虚拟现实技术应用于园林专业教学的探索与实践论文

　　摘要：在论述虚拟现实技术应用于园林专业的可行性和必要性基础上，明确了虚拟现实技术在园林专业教学中的作用，并简要说明了搭建虚拟现实教学平台的技术路径和实现效果，经过实践总结引入虚拟现实技术的教学成效。
　　关键词：园林；虚拟现实；教学
　　Abstract：ith analysis to the practicability and necessity of the application of VRT（Virtual Reality Technology） in Landscape Architecture， the paper confirms the VRT’s function in the teaching of Landscape Architecture， illustrates the technological path and running effect of building the Virtual Reality Teaching Platform and introduces the teaching effect of VRT.
　　Key ords： landscape； Virtual Reality Technology； education
　　1 虚拟现实技术概述
　　随着信息技术的飞速发展，园林行业设计、工程等各类项目已越来越多的与计算机等网络信息技术结合。如园林工程方面的项目管理系统、招投标系统、工程预算造价系统等，园林设计方面的手绘结合的计算机辅助设计的设计制图模式。在本世纪初计算机效果图技术逐步普及，极大提升了设计表现效率并成为设计领域不可缺少的表现手段。随着行业发展，静态的固定视觉效果图已无法满足业主和设计单位的需求，近年来三维漫游动画越来越多的应用在大中型园林设计中。通过相关软件对设计内容进行建模、渲染和后期编辑，形成的漫游动画相较静态效果图更加直观。而近两年随着计算机图形处理能力加速提升以及周边软硬件条件的完善，具有交互参与的漫游技术逐步进入人们视野。相较于传统漫游动画固定路径和单向信息传递的先天缺陷，虚拟现实在交互性和沉浸感方面均具有显著优势。虚拟现实技术是一门综合性信息技术，涵盖了多个学科，主要用在计算机仿真领域，该技术的原理是通过计算机及相关软件对真实环境进行模拟，用户可以利用专用设备沉浸到模拟环境中，从而实现与该环境的交流与感受。
　　2 将虚拟现实技术引入园林专业教学的必要性
　　目前，园林专业教学资源多以教材、意象图片、PPT课件、多媒体动视频等为代表的静态或初级动态的教学资源为主，而教学模式早已由教师主导的单向知识传授模式转变为以学生为主体的项目化双向互动的教学模式，但相对落后的教学资源已很难适应教学模式的进一步改革和发展的需要。此外，园林专业教学受客观条件的限制，教师讲授内容很难全部经由具体实践传授给学生。例如，园林工程教学中涉及大量园林景观和建筑施工，而在现实中很难提供学生逐一参与各类工程实践的机会；园林规划设计课程中教学用设计方案实施的可能性也微乎其微。由于以上客观条件所限，教师实现预期教学效果的难度较大。因此，迫切需要一种可超越时间、空间和资源限制并能重复利用的低成本的教学资源和手段作为园林专业教学和实践的有力补充，而虚拟现实技术的特点正好与之相呼应。
　　3 虚拟现实技术实施领域
　　3.1 设计类课程理论教学方面
　　将园林设计初步、园林规划设计、室内设计等设计类课程中抽象的概念、规范、要求和案例通过虚拟现实进行表现。改以往教学文字+图片的平面静态模式为更易理解的三维虚拟动态环境，为学生提供更加直观的学习体验，进而提升其学习效率和兴趣。
　　3.2 工程类实践课程教学方面
　　对园林工程常见各施工项目分类进行虚拟现实，在虚拟环境中再现工程项目各工序从开工到建成的全过程，并引入交互式界面，用可控的动态影像直观表现施工工艺、材料及相关要求和规范等。使以往部分由于时间、空间以及客观条件限制无法开展的教学实践项目得以在虚拟环境中再现，使学生对工程施工的认识更加具象直观。
　　3.3 园林建筑结构与构造课程教学方面
　　通过虚拟现实将以往教学中较难理解的建筑结构三维数字化，学生可通过不同视角观察分析建筑构造及其主要施工步骤，不仅可以减轻教师授课强度更能帮助学生快速掌握相关知识。
　　3.4 园林及建筑设计方案的虚拟现实分析验证
　　在学生进行设计实践过程中，从方案场地初步分析到最终成稿的全程引入虚拟现实技术，利用接近未来建成实景的虚拟环境分析验证方案。在虚拟环境下，教师与学生置身于—个相对真实的模拟空间，使得园林设计能够突破以往平、立，剖的常规模式，让学生从各个不同的角度直观地面对设计对象，更加深入地研究环境中各设计要素及空间关系、比例，设计出更加完美，更加人性化的方案作品。
　　3.5 虚拟现实资源的网络教学平台
　　将各类课程虚拟现实资源与相应网络课程结合，实现资源共享，使学生可随时随地学习相关知识。
　　4 虚拟现实教学平台的搭建
　　4.1 虚拟现实平台的选择
