虛擬現實技術于園林規劃設計類課程教學中的應用初探

周佳夢　韋麗沙　劉敏楠　劉小冬

[摘 要]隨著“線上教育”的推動與發展，虛擬現實技術以其交互性、沉浸性的獨特優勢，在園林規劃設計類課程的教學改革中具有顯著影響力與應用價值。文章針對虛擬現實技術對線上線下教學模式的課程構建進行研究探索，主要分為課前線上虛擬教學場景的構建準備、課中線上線下混合式教學訓練以及課后線上虛擬課堂拓展交流三部分，并針對當前虛擬現實技術現狀及問題提出建議、策略。

[關鍵詞]風景園林;虛擬現實;線上線下;教學研究

[中圖分類號] G642.421 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）08-0065-03

2019年年末至2020年伊始，新型冠狀病毒（世界衛生組織將其命名為“COVID-19”）引起了全國人民乃至世界范圍的關注，為有效阻斷疫情向校園擴散，中國教育部鼓勵各級各地“停課不停學”，并倡導各校利用互聯網和信息化教育資源有效開展“線上教育”。今后，隨著科技進步與社會需求的不斷擴展，虛擬現實技術將在教育行業中得到更大的發展，并會給傳統高校教育模式帶來變革。課題組將虛擬現實技術融入園林規劃設計類課程教學中，利用線上教學與線下教學互相配合，促進園林規劃設計類課程教學長遠發展。

一、虛擬現實技術與園林規劃設計

（一）虛擬現實技術

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術與互聯網絡皆為20世紀末期興起的一門綜合性信息技術[1]。虛擬現實技術是以計算機作為技術的支撐，利用計算機網絡技術、圖形技術、仿真技術、人工智能技術以及多傳感技術等多種技術手段來創造虛擬的可交互的三維空間場景，并將視覺、聽覺、力覺、觸覺等多重感知融入虛擬空間場景中，用戶通過技術手段和交互設備的幫助，以一種身臨其境的方式來體驗創造的虛擬空間[2]。虛擬現實技術的應用具有以下特征：其一，交互性。交互性是指人可以對模擬環境內的物體進行操作，并能夠從中得到反饋。VR設備目前比較常見的交互形式主要有手勢控制、頭部追蹤及觸覺反饋。其二，沉浸性。沉浸性是指人作為主角可以在虛擬環境中獲得身臨其境、完全沉浸式的空間體驗。其三，空間化。設計構思可具有動態空間與抽象思維的不確定性，VR技術可以擺脫真實環境中的現實阻礙，在虛擬世界中將設計構思充分發揮。其四，信息化。利用互聯網平臺將作品信息化，可在“資料互聯”的環境中與其他作品或數碼媒介產品交流信息，更好地鑒賞溝通作品及推敲設計內容等[3]。

（二）虛擬現實技術在園林規劃設計行業中的應用

虛擬現實技術可以幫助設計師把草圖方案迅速變成能夠互動、游走的“建成世界”，并通過第一人稱的漫游觀察和體驗自己的設計空間，便于及時修正與完善設計，極大地調動園林設計師的設計思維和創造力，同時也為完善設計作品拓展了更多可能性。因此，虛擬現實技術成為新時代園林設計師突破局限、達到更高設計目標的新型設計工具[4]。

虛擬現實技術的交互性及沉浸性不僅可以展示設計師的想法，還可以為用戶參與提供更大的空間，使得非專業人士可以通過虛擬場景的體驗獲得真實的景觀感受，然后向設計師提供體驗反饋，最終使構思轉化為設計方案。這是一個從設計師向用戶的單向傳遞到多向合作的變化，極大地促進了園林規劃設計作品的公眾參與程度，同時也可利用信息數據構建更加全面的景觀評價體系。

二、傳統園林規劃設計教學的現狀問題

園林專業課程教學的主要目的是幫助學生構建合理的設計思維和嫻熟的空間塑造能力，在合理組織空間、功能、景觀要素的基礎上，逐步養成復雜情況下的綜合設計能力。園林專業課程對學生的空間思維及空間理解能力要求很高，幫助學生完成“知識點”和“空間”之間的轉化，往往也是教學過程中的重點和難點，這就需要教師將抽象問題具象化、形象化，幫助學生建立起不同維度的空間思維能力、空間創造能力。其中，最主要的就是為學生創造有效的、可感知的空間情境，讓學生有充分的沉浸感和場所感，從而有效地促進學生對知識的內化吸收，提升教學效率，達到人才優化目標。

目前高校園林類規劃設計的線上教學主要是利用課堂演示圖片、視頻或者實地調研的方式將知識傳遞給學生，使學生利用自我空間想象力獲得場地尺度空間感和場景感。在線下教學中，實地調研的教學方法相較課堂理論的扁平化輸出更為直觀易懂，學生的教學反饋最佳，但仍存在諸多弊端：其一，對于一些理論化的教學模型，無法找出對應的實際工程項目，學生難以親身到達，導致無法實測調研。其二，戶外教學存在天氣、場地、社會環境等不確定因素，例如突發疫情，教師就必須調整現場調研教學計劃。其三，學生無法實踐操作，無法對知識點產生深刻的理解和認識。其四，戶外教學還需要考慮學生及教師的人身安全、財產安全等諸多復雜因素。此外，在少數實施線上教學模式的高校中，當前仍存在如虛擬現實技術設備搭建不完善、與線下教學課程搭配不緊密、教師對軟件及硬件設備應用經驗不足等問題[5]。

