探析虛擬現實技術在室內裝飾材料及構造課程中的重要作用

室內裝飾材料及構造課是環境設計藝術專業的基礎課，由于這門課程具有較強的實踐性，傳統的“以教促學”的學習方式，教學難度系數增大。計算機輔助教學的引入，彌補了傳統教學所不能達到的許多方面， 虛擬現實通過營造“自主學習”的環境，學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式，三維的展現形式必然使學習過程形象化，學生更容易接受和掌握，虛擬現實應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。本文側重分析概括了虛擬現實在室內裝飾材料及構造課程中的作用。

室內裝飾材料及構造課程是環境設計藝術專業的基礎課，集藝術性、工藝性、科技性于一身。由于這門課程具有較強的實踐性，但是傳統的“以教促學”的學習方式，單純的依靠書本、教師授課的形式講授這些知識，學生接受知識點時會覺得過于抽象、枯燥乏味、學習興趣不高，教學難度系數增大。計算機輔助教學的引入，彌補了傳統教學所不能達到的許多方面， 虛擬現實通過營造“自主學習”的環境，學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式，三維的展現形式必然使學習過程形象化，學生更容易接受和掌握。許多實際經驗告訴我們，學生可以在實際的動手操作中得到更深的體會，做比聽和說更能接受更多的信息。

真實幻覺（Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真）是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。 在表現一些空間立體化的知識，如架空木地板的結構、干掛石材的施工過程，不同材料的加工制作過程，三維的展現形式更加直觀，學生更容易接受和掌握。

虛擬現實特征

1.多感知性

所謂多感知，是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、運動，甚至包括味覺、嗅覺等感知。理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。

2.浸沒感

又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創建的三維虛擬環境中，該環境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現實世界中的感覺一樣。

3.交互性

指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度（包括實時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺到物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

4.構想性

強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。

虛擬現實應用在室內裝飾材料和室內裝飾構造課程中的作用概括起來有下幾個方面

1.教學體系的系統性增強

根據當前教學與實踐的需求，使學生能夠掌握并能有效地運用材料的選擇、構造設計及施工工藝為學生打下良好的專業基礎。因此，室內裝飾材料及構造課程是教學中必不可少的單元教程。裝飾材料課程著重講授材料的特點和性能，而裝飾構造課程側重講授構造原理和施工工藝，學生在掌握材料特性的基礎上再進一步學習裝飾構造的知識，使學生不但能夠知其然更知其所以然，教學體系的系統性得到加強。例如木地板，按照木質的種類與顏色有紫檀木、柚木、花梨木、櫻花木、金檀、山毛櫸、楓木（顏色由深到淺），利用圖像技術可以非常直觀的體會到這些材料的顏色與肌理，利用虛擬現實技術的多感知性對于不同的木材我們甚至可以產生不同的觸覺感受，從而加深我們對于材料特性的理解。對于潮濕的地區根據木質特點選擇紫檀木、柚木、紅檀香比較適合，但是如果考慮造價，紅檀香的單價頗高。木地板按照構造方式可分為空鋪、實鋪和粘貼三種，其中空鋪和實鋪這兩個知識點可以運用虛擬現實技術實現三維動態詳細的展示，對于學生而言動感的頁面較之靜態頁面更加具有吸引力，三維的引入，必將造成新一輪的視覺沖擊，有效地提升學生的注意力和學習興趣。從材料的表面特性到最后如何施工及不同的工藝做法都可以通過虛擬現實技術得到展現，方便學生系統地掌握材料及構造，也加強了教學體系的系統性。

2.實踐的現實性增強

利用虛擬現實技術可以將理論知識迅速轉化成實用技術，虛擬學習環境虛擬現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境，提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學生學習知識的過程。親身去經歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動的灌輸，有本質的差別。

（1）節省成本

通常我們由于設備、場地、經費等硬件的限制許多實驗都無法進行。例如真實的裝飾材料具有一次性的特點，我們進行實驗就需要大量不同材料，而且無法反復操作，設備的重復操作、維修和折舊費用，場地的使用維護費以及材料的經費等這些硬件條件限制了裝飾材料及造課程的實驗。而利用虛擬現實系統，學生足不出戶便可以做各種實驗，獲得與真實實驗一樣的體會。在保證教學效果的前提下，極大的節省了成本。

