试析基于数字化虚拟技术的景观设计课程教学

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论文摘要：在我国，数字化虚拟技术在设计相关专业课程教学中的应用目前还处于初级阶段。将数字化虚拟技术运用于景观设计课程的教学是一种必然和必须，它能有效提高学生的学习兴趣和设计的自主性，能有效提高学生对空间的认知能力和对形态的把握能力，能增强师生间沟通的实效性，能提高学生设计的专业性。将数字化虚拟技术运用于景观设计课程的教学应该逐步推进。

论文关键词：数字化虚拟技术 计算机辅助设计 景观设计 课程教学

一、虚拟现实技术及其发展现状

1.虚拟现实的概念

虚拟现实的英文名为virtual-reality，简称VR技术。该项技术最早于20世纪80年代初由美国VPL公司创建人拉尼尔提出，我国著名科学家钱学森将它翻译为灵境技术。

虚拟现实技术是一种新兴的综合性的信息技术，它是在计算机图形学、计算机仿真、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理技术等多学科交叉融合的基础上发展起来的一种综合集成技术。它为我们提供了一种新的人—机界面模式，人们利用它可以建立一种三维虚拟空间，可以将人的视觉、听觉、触觉等感知功能融入于环境之中，从而给人以身临其境的感觉。

2.虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术的出现和发展为我们提供了一种解决实际技术问题的新手段。一方面，它在很大程度上提高了我们的工作效率和学习效率；另一方面，它也可以为我们创造出一种此前人们从未感受过的可以根据自己的需要而不断加以变化的奇特的环境。

虚拟现实技术具有三个最突出的特征：交互性、沉浸感和构想性。交互性指人作为体验者可以在虚拟的环境中从被动变为主动，即人完全可以根据自己的所思与所想来自改变自己获得感受的内容；浸沉感指处于虚拟环境中的人能感受到自己所处环境是真实的和实在的；构想性则指通过人的构想能设计出不同的虚拟环境，甚至可以根据构想者的意图虚拟出真实环境中不可能存在的空间。

3.虚拟现实技术发展的现状

虚拟现实技术源于美国，所以美国对虚拟现实技术的研究水准也是世界级的。目前，虚拟现实技术已被广泛地运用于各个领域，比如军事与航天工业领域、医学领域、教育领域、建筑领域、艺术领域和管理工程领域等。

（1）虚拟现实技术在国外高校应用的现状

国外建筑类学科领域早己开始运用虚拟现实技术来进行辅助教学。美国北卡罗来纳大学（UNC）的计算机系是开展VR研究的最早也是最著名的大学，他们研究的领域包括分子建模、航空驾驶、外科手术仿真和建筑仿真等。麻省理工学院（MIT）是研究人工智能、机器人、计算机图形学和动画的先锋。1985年，麻省理工学院还成立了媒体实验室，该实验室主要是进行虚拟环境的研究的。华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室（HIT Lab）还将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。此外，日本东京大学的高级科学研究中心则将研究重点放在远程控制方面，最近的研究项目是主从系统。该系统可以使用户控制远程摄像系统和一个可以模拟人手的随动机械人手臂。

（2）虚拟现实技术在国内高校应用的现状

我国高校在虚拟现实技术的研究方面与国外高校相比目前还存在着较大的差距。由于该项技术发展的潜力巨大，由于它对推动社会和经济的发展有着十分重要的作用，所以国家相关部门和科学家们对此应予以高度重视。

在我国，最早开展这方面实验与研究的是挂靠在西北工业大学电子工程系的西安虚拟现实工程技术研究中心。该中心的成立对发挥该校电子信息工程学院及其他相关院系和研究机构在虚拟现实、虚拟仿真与虚拟制造等方面的优势具有极大的意义。

在我国，数字化虚拟技术在设计相关专业课程教学中的应用目前还处于初级阶段。我国高校计算机辅助设计的教学目前还停留在设计与制图层面，所以学生对景观设计中的空间解读、形态和材料的研究、施工工艺分析以及设计的可行性等诸多方面的了解并不直观，所以计算机对设计的辅助作用就受到了限制。这导致的结果是学生在做景观设计作业的过程中，普遍存在着一种错误的做法：在拿到设计的原始图纸后，就根据自己从各个渠道收集到的与设计构思相关的素材来进行设计，一旦拥有了一些想法，就直接从原始平面开始规划，然后再形成总体平面彩色图，再思考场地的剖面、立面和空间关系。这种设计方式带有浓厚的机械模式的特点，完全没有意识到进行空间形态设计时必须考虑到其整体性的要求。

因此，我们应努力寻找将计算机辅助设计充分融入专业课程中的教学模式，应在电脑中实现对设计环境的再现，表现出对象相关信息的实时性。这种方式能大大提高学生对设计对象的真实感受，能增强学生对空间的理解能力和分析能力，从而从更全面的角度来审视和认识设计对象。