三、虛擬現實技術在園林規劃設計類課程中的應用探析

近年來，國內外許多高校或研究中心開始建立虛擬現實實驗室，用于相關的教學及科研。比如，南京林業大學風景園林學院建設了園林虛擬現實實驗室，浙江大學開發了虛擬建筑環境實時漫游，故宮文化遺址數字化應用研究所構建了“虛擬紫禁城”，英國大英圖書館利用虛擬現實技術還原了19世紀的渝中半島，并將該項目在2019年重慶智博會上展出。不少教師在教學中堅持“教師主導，學生主體”的原則，以教學效果最優化為目標，以師生積極互動交流為基礎，利用虛擬現實技術構建線上線下混合式教學模式，對園林規劃設計類課程進行探索研究[6-8]。線上線下混合式教學模式主要分為課前準備、課堂訓練與課后拓展3個部分，具體內容詳見表1。

（一）課前準備線上虛擬教學場景的構建

課前教師可將教學任務與資料通過線上平臺發布，針對課程內容提前布置案例作品或設計方案任務書，學生可于線上平臺查看教學計劃，明確學習任務，并利用虛擬現實技術為案例作品或設計地塊進行場景構建。學生通過構建虛擬教學場景可提高對空間尺度和空間形態的認知能力，對知識點進行線上預習，同時通過實踐現場模擬操作鍛煉提高學生思考能力與動手能力。

學生在虛擬教學場景構建中如遇問題和困難，教師應鼓勵他們與教師或其他同學交流互動，引導學生參與討論。教師也可利用線上平臺查看學生學習進度，定時監督提醒，結合課前學生反饋的問題與虛擬教學場景搭建情況，及時調整課堂訓練內容與教學活動，提高課堂效率并使課程內容最優化。

（二）課堂訓練線上線下混合式教學

1.虛擬教學場景結合理論知識講解

將虛擬現實技術構建的教學場景與課堂理論知識點相結合，讓學生以第一視角進入園林當中直觀地體驗園林空間。虛擬技術的案例展示相比圖片或視頻，更易調動學生學習興趣與積極性，促使學生理解思考。再者，虛擬的場景可以有效地幫助學生建立空間感，理解二維平面與三維空間的內在邏輯關系，增強空間思維能力，實現三維景觀空間與二維圖形之間的任意切換。全方位場景還能使學生深刻理解園林造景手法及設計細節。除此之外，學生還可對虛擬環境條件實現多樣化體驗，例如可在虛擬場地中對天空、季節等進行轉換，真切地感受園林空間在不同時間、不同季相下的形態變化;又例如在中西方古典園林的鑒賞課程里，學生可借助虛擬現實技術復刻古典園林空間。再如，在園林植物設計課程中，可運用虛擬現實技術模擬園林綠地種植現場，全面直觀地講解園林種植全過程，并讓學生進行虛擬種植，對不同植物種類、大小、組合方式進行設計，有效地培養學生的植物美學觀念，構建起植物種植的設計理念與方式方法。

2.設計場地前期分析

利用虛擬現實技術，可以在園林設計前期建立仿真的項目空間環境，建立交互式界面，幫助學生進行場地分析，掌握場地地形、道路、樹木、河流、建筑等現狀條件，風向、日照等環境條件等。此外，還可以制作相應的虛擬測試，研究用戶需求，甚至可以利用虛擬現實技術快速地展現概念方案，以研究其可行性。這種種方式，均可以快速便捷地指導學生做出更完善的場地信息報告和方案構想。

3.設計方案對比推敲

在方案規劃設計階段，需要對現場場地進行定位與定量設計構思，學生需要對規劃設計方案布局進行精確描述，如制作方案平面圖、立體圖、剖面圖、效果圖、局部效果圖等，可借助虛擬現實技術，讓學生置身于設計空間的內部環境中，在3D 模型基礎上掌握園林布局真實感。學生需要對場地進行整體布局，對景觀節點進行詳細設計，對造型色彩等進行精細化搭配，通過精密度較高的方案對比推敲，擬定最終的設計方案。長期的虛擬現實訓練能夠促進學生創新意識的全面激發，提升學生的基本設計能力，能夠在3D建模美感基礎上實現細節突破并提高設計深度。

4.設計方案展示匯報

園林規劃設計方案的展示匯報是整體方案設計理念的集中體現，其表現形式手法多種多樣。效果圖展示是園林設計的重要成果之一，但其只能做定點渲染，展現的內容非常有限。動畫展示雖可多方位展現構想，但觀者仍停留在觀望者視角，無法身臨其境。借助虛擬現實技術，學生可對方案進行沉浸式闡釋，教師或聽者可進入最終方案搭建的虛擬場景中進行體驗，了解學生設計意圖并觀察最終設計效果，以便提供更直觀高效的反饋建議。

