虛擬仿真實驗教學平臺在建筑設計教學中的應用分析

葛碧霄

[摘 要] 介紹了虛擬仿真概念，總結了虛擬仿真實驗教學平臺的發展概況及未來趨勢，分析了虛擬仿真系統的特點，結合建筑設計教學的特征，分析了虛擬仿真實驗教學平臺在建筑教學領域包括課程教學和實驗實訓教學等方面的應用。

[關 鍵 詞] 虛擬仿真；建筑設計；實驗教學

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）13-0273-01

虛擬仿真，是指利用計算機生成三維動態實景，對現實世界或設計構想的世界進行視覺、聽覺及觸覺等多通道重現。虛擬仿真實驗教學平臺則是一套基于虛擬仿真技術的由顯示系統、數據捕捉采集系統、數據處理系統、交互控制系統等子系統組成的用于師生實驗教學的大系統。其具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）和構想性（imagination）的特點。

一、虛擬仿真實驗教學平臺的發展概況及趨勢

虛擬仿真技術在設計行業，目前主要應用在建筑規劃設計、城市規劃設計、景觀園林設計、房地產應用、名勝古跡虛擬等領域[1]。同時在高校教學中，虛擬仿真實驗教學平臺也獲得了越來越多的應用。該系統在國內已在食品工程、工程力學、醫學、城市規劃、建筑學、風景園林、機械工程等學科領域展開應用。虛擬仿真實驗室發展迅速，教育部在2015年已在全國范圍內遴選出100個國家級虛擬仿真實驗室，范圍涵蓋了北京大學、清華大學等雙一流高校及其他一些高水平高校。

在未來隨著計算機技術的發展以及互聯網帶寬和5G等通信技術的開發，信息的計算和傳遞效率將大大提高，可以預知，虛擬仿真系統的開發平臺和圖像生成處理系統將從客戶端消失，取而代之的是云計算模式，即圖像的計算生成將在服務供應商的服務器中完成，然后通過網絡發送到客戶端，從而使虛擬仿真系統體積小型化、安裝簡易化、使用靈活化、建設難度降低[2]。

二、虛擬仿真實驗教學平臺在建筑設計教學中的運用分析

（一）課堂教學

課堂教學是建筑設計教學的主要內容，課堂教學結合虛擬仿真教學平臺，可以使所授理論知識更加形象生動，提升課堂教學的維度。主要包括如下課程：

1.中外建筑史

中外建筑史知識體系中的理論知識和史料較多，在傳統建筑史教學過程中，教師只能通過圖片和抄繪來幫助理解，但這種信息傳達方式不夠立體，學生在學習時還是如霧里看花，也提不起學習興趣。

在建筑史教學過程中引入虛擬仿真實驗教學平臺，充分利用該系統的特性，通過前期對建筑史中中外各代表性建筑的數字化建造，使師生在課堂內即能夠“身臨其境”，系統和連貫地學習建筑史內容，更重要的一點是可以從更高的維度了解和掌握建筑史中的知識，并提升學習興趣。

2.建筑構造

建筑構造在教學過程中也面對相似問題，利用虛擬仿真教學系統則能夠使知識的傳達立體化，有助于學生的理解。例如，建筑構造中一些構件是如何搭接的，再如斗拱、椽等傳統木結構建筑中的復雜構件各零件之間是如何銜接的等，都可以通過虛擬仿真教學系統再現搭接過程，實現教學的動態化、立體化、多維化。

3.場地設計

在場地設計的教學中面臨一個新的問題，即受到學校所在地區地形限制，場地設計時無法實地感受多種多樣的場地類型，典型如平原地區的高校在做場地設計時將很難實地感受山地類型的感受，這也對課程的選題造成了一定限制。而虛擬仿真實驗教學平臺可以通過數字建模模擬各種類型的場地，并利用自身浸入式的特性，使師生更立體地感受不同的場地類型。

（二）實驗實訓教學

建筑學的實驗實訓教學可以歸納為兩方面——模型搭建和建筑物理實驗。

1.模型搭建

在許多高校建筑學的課程體系中，實體模型的搭建都是重要一環，相較于利用Sketchup、犀牛等三維建模軟件，學生通過實體模型的搭建可以更好地感受作品的空間組合和建筑的比例尺度。但實體模型制作者和觀察者始終是從“上帝視角”來審視作品，還是無法達到“人視點”觀察的真實性和直觀性。虛擬仿真實驗教學平臺融合了數字模型和實體模型的優點，既能快速建模，提供“人視點”的觀察視角，又可身臨其境浸入式體驗建筑空間。

2.建筑物理實驗

由于學校教學條件的限制，許多建筑設計實驗，像天然光導光系統和全年采光實驗、高層建筑玻璃幕墻沖擊波防護實驗等是無法現實完成的。通過虛擬現實技術的應用，可以有效解決建筑設計實驗條件無法滿足實驗實訓的矛盾。

三、結語

虛擬仿真實驗教學系統是基于計算機技術、互聯網技術的現代高科技產物。未來隨著該系統的繼續發展，建筑設計教學必將發生革命性的變化，教學將變得更加直觀、立體，互動性更強，學生學習興趣也將大大提高，培養更多優質的建筑設計人才。

參考文獻：

[1]沈旭濤.數字建筑不朽之城：議虛擬現實技術在建筑設計領域的應用[J].四川建筑，2006（3）：42-43.

[2]游麗.虛擬現實技術在建筑設計教學領域的應用[D].四川師范大學，2010.

[3]黃思程.虛擬現實技術在建筑設計教學領域的應用分析[J].考試周刊，2017（83）：23.