　　近年来信息技术飞速发展，计算机与各个具体专业的交叉渗透更加深入和全面。园林专业相关软件也由最初的平面辅助设计软件发展到可全程辅助设计表现。园林专业虚拟现实涉及软件的发展已相当成熟，主要包括：AutoCad，SketchUp、3d Max、Photoshop、Lumion、Premiere、Unity3D等。通过分析对比各虚拟现实平台的性能及扩展性，本研究采用Unity3D作为虚拟现实核心实现平台，Unity3D是一个让开发者轻松创建诸如三维视频游戏、景观可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型虚拟现实开发工具，是一个全面整合的.专业虚拟现实引擎，可完全满足虚拟现实在园林专业的应用。 4.2 技术路径
　　1）分析并归纳园林专业相关课程可供虚拟化的所有知识点以及相关课程项目作业内容；
　　2）结合虚拟现实系统软硬件条件，确定各知识点和项目内容的初步场景表现形态，形成该虚拟现实场景构建程序和注意事项；
　　3）建立各场景基础模型、完成材质烘焙，并分析检查场景内容与虚拟现实平台的兼容性；
　　4）将场景模型导入虚拟现实平台，根据教学需要进行编程，完成交互操作和模拟动画功能；
　　5）设计制作系统交互界面；
　　6）对完成的虚拟现实场景进行检查，并进行后期处理以及添加必要文字、配音等工作；
　　7）整合进入教学系统，形成园林专业虚拟现实教学资源库；
　　8）根据网络和浏览器要求，优化教学资源库进行网络发布。
　　4.3 搭建教学平台
　　根据预先确定的技术路径进行教学平台的开发，平台使用操作便捷、易于掌握。
　　5 园林专业教学引入虚拟现实技术的意义
　　5.1 实现学生为主体的信息双向流动的学习模式
　　传统教学视频与一般电影、电视类似，均为信息的单向传递，学生只能被动地接受动画制作者预先确定的观赏内容。即使采用漫游动画由于其线性播放特点，学生也难以精确地切换场景和控制播放进度。通过引入虚拟现实技术，学生可根据自身需要或喜好，随时移动或跳转至指定场景或位置，增加观赏者与漫游场景之间的有效互动。在此基础上，根据场景实际情况加入互动参与功能，如园林夜景中的感应灯光、喷泉流量控制、展示屏幕显示内容控制等，通过丰富的交互功能构建学生与虚拟现实场景间的良性互动。
　　5.2 使教学突破空间和时间限制
　　园林是对物理环境的改造和营建，学生在学习过程中必须大量积累过往各类园林、建筑及其施工等多方面项目经验。但由于课程教学时间相对固定、项目地域分布不集中，为了解决此矛盾部分学校会在多数专业课结束后开设数周的外出综合实习，为学生提供较为系统的学习参观机会。此类实习虽内容全面但时间短、知识量过大且未与相应课程教学紧密结合，教学目标很难全部实现。特别由于课堂教学与实践脱节，学生错过了接受知识的最佳时间段，教学效果不无遗憾。借助于虚拟现实技术，学习与实践同步进行，学习受时间和空间的限制被彻底打破。设计类课程学习与相应虚拟现实案例紧密结合，可直观的为学生提供形象生动的学习体验，使教学效果事半功倍。工程类课程借助于虚拟现实技术，每一步的施工环节、工艺及材料等清晰可见，从而可以最大限度地满足学生的不同需要，学习不受时间、空间的限制。
　　5.3 弥补教学条件的不足
　　园林是人工化的自然环境，是一门基于对实际场地及其空间设计和施工的学科，是对物理及人文环境的营建，因此本专业的教学需要建立在实际环境中。但由于教学场地、设备、经费等客观因素的限制，极少有学校能完全满足园林专业对教学环境和条件的需求。由于条件所限制导致一些课程停留在纸上谈兵的状态，学生对所学知识缺乏亲身体会。通过引入虚拟现实技术，可以极大地弥补这些方面的不足。学生在课堂中便可以直观的体会所学知识，获得与真实环境较为接近的体会，从而增加感性认识，深化对教学内容的理解。同时虚拟化案例教学耗费较少、节省实践教学经费，可以反复进行，有利于从根本上改善和提高教学水平。
　　5.4 提升学生对空间的认识并提高设计和施工准备工作的效率
　　园林规划设计不只是对平面区分，更是对空间和行为的设计。初学园林专业的学生乃至有一定工作经验的设计人员对空间的理解常常不到位，很多学生会将全部精力放在平面图及方案构图上，最终导致方案虽然平面构图很漂亮，但空间设计混乱、缺乏实用性。通过鼓励学生使用虚拟现实技术对所做方案进行三维数字化建模，模拟方案建成的最终效果、分析方案空间合理性。在虚拟三维环境中对方案进行直观的评价和验证，有利于发现设计中的不足并及时优化设计方案，从而锻炼学生空间思维和对尺度把握的能力。
　　此外，园林设计对于环境变化的前瞻性和周围景物的关联性要求很高，在动工之前景必须对完工之后的环境有—个明确的，清晰的概念。
　　6 结束语
　　随着经济社会的发展，行业企业对人才素质的需求不断提升，由此对职业教育也提出了更高的要求。将虚拟现实技术应用于高职园林专业教学，可以优化现有教学观念、突破单一授课模式和教学资源，营造出接近现实的动态虚拟环境，学生通过切身的体验和感受，积极构建属于自己的知识形态。在教学中利用虚拟现实技术，学生可以在计算机模拟环境中开展课程实践，这种教学手段不仅可以直观的展示设计理论、提供方案和工艺的交互探讨界面，更能显著提升教学效率并扩展学生学习维度。通过近两年教学实践探索，本专业学生学习兴趣和学习效果有了明显的飞跃，在学生工作室承揽真实园林设计项目和职业技能大赛方面都取得了显著成果。