二、将虚拟现实技术运用于景观设计课程教学是一种必然和必须

由于虚拟现实技术有交互性、沉浸感和构想性等特征，由于它能极大地提高设计工作的效率，所以它越来越受到设计教育工作者的关注，它将在设计教育领域被广泛应用。

通过笔者近几年将虚拟现实技术引入住宅小区景观设计课程教学的实践来看，运用该项技术可以使教师授课的实效性和学生对课程教学的满意度都得到很大的提高。该项技术的应用在课程教学改革的实践中发挥了重要作用，所以从长远看，将该项技术运用于景观设计课程教学将是一种必然和必须。

1.运用虚拟现实技术能有效提高学生的学习兴趣和设计的自主性

创造性对于设计来说，一直都是非常重要的。同其他课程一样，景观设计课程的教学传统上也是以教师为中心的。在以教师为中心的教学中，教师把自己对景观设计的构想、风格、设计步骤、构造做法和材料的应用等方面的理解以“填鸭式”的方式教给学生，忽视了教学对象是有其感知能力和判断能力的。这势必导致学生学习的盲目性，甚至导致学生在某种程度上的对教师教学的抵触情绪的产生。

在传统的教学模式下，学生在进行设计的过程中也常常会感到困惑。常会出现的一种状况是，在确定设计大方向的时候，学生往往会犹豫不决，或者在设计创作过程中只是一味机械地从事着从平面到剖立面、再到空间效果的制作而缺乏对设计场地及其空间的领悟，无法做到设计的完整性，更谈不上有什么创造性。数字化虚拟技术凭借其强大的数据库和极具设计感的系统界面，能从视觉上对学生产生持久的吸引力，因而就能最大程度地增加他们对景观设计课程进行学习的兴趣。

另外，针对课程教学和学生在设计中所需要的大量信息，我们很有必要创建一个素材库，其内容主要有：各类已完成的景观工程、各类施工材料、各类景观设施和各类景观植物等。有了这个素材库以后，学生就可以从中查找自己需要的图文信息和设计模型等信息，可以更加直观地了解其中已有的设计材料和工艺，从而实时地更换自己的设计中已用到的各种主要的设计元素，或是通过对比逐渐形成自己较满意的设计方案。在这种学习的过程中，学生学习的积极性会被极大地被调动起来，其设计的自主性和创造性也会得到相应的提高。 "

2.运用虚拟现实技术能有效提高学生对空间的认知能力和形态把握能力

环境艺术设计其本质是设法表现空间的形态美，所以设计者对空间尺度和空间形态的认识和理解就尤为重要。因此，在住宅小区景观设计课程的教学中，教师必须培养学生对空间尺度和空间形态的把握能力和想象能力。对于首次接触该门课程的学生来说，他们的室外空间感和对空间的认知度一般都较差，对空间形态的理解没有一个明析的概念，甚至对同一空间场地中的平、立和剖面关系加以认识都很困难。相对于室内空间来说，室外空间的区域要大很多，比如几千平米的小型商住楼盘的景观设计、几万平米的别墅区的景观规划设计、几十万公顷的超大型城市绿地的景观规划设计。面对这样的空间，学生往往会觉得无从下手。若对大空间和大形态缺乏认识，就势必会阻碍设计的顺利实施。

研究不同的空间状态是景观设计的重要内容之一，所以教师应尽量多地带领学生进行实地考察，以让学生能亲身感受到各种不同的空间状态，从而强化学生对空间尺度与空间形态的认识，能通过不断的积累将感性认识上升到理性层面。这有利于改变长期以来存在着的只依赖书本和图纸资料的教学方式。虚拟现实技术能够让学生很快地对特定的空间尺度和空间形态有充分的认识，能使学生将平面的图纸转化为有参与性的、可实时沟通的三维空间。

数字化虚拟技术还能提供一种针对设计场地的动态漫游，能全方位地展示场地的状况。在我校的住宅小区景观设计课程的教学中，开课之前，我们先设置好设计场地的基本信息：现有的硬质环境的模型和软质环境的模型，同时将白天、夜晚及春夏秋冬不同气候等因素影响下的场地的状况也考虑进去。这是为了强化学生对设计场地的认识，为了让学生能把握好设计的方向，为后续设计工作打下坚实的基础。

3.增强师生间的沟通的实效性

虚拟现实技术可以为教师与学生间的沟通提供一个非常直观、非常容易操作的平台，通过这个可视化的平台，师生之间的沟通会变得更加实时与更加有效，从而也会进一步优化传统的主要是依靠图纸来进行师生间的沟通的教学模式。

在设计过程中，学生借助课前教师为他们提供的设计场地的模型，依靠自己对该设计场地环境状况的解读形成一个设计主题，然后再借助该空间模型在设计场地对自己的设计再进行调整。学生还可以利用动态漫游的方式直观地将场地的空间状况展示出来。做这种展示时，相关设计方案中的参数也都会在计算机里实时地显示出来。在这个过程中，教师就能实地时了解和掌控学生设计的进度及其状况，并据此对学生进行指导，从而强化学生对设计的每一个阶段的理解与认知。至于对学生的设计方案的讲评，通过虚拟现实技术中的可视化的平台，学生们设计出的各种方案都能一一快速而整体地显示出来，教师对之进行点评的方式也会更为直观，师生间的沟通也会不再像过去那样抽象和乏味。

