虛擬現實技術在園林類專業教學中的應用研究

吳碧珊，黃東兵

（廣東生態工程職業學院，廣東廣州 510520）

虛擬現實又稱虛擬仿真技術或模擬技術，簡稱VR，就是用一個虛擬的系統模仿另一個真實系統的技術。虛擬現實技術從20世紀60年代便出現了，從概念到大型、昂貴的實驗室產品到如今的消費級產品，其發展歷程與計算機非常相像。根據《教育部關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》（教高函〔2018〕5號），國家虛擬仿真實驗教學項目是推進現代信息技術融入實驗教學項目、拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平的重要舉措。

一、研究現狀

虛擬現實技術近年來在國內應用廣泛且發展迅猛，目前應用于各行各業的實際生產，例如鏈家、安居客等知名看房軟件上，為了便于買房者熟悉了解房產的戶型、結構和裝修風格，設有“VR看房”功能，使看房者僅僅運用手機，無須佩戴VR眼鏡，便可足不出戶地觀看房產的內部結構，同時有身臨其境的感覺，一磚一瓦盡收眼底。除此以外，虛擬現實技術還應用于職業教育、普通高校中各專業的課程教學，極大地推動了教育教學改革。虛擬現實技術應用于教學，主要以理工類和醫學類專業為主，社科類專業較少，這是由于虛擬現實技術能實現場景、環境和操作工具等的虛擬現實，具有很強的實踐性，對理工類和醫學類專業教學大有幫助，能降低教育成本，減少實驗耗材，投入低收效大。例如，北京航空航天大學建立了虛擬仿真實驗室用于教學活動；河北大學電子信息工程學院自動化系將虛擬現實技術運用于光伏發電的實驗教學中；江蘇汽車技師學院將虛擬現實技術運用于發動機的教學；海軍軍醫大學將虛擬現實技術運用于極地特種醫學仿真實驗；寧夏建設職業技術學院將虛擬現實技術運用于建筑施工工藝課程中；欽州學院將虛擬現實技術運用于陶瓷藝術設計的實驗教學中；中南林業科技大學將虛擬現實技術運用于機械類課程的教學中；江南大學將虛擬現實技術運用于突發公共衛生事件教學中；閩南師范大學新聞傳播學院運用虛擬現實技術進行傳媒體專業教學；蘇州市職業大學將虛擬現實技術運用有物聯網實踐教學。

在園林類專業的教學中，也有少量將虛擬現實技術應用于教學的研究。中科院研究生院研究三維園林景觀設計仿真系統；南京林業大學風景園林學院建立了園林虛擬實驗室；湖南農業大學園藝園林學院研究風景園林虛擬仿真實驗室建設意義及管理；四川文理學院研究古典園林的虛擬仿真建模和動態效果；廣西建設職業技術學院研究虛擬仿真技術在園林實訓教學中的應用。

二、虛擬技術在園林教學中的應用研究

本學院園林類專業虛擬現實教學，是在園林VR實訓室中進行的。初期通過校企合作的方式，借助摩爾空間虛擬技術平臺，由校企雙方共同開發VR教學課件，每個課件是一個單獨的應用程序，分別輔助園林工程實訓項目、園林規劃設計實訓項目、園林植物配置實訓項目等三大教學模塊。開展教學后，該實訓室作為企業在華南地區的示范基地，有序向其他高職院校示范推廣VR教學。

圖1 園林VR 實訓室設備

（一）虛擬技術在園林工程方面的應用研究

以水景施工為例，該實訓項目能模擬水景施工。在場景中有一個預設的水池，實訓的任務是要給水池安裝噴泉水體系統。水體系統包括入水口、出水口、水泵、水管及噴頭等，如果存在安裝的順序錯誤、缺少部件、水管長度不正確等問題，都不能使噴泉動起來，從而在虛擬現實場景中，使學生學習體會水系統制作及安裝。在以往傳統的園林工程實訓中，由于水管等實訓材料成本高，無法安排每個學生都能有動手操作的機會，學生參與和體驗感不高，導致對這項技能掌握程度有限。但是運用虛擬現實技術，學生可以反復操作實訓，無須浪費實訓材料。

