增強現實技術（AR）在環境設計教學中的研究與實踐

沈寶楠 (大連藝術學院 116600）

增強現實技術（AR）在環境設計教學中的研究與實踐

沈寶楠 (大連藝術學院 116600）

增強現實技術（AR）新技術廣泛應用的背景下，探究適合環境設計專業的教學模式，是與時代接軌，與社會發展相匹配的需要，也是高等教育單位和從事高等教育的教師社會責任感的重要體現。這種高新技術運用到環境設計專業的教學模式改革和探索，依托于高校多年的實踐經驗和教學案例，不僅僅是從理論上對教學方法和模式的探討，更是從社會需求和實踐出發，培養出社會發展所需要的專業人才。

增強現實;環境設計;教學方法;實踐

一、現實技術使用現狀分析

當前環境設計教學的現狀是各個大學之間區別不大，表現在缺少實踐教學的特色，引進新技術輔以教學，能夠從根源上改善當前的現狀，這也成為當前一線教師重點研究的方向和課題。

增強現實的起源可以追溯至現代計算機技術的誕生，但與當代設備相仿的第一個原型機是著名計算機科學家、圖靈獎獲得者伊萬·薩瑟蘭（IvanSutherland）發明的頭戴式顯示器。1968年，作為哈弗大學電氣工程副教授的薩瑟蘭發明了名為“達摩克利斯之劍”的頭戴式顯示設備。整套系統將顯示設備放置在用戶頭頂的天花板，并通過連接桿和頭戴設備相連，能夠將簡單線框圖轉換為3D效果的圖像；從2014年增強現實技術（AR）技術的興起，微軟公司于2015年1月22日發布的HoloLens全息眼鏡，引入到中國后進行實踐應用表明，增強現實技術不僅是一個演示載體，它還是一種設計工具。它以視覺方式反映了設計師的思想，例如房屋裝修前，設計師首先對房屋結構做仔細測量，根據客戶所要風格進行構思，還需要使用CAD設計圖紙對空間進行量化，當然這些專業的圖紙只有專業人士能讀懂，增強現實技術可以把設計師的構思轉換能夠讓客戶看見的虛擬物體和現實環境結合后的場景，使之前只能借助傳統的3DMAX設計模式提升至即看即感受的數字化空間視覺效果，有效的提高了設計和規劃的質量與效率。運用增強現實技術，設計師完全可以按照自己的構思去設計真實的空間，并且可以隨意改變空間中的觀察位置，去查看設計的效果，直到滿意為止，節約設計成本和設計時間。

國內增強現實技術輔助環境設計教學實施現狀：上海工程技術大學引入該技術輔以教學，由于AR設備昂貴，國內大多數高校還沒有引入該技術。

二、擬解決的關鍵問題

1.AR技術引入課程范圍界定

選用AR技術教學法的目的是系統有效地將枯燥難懂的理論轉化成直觀的范例展示給學生，并將學生在實踐項目主體地位發揮到最大，充分調動學生的創造性。此時，教師在對項目的種類和難易程度的選擇，以及實際項目與理論研究方向的契合度，成為AR技術使用的關鍵問題。要根據學生的素質和專業水平，教師隊伍的組成和研究方向以及學院的教學資源綜合考慮。

2.AR技術中軟硬件的銜接

初始階段要解決的關鍵問題是AR硬件設備與虛擬模型之間的連接，也就是說開發一種或者引入一種可以將3D軟件做出來的虛擬的模型轉化為可以讓AR硬件設備使用的轉換插件；這一插件可以是AR設備商提供，也可以是自行開發的插件，要達到這一目的，需要外聘一到兩名與此相關的程序員或者是委托程序編寫公司進行編寫。插件的使用需要相關課程的一名任課教師進行學習，由這名教師把插件和AR設備的使用方法傳授給其他相關教師。

三、方案的實施

1.建立增強現實技術工作室

環境設計專業傳統的課程設置可分為：大一開設環境設計理論基礎課程，大二開設環境設計專業基礎課程，大三開設環境設計專業方向課程，大四進入實習階段與畢業設計階段。雖然課程設置與理論知識的強調非常系統與全面，但重視課堂教學忽視實踐教學這一點不可否認，即使有實踐教學項目也多是采用項目模擬來完成教學，很多實踐沒有得到落實而流于形式。環境設計人才培的養目標應實施的立足點是在課程實踐體系建立之上，要培養應用型人才，就得重點構建應用型人才培養課程實踐體系，減少理論課時，增加實踐環節課時，設立增強現實技術環境設計工作室。試驗室的設立應根據環境設計專業方向與就業點設置，如室內項目工作室，景觀項目工作室，陳設工作室，裝飾材料工作室等。各工作室要聘請增強現實技術專家與本專業教師一起承擔教學任務，在教學中，以校外實踐基地企業的實際項目實踐為主。

2.建設增強現實技術數字化表現課程

區別于傳統的數字化表現方式，增強現實技術輔助環境設計更增加了所表達的實際信息。不同環境設計項目的實際情況多有不同，但實際的信息有著更多的關聯性，讓學生能夠更多思考與實際設計相關的問題。增強現實技術輔助環境設計在計算機和輔助設備快速運算的信息表現下，將會使學生更便捷和主動地發現問題，解決問題。經過運算的直觀互動與快速表達，使增強現實技術不同于傳統的數字化表現設計方式，讓數字化表現輔助設計更好地為學生創新服務。

在傳統環境設計教學時，無法實時觀看設計在空間實施的情況。基于增強現實技術開發出來的空間設計動態教學項目系統，可以在增強現實設備上實時顯示設計，學生可以借助設備實時更改空間中的虛擬物品。空間虛擬物品可根據學生的設計理念實施標記，實時控制，及時適應空間設計的目標。

四、教學實踐的意義

從環境設計專業人才培養的教育教學方法上講，環境設計專業本身是需要大量的實踐項目來作為教學范例支撐，但因為項目資源的地理位置和出行安全等多方面因素的考慮，經常帶學生外出進行施工現場考察時不現實的，把增強現實技術（AR）技術引入到教學中，不僅能夠解決以上的問題，還能夠讓學生更早的適應和進入市場，為迎接未來挑戰打下堅實的基礎。

[1]沈克，蔣建國，彭太樂.基于增強現實的人機物理交互仿真系統研究[J].計算機仿真，2008（4）.

[2]鐘慧娟，劉肖琳，吳曉莉.增強現實系統及其關鍵技術研究[J].計算機仿真，2008（1）.

[3]涂子琰，孫濟洲.增強現實技術的應用和研究[J].計算機工程與應用，2003（12）.

[4]王涌天，劉越，胡曉明.戶外增強現實系統關鍵技術及其應用的研究[J].系統仿真學報，2003（3）.

[5]齊越，馬紅妹.增強現實:特點、關鍵技術和應用[J].小型微型計算機系統，2004（5）.

沈寶楠，男，1983年2月生，漢族，碩士，現任職于大連藝術學院藝術設計學院，研究方向：環境設計數字化表現。