虛擬現實技術在景觀設計教學中的運用

葉滿波

（華南農業大學 珠江學院，廣州 510900）

前言

自20世紀90年代以來，計算機輔助設計逐漸滲透我國的設計領域，成為設計以及設計教學的重要手段。于20世紀80年代被提出的虛擬現實技術融合了計算機仿真、人工智能技術、顯示技術等，可以在三維立體空間構造過程中融入感官和直覺。目前，在景觀設計教學中也逐漸開始運用虛擬現實技術，通過計算機模擬現實環境，將更加有利于學生感受景觀模型的構建以及對三維模型的數據分析，在設計的過程中實時且全面傳遞設計對象的信息，使得抽象化的景觀設計變得更加觸手可及、生動形象，幫助學生最大限度地發揮創造性和提高主動性。

一、虛擬現實技術

虛擬現實技術作為一種環境仿真技術，集成了計算機圖像處理、傳感器技術、顯示技術、交互技術等多項科學知識，通過計算機創建三維虛擬環境，使人們可以從視覺、聽覺、嗅覺等體感對三維虛擬空間進行體驗，從而產生身臨其境的感覺①。

虛擬現實技術主要依據環境模擬、通信、交互等幾個方面來衡量。環境模擬是虛擬現實技術的基礎，總的來說即是人類感官（視覺、聽覺、觸覺等）的模擬，三維視覺效果需要配合3D眼鏡、頭盔顯示器等硬件來實現，聽覺模擬則需要較高的保真性與立體性，而目前觸覺的模擬主要通過電子觸覺刺激肌肉來實現，有時需要通過手套等硬件來實現；通信是指虛擬環境中硬件之間以及硬件與體驗者之間的信息傳送；交互是指人與虛擬環境的互動，一個相互反饋的過程。由以上幾個方面可以看出，虛擬現實技術具有交互性、構想性、沉浸性②。使用者可以通過各類應用設備與虛擬環境中的物體進行交互，參與到虛擬環境中的多項活動從而產生身臨其境、沉浸其中的感受。在這個參與過程中，使用者能夠產生較為豐富的聯想，進一步激發了使用者的參與意識以及創造力。

二、虛擬現實技術在景觀設計教學中的應用意義

景觀設計教學是與計算機發展關聯甚密的一類教學，而虛擬現實技術的發展實現了傳統景觀平面設計的3D化甚至4D化。因此景觀設計教學也要緊跟上計算機發展的潮流，將虛擬現實技術引入到教學上，這是極具前瞻性的手段。

首先，虛擬現實技術在景觀設計教學中應用可以滿足學生自身的發展需求。虛擬現實技術在景觀教學設計上的應用可以實現對教學環境的虛擬；可以真實模擬不同施工方案以確定最佳設計方案來制定更加合理的工程施工計劃。這種方式的教學能夠提高學生設計的直覺性，激發學生的好奇心。其次，虛擬現實技術的交互技術能夠加強教師與學生之間的溝通交流，有利于提高教師的教學水平以及課堂的效率。最后，對于工程預算來說，虛擬現實技術的三維實時數據庫技術可以幫助學生在一定程度上最快計算出工程建設量、需要耗費的材料成本、人工成本、時間成本等等，大大提高設計工程項目的預算效率③。

三、虛擬現實技術在景觀設計教學中的應用現狀

目前，在景觀設計的教學方面都設置了計算機輔助設計的課程，二維與三維技術的應用改變了景觀設計教學的方式，使得學生的設計方式由原始的手工畫圖發展為計算機制圖。這種轉變使得設計的效率得到很大程度的提高，設計審美也有了更高的追求。與此配套的Auto-CAD、3DMAX和PHOTOSHOP等制圖軟件的教學課程也逐步成熟和系統，可以讓景觀設計專業的學生從設計初步階段形成三維建筑模型，可以在任意的角度與位置對景觀的結構和布局進行觀察，生成景觀的平面圖或者立面圖。

然而，目前計算機輔助設計大部分仍停留在設計繪圖的層面上，許多設計軟件還是處于平面的狀態。對于學生來說，這種方式難以在空間構造、形態推敲、材料制造工藝以及可行性研究等諸多方面上起到可觀性的輔助作用④。而虛擬現實技術的應用可以全面地讓學生感受景觀設計的空間、形態等等。目前，關于虛擬現實技術在景觀設計教學上的應用還比較少且尚不成熟，主要還存在著許多問題。首先是來自于虛擬現實技術自身的問題。虛擬現實技術仍處于發展階段，無論是硬件上還是軟件上仍存在不少需要進一步解決的技術和應用問題，特別是對于景觀設計教學來說，模型需要具備較高的逼真度且占據的真實空間面積會很大，從而提高了虛擬空間模型建造的難度。其次則是教學設施的建設問題。虛擬現實技術對硬件設施有著較高的應用要求，這樣大型的教學設備通常造價較高，使得教學成本高。而更為重要的一點是作為一種仍在摸索階段的教學手段，實踐應用經驗不足。但隨著景觀設計教學的發展，虛擬現實技術在教學上的應用會日益成熟。