實訓操作中，根據VR課件的指引，安裝不同粗細、長度的水管和噴頭，實現直線噴泉、蒲公英噴泉等不同效果，從而使學生掌握水景施工技術。具體方法如下：

（1）設備啟動。點擊WaterscapeDesign應用程序，正對電腦桌面，帶戴上頭盔，長按開關鍵激活手柄；進入VR的創作界面，點擊水池；進入情景場地，開始創作。

（2）水景虛擬場景觀察研究。進入場景后觀察四周場地，這個場地方方正正，四面有建筑，其中一面的中央有一個水池。這個水池的結構已經砌筑完成，但還沒安裝噴泉設備，目前只有一小段入水水管在中間。

（3）虛擬技術實踐操作。在水池里面安裝水管、噴頭等設備，以形成噴泉。大拇指輕觸觸控板，出現一個圓圈，將圓圈對著水池，再點擊一次觸控板，瞬移至圓圈位置（水池里面）。右手對著左手手背，出現藍光時用食指點擊，便可以在出現的面板上選擇水管。選擇其中一根水管，用中指點擊抓手將其拖拽出來，放置于水池原來的水管上面，同理安裝其他水管進行拼接，隨后在不同的噴頭類型中選擇一種進行安裝。如果想要改變已放置好的水管和噴頭的狀態，將手放置在水管上面至水管出現藍框，然后點擊食指，就會出現“刪除”“解鎖”及“旋轉”；點擊“解鎖”可以改變水管和噴頭的位置，點擊“刪除”可以刪除水管和噴頭，點擊“旋轉”可以對水管和噴頭進行旋轉。剩下來的水管都可以利用這種方法放置。然后大拇指輕觸觸控板，出現一個圓圈，將圓圈對著水池外，再點擊一次觸控板，瞬移至圓圈位置（水池外）。右手對著左手手背，出現藍光時用食指點擊，出現面板時選擇“預覽”，就可以看到噴泉的景象。

（二）虛擬技術在園林規劃設計方面的應用研究

該實訓項目能模擬園林名勝古跡的真實場景，有聲有色地介紹園林規劃設計內容，實現虛擬現實景觀漫游。例如，由一位師生戴上VR頭盔，進入“優秀園林賞析”應用程序，選擇九華山風景區，除了VR頭盔上能見到虛擬場景，九華山風景區鳥瞰的場景也同時在大屏幕上呈現。教師可戴著VR頭盔講課而學生在大屏幕上觀看。在鳥瞰圖的視角中，選擇入口位置，即可“站”在入口位置，環繞觀察，360度無死角，通過指引，可到達任何角落。如此詳細、詳盡的視角，其效果是任何圖片、視頻都無法比擬的！

在園林規劃設計傳統教學中，由于技術限制，需要老師運用大量的圖文制作課件，方可使學生對某座園林有初步的了解，如果學生空間想象能力不足，便無法理解教師的講課內容，對園林設計原理理解不充足甚至產生理解偏差，教學效率低且效果無法確保。但優秀園林賞析漫游，即可以通過虛擬現實技術在虛擬場景中漫游，這與“VR看房”有異曲同工之妙。具體方法如下：

（1）設備啟動。點擊molspacex應用程序，正對電腦桌面，戴上頭盔，長按開關鍵激活手柄；進入VR的創作界面，點擊優秀園林賞析。

（2）虛擬技術實踐操作。進入到景點的選擇界面，里面有蘇州留園、蘇州拙政園、揚州個園、頤和園、九華山風景區等多個瀏覽的景點，選擇要漫游的景點。漫游中根據語音與文字提示進行漫游，并運用園林規劃設計原理進行分析，形成實訓報告。

