的体验感。

（一）虚拟现实（VR）技术在景观设计课程中的应用

虚拟现实（VR）技术与沉浸式教学理念相同，具有内在的耦合性，有利于提升教学的沉浸性、互动性和体验感，提高学生学习自主性和能动性，帮助学生更好地认识所学领域的技术体系和行业格局[2]。

景观设计课程应用虚拟现实（VR）技术进行的沉浸式教学，包括虚拟场景模型建立、场景编辑与信息植入、人机交互、方案检查、学习小组、方案讨论与修改、课外学习等内容。

1.虚拟场景模型建立

景观设计的虚拟场景模型包括两类：第一，经典案例场景模型。将古典园林、优秀景观方案等进行复原建模，按照实际空间要素建立场景内容，再利用虚拟现实（VR）技术执行人机交互活动，实现远程沉浸式赏园游览。第二，学生作业场景模型。景观设计课程设计任务中，学生设计的空间模型，导入虚拟现实软件进行后期景观要素的组合，完善、完成完整的设计方案。同时，由于设计者头脑中的预设是通过平面绘图、模型建立等方式进行表达，以图纸的形式呈现的，无法直观验证方案建设的实际效果[3]，所以通过虚拟现实交互进入设计的模型空间，可以亲身体验、检查方案整体合理性、要素组织与空间尺度关系、构造是否合宜等。运用虚拟现实（VR）技术搭建方案场景，建立虚拟现实（VR）场景模型，一方面让学生熟悉与掌握虚拟现实技术，完成课程任务，并通过深入沉浸式场景直接感受场景的空间特征、要素组织与空间尺度关系，获取更加真实的空间体验效果。另一方面，虚拟现实（VR）的交互模式及“互联网+”的多元包容模式，也为学习小组提供了空间设计的沉浸式讨论环境、实现方案的互相检查验证、便于及时更新修改。当然，学生课程任务完成的优秀场景模型，通过数据整理存档后也可以作为后辈学生学习的案例模型资料。

总体上，进入虚拟场景空间，可实现多维度浏览与感官体验，有利于提高学生自主学习的能动性，为课堂信息处理与知识消化提供补充。另一方面，已经建立的经典案例模型，不受现场参观的距离、时间、天气等外部条件的限制。对于因空间、距离等阻力因素而造成的可达性难题，虚拟现实（VR）技术的场景重现可为现场实习、观摩等教学工作起到辅助补充作用。

2.场景编辑与任务植入

已经建立完成的场景模型，在教学使用中可以根据课程内容、学生情况、线上线下需求等进行场景的编辑与任务植入。例如：虚拟现实（VR）场景可以快速切换全景、鸟瞰、人视角等多视角画面，根据浏览需求，可通过符号信息进行空间浏览引导，切换不同视角、浏览速度等进行观摩体验；通过置入音频、影视、文字等信息解释景观要素构成、场所背景，传递相关知识等；通过结合景观设计不同课程特点进行针对性任务植入，学生进入场景，通过任务引导完成自学过程。

3.互助自主学习模式

虚拟现实（VR）场景可基于数字孪生技术平台，实现学生个人以及学生之间、师生之间的可观摩、编辑、云交流等开放包容形式，让教与学呈现多维度沉浸式交融。从模型空间建立、场景营造、知识内容植入、到虚拟现实（VR）交互，耦合景观设计各类课程内容与教学形式，能够适应自由、多样的人际交往与学科交流，有利于建立互助自主的学习模式。

（二）虚拟现实（VR）技术应用与高校专业培养模式之间的融合持续关系探索

高校专业培养的传承与连续性特征，正好发挥了这种互助自主学习模式的时序效应。通过初期的经典案例场景学习，让学生在沉浸式学习认知中通过人机交互，融入视觉、听觉及空间实体的尺度感知体验，更加全面地理解景观环境认知内容，獲得景观环境设计实操能力，掌握方案设计、模型建立、场景营造与编辑的能力，完成优秀场景模型的制作。这些优秀场景作业通过数据资料整理存档，又可以作为后面学生专业学习的沉浸式教学案例，以此形成数据的积累与资料升级，使教学与专业培养完成内循环模式，也为不同高校专业风格的建立与延续，优势发挥与成长奠定基础。当然，虚拟现实（VR）技术对景观空间的场景容纳能力，也为景观设计的教学积累了优秀案例数据，成为课内外沉浸式教学的重要素材。

虚拟现实（VR）技术以信息传导与模拟场景进行人机互动，打破了传统课堂的空间限制，使得课程学习不受学时与空间的约束，通过交互工具即可进入VR场景体验学习。课堂知识与观摩体验的实时衔接，有效改善了传统人才培养过程中理论课堂与实践教学拆分脱节的现象。虚拟现实（VR）技术结合互联网平台，将优质课程的资源共享，推动线上线下混合式教学的发展，符合国内高校开放共享的人才培养环境。