4.提高学生设计的专业性

景观设计属于实用艺术范畴，它强调“以人为本”，它要营造的景观是需要人来参与并供人观赏的，所以其设计绝不能只停留在图纸上。但在初始阶段，许多学生的设计缺乏严谨性。究其原因，课程设置不合理，课程实施过程中先后顺序上的不恰当及教师教学中受传统教学模式的限制等是其中的主要原因。它容易导致学生对所用材料及相应而来的工程造价和工程管理等方面缺少了解，因而也对自己的设计缺乏综合考虑。因此，要培养出合格的景观设计师，教师就必须重视这些环节的教学，并使之具有系统性。

另外，目前学生对景观工程施工过程的了解也知之甚少。景观工程的施工涉及到许多环节，它不仅需要多个部门和多个工种的协作与配合，而且更需要花费大量的人力、物力和财力。不可逆性也是景观工程施工过程中的一大特点。因此，在正式施工之前，为了确保施工能顺利进行，为了保证施工的效果和质量，也需要用虚拟现实技术来模拟施工的过程，需要对可能出现的问题及时地做优化处理，以提高设计的可操作性。

对景观工程造价，学生也应该给予更多的关注和了解。通常情况下，即使是同一个项目，不同的施工方案和施工计划也会有不同的工程造价。所以，为了使学生对工程造价能有较多的了解，教师也可以通过数字化虚拟技术来施行教学，以让学生了解所用材料的选型和选量等情况。通过这个过程，学生能了解设计造价的控制性和经济性，能在很大程度上保证其设计方案的可行性。

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三、将虚拟现实技术运用于景观设计课程的教学应逐步推进

由于数字化虚拟技术有其强大的优势，所以目前就被广泛地应用于景观设计领域。在景观设计课程的教学中，教师可将其逐步引入课堂。根据目前我国各高校的实际情况，要想在短时间内把虚拟现实技术很好地引入设计课程的教学几乎是不可能的，也是不现实的，所以在引入该项技术的过程中，我们应逐步推进，应分阶段进行。

逐步推进的做法主要包括以下几个方面：

1.应让学生全面而科学地认识数字化虚拟技术

前面已经提到，数字化虚拟技术是一种新型的、运用领域非常广泛的技术，它的最大的特点是可以将众多学科的技术要点融为一体，从而满足人们对更加真实的环境体验的需求。目前，常用的数字化虚拟技术主要有，VRP、converse3d、quest3d、unity3d、virtools。为了使数字化虚拟技术能更好地服务于景观设计课程的教学，为了让学生能全面而科学地认识和了解数字化虚拟技术，教师在课堂上可以多放映一些将数字化虚拟技术在设计创作中加以应用的案例及较完整的景观设计的数字化虚拟现实的效果。这实际上也是一种对数字化虚拟技术的宣传和讲解工作，它可以加深学生对数字化虚拟技术的了解，可以为数字化虚拟技术的应用奠定基础。

2.应设法让学生对数字化虚拟技术产生浓厚的兴趣

在学生全面而科学地认识了数字化虚拟技术及其优势以后，下一步就是要让学生对该项技术产生浓厚的兴趣。数字化虚拟技术依靠其强大的数据库及其极具设计感的系统界面，可以从视觉上对学生产生内在而持久的吸引力。比如，以前使用3D MAX、SKTECH UP等软件来制作建筑、山体或河流等模型及其场景要花费大量时间，而使用数字化虚拟技术来塑造模型和场景则只需要短短的十几秒的时间，并且画面的效果还极其逼真和生动，其优势是显而易见的。这样，直观的比较就会大大增加学生对数字化虚拟技术的兴趣。

3.应让学生逐步学会对数字化虚拟技术的应用

首先，要让学生了解并学会对目前非常流行的虚拟现实软件Lumion的操作和应用。该软件是一个实时的3D可视化的工具，它可以传递现场演示的效果，能提供优秀的图像，并将快速和高效结合在一起。利用它，我们能在电脑上创建出虚拟现实的效果，能大幅地降低相关设计的制作时间，即可在短短十几秒的时间内创造出一种惊人的可视化的建筑或设计的效果。教师要让学生熟悉该软件的界面、重要命令和素材库的创建，要让学生能熟练地应用该软件于自己对课程的学习之中。其次，要强化学生对3D MAX和SKETCH UP等软件的应用。

随着科学技术和景观学学科的发展，为使数字化虚拟技术能更好地服务于景观设计，为满足未来对景观设计的更加多样化的要求，各大专院校可以与有关技术和科研单位紧密合作，共同努力研发出更多更高级的场景模拟系统。 <><>