四、虛擬現實技術在景觀設計教學中的具體應用

（一）構建虛擬教學平臺

應用虛擬現實技術可以構建一個全面的虛擬教學平臺，包括上課景觀設計的虛擬展示教學、學生設計作品的指導、師生交流虛擬系統等。

1.課程教學

在景觀設計的分析教學中，教師需要帶領學生對景觀設計項目的基本地形、周邊環境等進行考察探究，分析項目設計中設計的有利與不利因素，以判定項目可行性。但是在實際教學中，帶領學生進行實地考察有著許多限制因素，比如資金、時間、路程等等。這導致了學生只能通過案例以及教師的描述來分析設計項目，通常過于表面，極大地影響了學生的思維判斷能力，從而造成各類設計方案與實際情況之間存在著較大的偏差。但是，虛擬現實技術的應用可以幫助教學構建的系統化的虛擬教學平臺，重新梳理教學的重點并更加直觀地展示案例的細節，讓學生能夠更加真實地接觸、考察項目設計中的景觀環境，能夠更準確地掌握項目中的當地文化、周邊環境以及地理形勢，從而掌握景觀設計的技巧與重點。

2.設計作品的評價

對于景觀設計教師來說，在指導學生設計的作品時，由于只能通過學生的平面設計圖，掌握其所設計的布局，卻難以了解學生設計中的細節，比如材質、質量等。這常常會導致教師難以對學生作品做出準確的指導與評價。采取虛擬現實技術，就能有效解決這個問題。教師在對學生作品進行指導時，只需將設計作品的相關參數輸入模擬場景中，就能通過圖像顯示技術將設計的布局、材料質感等細節呈現出來，這樣教師需要修改的時候，就能直接通過計算機對學生的作品進行高效的修改。可見，虛擬現實技術可以幫助教師和學生一目了然地、直觀地對設計作品進行指導、評價。

3.師生互動

師生互動性是教學中重要的部分。傳統的景觀設計教學中，由于教師大多是采取說教式的教學方法，通過講解知識點或者案例來教導學生。這種教學方式使得教師、學生之間的互動較少，課堂趣味性不足，從而難以保證教學的有效性，同時還可能影響學生的積極性。而虛擬交流平臺可以提供更多的可能性，促進教師與學生之間的互動，還加強了課堂的有趣性⑤。比如說教師在教學設計時，可以通過在虛擬場景中巧妙地設置課程重要知識點的講解，引導學生在虛擬的場景中親身體驗優秀設計的特點。

（二）構建虛擬實驗室

構建虛擬實驗室可以提供給學生一個自由發揮的學習和科研平臺，幫助學生在課后能夠在虛擬實驗室中獲得知識的鞏固與運用。通過虛擬景觀實驗室，學生可以精細化地了解景觀整體、內部裝飾、造型色彩等的布局設計，研究各類景觀空間的組合特點，合理設計不同植物種類、大小、布局位置。

（三）虛擬現實技術輔助現實的環境

實地考察環節是景觀設計課程中必不可少且非常重要的環節。一般學生在實地考察的時候會通過拍照、測量等方式進行記錄。而在現實環境中通過利用虛擬現實技術來輔助則能幫助學生更加快速地獲得環境的更為具體和詳細的信息，同時還能讓學生在實地考察的過程中和場地進行交互，在目標場地利用虛擬現實技術來體驗設計的效果，幫助學生提高設計的可行性，并給予結果反饋。

（四）施工圖紙設計

施工圖紙的設計，即是設計方案的落實，也是景觀設計教學中不可或缺的課程。通過應用虛擬現實技術，可以將原有的平面施工圖轉化為三維立體實體。在關于施工圖紙設計的教學上，教師可以指導學生利用虛擬現實技術來確定景觀施工范圍和細節，最后在3D規劃中進行縱面景觀展示。施工圖紙的設計，包括景觀總體的布局設計和局部細節設計。在總體布局設計時，學生需要依據設計要求以及美學觀念，對景觀布局進行調控，包括植物種植范圍、植物種植基本間距⑥。在局部細節設計時，把控材質的選擇、尺寸的合理安排等。另外，針對不同施工對象，需要分析施工效果和差異。而通過虛擬現實技術構建的三維虛擬模型，能夠在視覺方面呈現出較為清晰的最終施工效果。

結論

在傳統景觀設計教學中，由于教材、教學資源、教學環境等方面的制約，學生無法切身地感受空間環境的尺度和不同景觀的搭配。虛擬現實技術的運用可以在一定程度上解決這個問題，使得教師能夠對設計作品以及設計過程進行更為直觀、細致的展示，有效地加強了師生之間的交流，強化了學生的體驗感，提高了教學質量。可見，相對于傳統教學來說，虛擬現實技術可幫助學生全面理解景觀設計工作各項內容，這種教學手段具備一定的優越性，給景觀設計教學提供了一種全新的教學理念和方向。雖然目前虛擬現實技術在高校景觀設計教學中進行推廣具有較多限制性條件，比如資金、技術等等，但是虛擬現實作為一種極具潛力的教學手段，值得投入資金與技術，以進一步提升教職工隊伍綜合素質，促進景觀設計專業全面發展?！?/p>

注釋：

① 文錚.虛擬現實技術在景觀設計教學中的應用前景[J].中外建筑，2006（5）：89-91.

② 孫天強，王燕.淺談虛擬現實技術及其應用[J].中國電子出版，1998（4）：34-35.

③ 李蒙.虛擬現實技術在高校景觀設計教學中的應用[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2018（10）.

④ 王萍萍.虛擬現實技術在室內設計教學中的應用研究[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2018（06）：94-95.

⑤ 徐宇翔.虛擬現實技術在景觀設計中的應用[D].西安：西安建筑科技大學，2018.

⑥ 郭雨.虛擬現實技術在園林景觀設計教學中的應用與效果分析[J].美術教育研究，2016（10）.