圖2 九華山風景區優秀園林賞析VR 漫游

（三）虛擬技術在園林植物配置方面的應用研究

該實訓項目能模擬真實的園林廣場，實訓跟隨VR課件的指引，根據園林植物配置園林，在廣場中配置各種不同的園林植物，實現仿真實訓。具體方法如下：

1.設備啟動

點擊DesignSightPlants應用程序，正對電腦桌面，戴上頭盔，長按開關鍵激活手柄；進入VR的創作界面，點擊庭院；進入情景場地，開始創作。

2.虛擬場景觀察研究

進入場景后觀察四周場地，這個場地方正，四面有圍欄，中間的平整的園林廣場，可以根據園林植物配置原則在廣場中設計植物元素，達到美化與遮陰的效果。

3.虛擬技術實踐操作

大拇指輕觸觸控板，出現一個圓圈，將圓圈對著遠方，再點擊一次觸控板，瞬移至圓圈位置。右手對著左手手背，出現藍光時用食指點擊，出現面板時，就可以選擇花草樹木，選擇其中一棵植物，用中指點擊抓手將其拖拽出來，先放置于地面。如果感覺植物體量太大，可以用手對著植物，植物出現藍色框時，同時用左右手的中指一起進行縮小，這樣一株植物就放置好了。其他的植物或園建等都可以利用這種方法放置。做好之后進行保存，點擊“保存”，然后點擊“返回”，接著點擊windows+y鍵，切換為鼠標，然后點擊Windows，關閉頁面。

而這部分實訓內容，是要建立在植物材料庫較優質且數量充足的情況下實現的。該教學模塊建設之初，是通過將3Dmax、SketchUP資源庫中的大量優質模型，轉化到摩爾空間軟件來實現素材制作的，通過這種轉換，降低了VR模型制作的工作量，事半而功倍。

三、虛擬現實技術在園林類專業中的作用

（一）提高教學效率

相關機構的研究結果表明：使用文字或圖片，教學效率約為10%；使用多媒體等復合媒體教學形式教學效率約為30%；使用虛擬現實技術這種高沉浸的媒體進行教學，教學的效率則達到70%。上面提到的九華山風景區優秀園林賞析漫游教學內容，若是用傳統的PPT課件教學，起碼要200張圖片加2000字的說明才能形成比較詳細的教學內容，這樣一對比，可見虛擬現實技術可以大幅提高教學效率與學習效率！

（二）降低教育成本

將虛擬現實技術用于實驗教學中，將一部分實驗用虛擬現實技術的方式代替，可以降低目前實操的成本。在教育實踐過程中還會遇到各種稀缺資源，比如園林類專業的鋼結構資源，不是每一個學生在每個階段都有充足的資源可以使用。虛擬現實技術教學則可以在實驗過程中將不可逆的問題通過虛擬現實技術進行反復的操作并進行實驗操作體驗和數據分析。

（三）避免實訓操作的風險

在體驗式教育教學過程中，會有很多有危險性的體驗與操作，比如園林教學中有很多涉及施工的過程中遇到大型機器、接電等，屬于高危險性，用VR的方式進行實驗則可以避免園林實踐教學中的安全風險。

（四）提高學生學習興趣與動力

VR的沉浸感、臨場感和趣味性，可以將枯燥乏味的知識以生動有趣的方式呈現，加上學生天生對高科技的青睞與追求，大大提高了學生學習的積極性，激發了他們的探索潛能。

四、結束語

園林類專業教學的發展是從單一媒體到復合式媒體，再到交互式的復合媒體，伴隨著虛擬現實技術的發展，園林類專業教學將引入高沉浸式VR媒體的新方法。園林類專業教學經過多年的發展，已經達到了一定的階段，但是虛擬現實技術教學還處于較為初步的階段，存在一定限制發展的因素。展望未來，通過將園林類專業教學內容與虛擬現實技術的深度融合，將強有力促進園林類專業教學改革，具有廣闊的應用前景。