基于虛擬仿真技術的風景園林設計類模塊課程教學改革與實踐

黎穎惠，卿如冰，何麗霞，楊賢均，李曉紅

（邵陽學院城鄉建設學院，湖南 邵陽 422004）

互聯網的發展帶來了科技和計算機的技術的進步。在此背景下，虛擬仿真技術以其可視、可聽、可觸的特性，得以在各行各業普及應用。風景園林設計類課程是一門實踐性、應用性非常強的專業課，如何改變傳統的教學模式，提高教學質量，把虛擬仿真技術應用到風景園林設計類課程的教學上，突破難點，變抽象為具象，從而提高學生的學習效率和學習興趣。

1 虛擬仿真技術在教學中的應用

1.1 虛擬仿真技術的定義與分類

虛擬仿真一詞由“Virtual Reality”翻譯得來，簡稱VR，也稱“虛擬現實”[1]。虛擬仿真技術屬于多種高新技術協同發展的綜合技術，有機地將多媒體技術、網絡技術、計算機仿真技術、信息全息技術、3D技術等等融合成集成系統。目前廣泛應用于軍事、醫療、教育培訓、娛樂、商業、城市規劃等領域[2-3]。具有沉浸性、交互性、想象性的特點[4-6]。

虛擬仿真技術主要包括桌面式虛擬仿真系統（Desktop VR）、完全沉浸式虛擬仿真系統（Fully-immersive VR）,以及分析式虛擬仿真系統（DistributedVR）。據統計，目前市場應用最多最廣的虛擬仿真系統首推桌面式虛擬仿真系統。主要是利用電腦屏幕展示虛擬三維環境，通過手柄、鼠標鍵盤進行交互，使用者易受外界環境的干擾而缺乏沉浸式體驗。完全沉浸式的虛擬仿真系統，使用者必須佩戴沉浸式的設備，達到全程實現完全沉浸于虛擬環境的目標。沉浸式設備產品主要包括虛擬仿真頭盔與虛擬仿真眼鏡兩種。通過這類產品，使用者能將自己的身體運動與環境反饋精確匹配，完全沉浸在虛擬環境中。分布式虛擬仿真系統是利用數據庫及平臺，使參與者可以自由交互和協調工作。

1.2 虛擬仿真技術與教育

高媛、劉德建等[7]根據具體的學習方式和任務特征，將虛擬仿真技術在教育中的應用分為觀察性學習、操作性學習、社會性學習、科學研究四種類型。

張雙[8]認為虛擬仿真技術在實驗仿真、技能培訓、體驗式學習、觀察學習、操作練習等方面具有重要的應用價值。將虛擬現實應用于課堂教學是革新教學手段的新突破，一方面，通過虛擬現實教學，使學生從傳統的教學模式中解放出來，讓學生感受逼真的現場情景，有效感知交互方式，增強體驗式教學效能，激發學生學習興趣；另一方面，虛擬現實技術的使用也是現代教育技術的新突破新飛躍，將使“學生中心，成果導向”教學目標有效達成。它營造了自主學習的環境，由傳統的以教促學的學習方式，代之以由學習者通過自身與信息和環境的相互作用來得到知識和技能的新型學習方式[9]。相比于傳統教學模式，基于虛擬現實技術的教學模式能脫開文字與靜態原理圖，動態地呈現整個工作過程，視覺感受強烈，有助于抽象知識的理解，激發學習興趣[10]。因此，基于虛擬技術的教學模式可以提供一個真實的動態情境，打破思維的局限性，加深學生對專業知識的理解。

2 傳統風景園林設計類課程實踐教學模式存在的問題

在國家本科教學質量標準中，將風景園林設計模塊類課程歸屬于園林、風景園林專業的學科基礎課程，該類課程模塊主要著重培養學生的設計素養能力，使學生掌握扎實的理論知識和專業實踐技能，并且能夠熟練運用相關軟件對設理念、設計方法進行合理表達，達到增強學生的邏輯思維能力、思辨能力和解決問題的能力的目標，大大提升學生的專業創新能力。習近平總書記曾指出“大數據是信息化發展的新階段”，而今，大數據生態系統正在逐步形成，其相關技術、產品、應用和標準在不斷完善、發展，特別是開源平臺與工具、數據分析、數據應用和數據基礎設施等系列板塊日趨成熟。信息時代的快速發展促使虛擬仿真實驗教學和實訓平臺必然成為風景園林設計課程的發展趨勢。在傳統教學模式下，風景園林設計課程一直側重于理論和實踐教學[11]。在新形式新科技背景下，傳統的風景園林設計類實踐教學還存在如下問題：