（2）規避風險

真實實驗或操作往往會帶來各種危險，利用虛擬現實技術進行虛擬實驗，學生在虛擬實驗環境中，可以避免學生在施工現場或是操作工具不當所帶來的人身傷害，可以放心地去做各種實驗。例如天然石材和人造石材特性的比較我們可以通過在實驗室里操作完成，在真實的石材加工環境里噪聲大、粉塵多等對人體健康不利的因素在虛擬實驗環境中我們可以有效地避免。

（3）打破空間、時間的限制

利用虛擬現實技術，可以徹底打破時間與空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學生都可以進入這些物體的內部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現實技術，可以在很短的時間內呈現給學生觀察。例如，一個完整的工程案例現實操作要幾個月甚至更長的時間，而且學生必須到施工現場才能夠看到材料的構造及施工過程，而虛擬技術在一堂課內就可以實現，有效地打破了時間和空間對于學生學習和了解材料及構造的限制。

3.知識體系的更新性增強

利用虛擬現實技術建立起來的虛擬實訓基地，其“設備”與“部件”多是虛擬的，可以根據隨時生成新的設備。教學內容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發展。同時，虛擬現實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環境中去，這非常有利于學生的技能訓練。例如玻璃在建筑裝飾工程中的運用可以分為：玻璃幕墻、鏡子、玻璃家具、鑲嵌玻璃、浮雕玻璃、彩繪玻璃、中空玻璃、吸熱玻璃、熱反射玻璃、變色玻璃、特厚玻璃、弧形玻璃、吸音玻璃、泡沫玻璃、空心玻璃磚、玻璃馬賽克、槽型玻璃，但是市場上出現了陶瓷玻璃、玻璃微珠、憎水玻璃、熱熔玻璃、LED玻璃等新型玻璃，這幾種新型材料及構造知識可以輸入系統里，學生可以反復操作，直到掌握了新材料的特性和施工工藝為止。

4.增強學生的創新性

裝飾材料是設計的物質載體，使用者感知設計者的意圖是通過空間的組織形式和材料語言，虛擬現實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具，它以視覺形式反映了設計者的思想。比如設計之前，設計者首先要做的事是對房屋的結構、外形做細致的構思，為了使之定量化，還需設計許多圖紙，虛擬現實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往只能借助傳統的設計模式提升到數字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計質量與效率。運用虛擬現實技術，設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，材料可以根據構想進行調換，去觀察設計的效果，直到滿意為止。既節約了時間，又節省了做模型的費用。

設計意圖最終是通過材料的肌理和色彩與空間造型的有機統一表現出來的，對于材料應用的創新極大的影響了設計水平。利用虛擬現實學生可以針對同一部位同一造型運用不同的材料進行替換，或是同一材料在不同造型不同部位的應用，以及不同材料之間的組合應用，這樣有利于學生對于材料應用的創新，從而提高設計水平，這些在現實材料課程教學中不可能實現但是對于學生至關重要的模擬操作在虛擬現實平臺都可以實現。

虛擬現實應用于教育是教育技術發展的一個飛躍，知識體系的連貫性使得教學體系的系統性增強；生動、逼真的學習環境使得實踐的現實性增強，將理論知識快速轉化成實用技術；知識體系的快速更新使學生能夠掌握最新市場信息，使學生感覺到知識的時代性增強；對于材料及構造細節的把握有利于增強學生的創新性，體會不同的材料和造型語言的關系，從而提升設計的品質。

作者簡介：呂奇達，女，內蒙古工業大學建筑學院講師，主要研究方向為地域性室內外環境設計。

孟春榮（1974-），女，內蒙古工業大學建筑學院副教授，主要研究方向為地域性室內外環境設計。

基金項目：內蒙古工業大學科學研究項目《室內環境設計領域中虛擬現實技術的應用研究》項目批準號（ZD201315）。