三、虚拟现实（VR）技术与景观设计中计算机应用技术之间的衔接互补关系

（一）虚拟现实（VR）技术的应用兼容整合了景观设计各环节的计算机辅助工具

在传统的景观设计任务中，设计者需要在对应的软件工具中来回切换完成设计图纸及影音文件等输出，解决不同类型的文件格式转换及软件兼容问题。为便于传输交流，每个专业内部形成一套默认的工具系统，但很多大型工程项目涉及多专业协作，信息与文件的对接需要增加格式转换的工作，甚至需要开辟软件通道。虚拟现实（VR）技术的应用基于现代计算机技术应用基础，智能VR能兼容不同硬件和操作系统平台，打破专业壁垒，让工程实践更加开放包容。随着计算机联网技术、远程互动协作等技术的成熟，景观环境设计领域的团队协作、云端互动等经验也更加普及应用到工程实践中。虚拟现实（VR）空间中接近现实实体的场景内容，只要通过视角与文件类型的选择即可完成场景照片、影音、动图及影视化全景故事集的快速生成，简化了设计成果的输出，提高了设计出图效率。

（二）虚拟现实（VR）技术丰富了传统计算机辅助设计工具的动态和维度

虚拟现实（VR）技术不仅能打造更具真实性的场景内容，如真实空间的景观要素尺度、位置关系及多维观察角度，而且结合计算机大数据储存与运算技术，更能让场景信息超越现实空间的限制，实现时空的流动叠加，为景观环境设计实践提供多维空间、多维时间的设计创作与呈现[4]。如：景观要素中建筑要素在虚拟场景中可实现由轮廓空间到内部结构的展示；植物要素可以实现植物的四季更替表现；水环境的物候变化；天象气候的一键切换及晨昏午夜的光影变幻等。在元宇宙的概念下，虚拟现实（VR）技术甚至可以打破现实建设技术的壁垒，实现时空的穿越，打造平行时空等次元空间，让景观环境设计突破空间壁垒，设计者亦从中获取更加丰富的想象与自由创造力。

（三）虚拟现实（VR）技术与景观环境工程实践的全周期运营

虚拟现实（VR）技术的应用结合互联网的强大数据储存与信息处理能力，开放包容的互联网环境，让景观环境工程实践的持续运营与跟踪记录更加完善。景观设计与数字技术结合构建的从理论、方案、工程实践到场景维护的全周期跟踪模式，完善了景观信息模型，拉近了高校专业人才培养与社会工程实践的距离。随着国家建筑领域BIM（Building information modeling）技术应用的完善，建筑信息模型（BIM）、城市信息模型（CIM）、景观信息模型（LIM）将更加综合应用到现代工程建设管理实践中。

结束语

景观设计课程对空间素养的要求，专业实践的目标，为虚拟现实（VR）技术提供了充分的应用条件及操作环境，打破了传统师生教与学的局限，形成师生互动学习、生生互动学习的多重教-学模式，提高了学生的学习效率。虚拟现实（VR）技术支持线上线下的自主交流学习方式，让课程教育学习可以打破时空限制，通过人机交互实现真实空间感知，推动了景观设计课程的沉浸式教学实践，也为现代工程建设管理中景观信息模型的建立与应用提供了实践认知与应用准备。虽然虚拟现实（VR）技术还不能完全模拟现实空间的一切感官体验，但随着科学技术的进步，计算机场景体验将会越来越接近真实空间感受。

参考文献

[1]张烨.VR虚拟现实技术在高校环境设计专业景观设计课程实践教学中的创新应用[J].建筑与预算，2020（10）：35-37.

[2]刘耿哲，刘小文，勾昭元.基于虚拟现实（VR）/增强现实（AR）技术的未来建筑空间场景设计：以宾大Simon Kim教学作品为例[J].建筑与文化，2022（8）：34-36.

[3]曾克明，曹国媛.基于VR虚拟现实技术的建筑设计课程教学研究[J].中外建筑，2019（9）：82-84.

[4]朱珂，张莹，李瑞丽.全息课堂：基于数字孪生的可视化三维学习空间新探[J].远程教育杂志，2020，38（4）：38-47.

作者简介：陈敏（1979— ），女，苗族，湖北恩施自治州人，山东科技大学，讲师，硕士。

研究方向：景观设计，智慧建造。

顾凤霞（1978— ），女，汉族，山东菏泽人，山东科技大学，讲师，博士。

研究方向：区域规划，地理信息系统。

程立诺（1977— ），女，汉族，山东烟台人，山东科技大学，讲师，硕士。

研究方向：城市设计，乡村振兴。

基金项目：2020年山东科技大学“群星”计划“基于沉浸式教学的空间设计表达及虚拟仿真实践研究”。