2.1 教學觀念傳統

大多數普通高校傳統的課堂教學，通常是教師“講”為主導，而學生“聽”成常態的單向灌輸式教學模式，導致教師在教學方案設計中過于注重教學內容而忽略學生學習效率。教師是課堂上的絕對主導，學生被動地接受知識，學習缺乏積極性和主動性，授課效率低，理論無法聯系實際，這種教學方法不利于學生實踐能力與創新能力的培養。

2.2 教學方法單一

因受地域限制，風景園林設計類課程多以二維圖片作為媒介進行講解，無法進行實地參觀，這種教學方式不利于學生對空間的體驗，也難以激發學生的學習興趣。由于年代久遠，很多園林實景無法真實還原，只能依靠二維效果圖對歷史名園進行了解。對于還沒有良好空間想象能力的初學者來說，要認識和掌握三維的空間設計是有一定難度的。

2.3 學生學習效率低

設計方案需要進行反復修改，而每一次修改，學生都需要進行新一輪的圖紙繪制，在修改制圖的過程中勢必會耗費過多的時間。

2.4 成果展示方式單一

目前課程的教學成果多以二維圖片的方式為主，這就要求讀圖者必須具備一定的專業知識和理解能力，無法全方位地體驗空間效果。

因此利用“產學結合”的綜合平臺，將虛擬仿真技術引入實踐教學，帶領學生進入生動、逼真的虛擬環境，引發學生的學習興趣，改進和優化教師的教學方法，更新教學內容，獲取最新的設計資源，使學生的設計能力、創新能力、綜合素質得以全面提高。

3 風景園林設計類模塊課程應用虛擬仿真技術的實踐意義

3.1 有利于學生三維空間設計思維的培養

三維空間設計思想的培養是風景園林專業學生景觀設計理念形成的重要因素，特別是學生對空間尺度的感性與理性認識。培養學生在空間想象能力、尺度感、比例關系以及二維與三維之間的轉換能力等是風景園林設計類模塊課程教學中的重點與難點。這些抽象的、需要學生自己展開聯想和想象的教學內容很難運用具體的二維圖片或文字表述清楚，學生在學習及訓練過程中由于對空間尺度的把握、空間想象能力的欠缺，在最初做設計時往往感到特別的無助，對布置的設計作業感覺無從下手。借助虛擬仿真技術，學生以第一人稱模擬進入設計空間，親身感受空間尺度、分析空間信息，提高學生對空間的感性認識，訓練學生對整體空間形態的把控能力。通常采用二維圖片和三維空間的結合進行展示，使學生形成感性認識，提高學生的二維平面向三維空間轉換的能力。

3.2 實現教學場景的虛擬構建

虛擬仿真技術可以打破時間和空間的限制。在經典案例的講解中，有許多經典的園林作品僅僅用二維圖片加文字的形式講解，學生很難對歷史名園有全面的認識。而虛擬仿真技術可以打破空間限制，讓這些遠在千里之外的歷史名園以三維的形式展現在學生面前，讓學生更準確、更有效地了解這些名園的空間形態及設計手法。除此之外，風景園林實踐類課程往往需要去真實場景的實踐實驗、實地認識，近年來全球形勢嚴峻，外出既花費時間及經濟成本，又伴隨著風險，虛擬仿真技術還能解決耗材大、技術難等實驗課程的限制問題，彌補真實課堂上教學條件的不足，節約傳統三維模型制作中各種材料的投入。利用虛擬仿真技術建造逼真的虛擬環境，學生成為學習的主體，改革傳統的教學方式，提高了教學質量。

3.3 提高風景園林設計作品的交互性，增進師生之間的交流

設計表現是風景園林設計類課程的重要環節，通過設計表現，讓無法用文字表達的想法，通過二維圖片或三維模型的形式呈現。利用虛擬仿真技術，學生作為第一人，在三維環境中營造空間，感受不同尺度、不同形態、不同材質對空間的影響，多角度地觀察空間，將虛擬與現實結合，培養創新能力及解決實際問題的能力。虛擬仿真技術也為師生提供了一個極為便利的交互平臺，通過這個平臺，教師能更直接地了解學生的設計意圖及設計作品，教師的意見也能更直觀地反饋給學生，師生間的信息交流變得方便快速。

4 結語

虛擬仿真技術在風景園林設計類模塊課程中應用提高了學生對空間形態及空間尺度的感性認識，實現了課堂虛擬場景的構建，加強了設計作品的交互性，增加了學習的趣味性，激發學生學習的主動性，符合新時代風景園林設計類模塊課程的教學需求，具有巨大的應用潛力。