（三）課后線上虛擬課堂拓展交流

在虛擬現實的互聯網系統下可將課堂內容、課堂案例場景、學生方案設計場景等課程資料進行云存儲，方便學生隨時隨地地對課程資料進行調取，有效地促進再學習。在局域網絡的創設過程中，VR設備還可將主機系統進行相互連接，并由教師扮演管理員的角色，隨時掌握學生線上學習的動態與進度，針對模擬操作進行實時問詢與解答。學生們也可對熱點問題在云端進行討論交流，對課程知識內容進行深刻討論，以高效完成課程學習。

（四）線上線下教學模式構建及應用小結

根據上述三點內容即課前準備、課堂訓練與課后拓展，可將虛擬現實技術在園林規劃設計課程中的運用總結為：第一，課前學生小組針對理論課程案例和設計場地現狀條件進行虛擬場景搭建。第二，課中教師可利用虛擬案例表述知識點并對規劃設計場地模擬多種環境條件與處理方式，學生可利用虛擬場景對設計方案進行反復推敲并最終展示匯報。第三，課后教師和學生可將案例與設計作品上傳至云課堂便于及時反饋交流。

四、虛擬現實技術的尚存問題及策略

虛擬現實技術的實現主要依賴兩個至關重要的方面，一是內容，二是設備。由于虛擬現實技術的前端性和新穎性，其軟件資料及設備系統尚未完善，存在一定的應用局限，技術本身亟待升級。因此，應做好以下幾點。

（一）提高教師操作水平

為能實現教師在課程中熟練運用虛擬現實技術，可由學校或相關組織機構對教師進行指導培訓，盡量縮短教師對操作流程的熟練時間，避免因學習軟件設備操作導致對課程本身探索改良的時間和精力不足問題。同時，虛擬現實技術也應隨著社會需求的提高持續更新迭代，提升優化軟件自身靈活性，降低軟件學習難度，方便教師和學生輕松應用，也更易于推廣使用。

（二）資源共享構建模型庫

園林規劃設計類教學可借助虛擬現實技術復刻真實度較高的案例模型，建議虛擬現實平臺開發云端共享模型資源庫，促進國內外各大高校的園林師生共同積累共享經典案例模型，并可對已有模型資源持續完善優化更新，充分發揮虛擬現實技術對園林規劃設計課程教學的優勢最大化。

（三）完善VR硬件設備，優化課堂應用體驗

園林規劃設計類課程須為學生提供較強的場景沉浸感，因此對虛擬現實技術設備具有較高的應用要求。同時，各類大型教學設備自身造價較高，因而對高校教學資金前期投入量產生較大壓力。軟件設備提供方應對技術程序進行適當升級，逐步降低設備成本，并進一步提高其數據轉化效率和可視化功能，使更多高校師生能體會沉浸式的視覺模擬效果，更高效地完成知識的傳達與學習過程。

五、結論與展望

從20世紀80年代末“虛擬現實”概念提出至今，VR技術逐步完善，在風景園林規劃設計領域中突破了傳統維度限制，成為一種全新的設計表達系統。經過疫情特殊時期需求，各大高校全面采用線上教學模式也意味著未來的教學模式將由此發生質變，全面開啟線上線下混合式教育模式時代。由此契機，園林規劃設計類課程應積極通過多種創新型的教育教學手段，將虛擬現實技術融入課程改革之中，使學生率先適應社會發展需求并感受創新科技思想。然而，須強調線上線下教學應統籌兼顧，虛擬現實技術為輔助授課的手段和工具，不可替代全部授課方式。隨著虛擬現實技術的科技進步與發展，園林規劃設計類課程將在應用學習中更好地向前發展。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 汪成為.靈境（虛擬現實技術）理論實現及應用[M].北京：清華大學出版社，1996.

[2] 王圣霖，朱世范，胡海輝.基于移動設備的虛擬實境技術在景觀設計中的應用[J].中國園林，2015（11）：65-68.

[3] 劉祥.虛擬現實技術輔助建筑設計[M].北京：機械工業出版社，2004.

[4] 杜春蘭，劉辰.VR元年看虛擬現實在風景園林行業中的應用[J].包裝世界，2017（1）：69-71.

[5] 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）：13-14.

[6] 雒新艷.基于移動終端的線上線下混合式教學模式構建與實踐：以高職園林生態課程為例[J].現代農業科技，2019（12）：243-245.

[7] 李國松，楊柳青.虛擬現實技術在風景園林規劃與設計中的應用研究：幾種常見虛擬現實技術的應用評價分析[J].中國園林，2008（2）：32-36.

[8] 祝曉. 虛擬現實技術輔助園林規劃設計研究[D].南京：南京林業大學，2011.

[責任編輯：鐘 嵐]