Mars 虚拟仿真技术融入室内设计专业教学改革探究

宗广功 梅玲 滕奎

（作者单位：扬州大学美术与设计学院）

当今社会的不断发展，随着多学科教学改革的逐步深入，环境设计专业也同样进行不断的革新，以满足多元化人才培养的新需求。就目前而言，环境设计专业相关课程知识的传授，多以传统灌输式教学方式为主。课程理论教学与实践教学相互分离，师生之间缺少互动，课堂学习氛围不浓，学生在学习中缺乏主观能动性和参与度[1]。此外，课程教学方式不生动，教师授课多采用PPT 等单一方式进行课程内容展现，难以灵活生动地呈现在学生面前，造成受教学生对较复杂的内容一知半解，导致教学质量不高，进而造成学生在实习和就业时无法达到工作岗位专业知识的需求。然而，互联网信息技术的快速发展，为传统教学模式的革新带来契机。2017 年7 月，教育部正式发布了《教育部办公厅关于2017-2020 年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，决定在高校实验教学改革和实验教学项目信息化建设的基础上，在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作[2]。虚拟仿真技术给予了学生实践应用、沉浸体验的机会，基于仿真场景的案例分析、项目调研，采用虚拟仿真技术进行沉浸式交互设计、反馈与评价，解决了“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的问题，让学生获得更多实践机会和自主验证设计效果的机会，必将高效提升学生自主学习、自主实验、自主验证的积极性，进而有效提升其专业能力和项目实践经验。使学生在未来的职场中有效把握先机，获得自身竞争力的提升。以Mars 为代表的虚拟仿真技术，包含模型导入、模型编辑、场景体验过程，与市场中成熟的Sketchup、3DsMax、Maya、Revit 等三维软件有极强的兼容性。软件平台操作和编辑界面为中文显示，所有功能均为图形化操作。在完成场景空间的三维建模并导入Mars 平台后，可以对场景中模型的材质、色彩、粗糙度等进行精细化调整，并可以对模型位置进行移动与旋转。配合平台中的天气调节功能，能够对虚拟场景的季节、天气、光照强度进行自用切换，并支持项目所在地理位置信息光照的模拟功能。对于已构建完成的虚拟场景，支持PC 端第一、三人称视角的漫游，通过虚拟人物可以进行视角高度及行走速度的调控。配合虚拟仿真设备，能够进一步增强虚拟场景的体验感。该技术为室内设计专业相关课程的改革带来新思路，但如何将Mars虚拟仿真技术更好地融入到室内设计相关课程环节的教学中，需要进行系统性地探索。

一、与《室内设计原理》课程的结合

《室内设计原理》课程是室内设计专业的核心课程，其涉及到的教学内容十分广泛。以来增祥等[3]著的《室内设计原理》教材为例，该课程涉及的知识点和内容较多，覆盖整个专业的方方面面，包括室内家具与陈设、室内色彩、设计风格等。通过本课程的学习能够使学生熟练掌握室内设计的基本知识、设计方法和表现技巧，培养学生因地制宜、系统全面地进行方案构思的能力。通过熟悉并掌握不同空间的特点、技术要求和艺术处理手法，初步了解相关的技术规范和指标，并通过设计课题锻炼和考核其综合设计和审美能力。然而，课程教师只在课堂授课环节对单一理论内容的讲述，略显枯燥与乏味。通过结合Mars 虚拟仿真技术，进行《室内设计原理》课程教学内容的创新优化，实现课程中室内家具与陈设、室内色彩与搭配、室内采光与照明等理论模块的及时呈现，对活化授课形式，增强授课效果，具有极强的现实意义。

（一）室内家具与陈设

室内家具与陈设课程即对室内空间进行合理的布局，使家具陈设符合逻辑，充分利用室内空间，增加室内的美观和视觉感受。室内空间布局具有高度的复杂性，其包含功能分区、交通流线、人体工程学等多种内容。如何在有限的教学时间中将这些教学内容进行整合，并且让学生能够理解并且运用是教学环节中的一大难题[4]。通过图片、视频等方式了解室内家具的陈设，使学生无法直观感受到其空间布设效果，且大多数教学内容都需要与实践环节相结合，仅仅通过单一的理论讲解，无法生动地理解。此外，学生对空间的尺寸、比例等方面缺乏明确的认识，只能通过自身的估计进行感量，无法得到高度正确的认知。采用Mars 软件，能够基于多种风格体系的家具与陈设品模型素材库，对室内空间家具等陈设品进行自由选择与摆放，模拟真实的室内空间，使学生对室内的尺寸比例与效果有更为精准的感知。通过采用Mars 虚拟仿真技术进行实时观察，使课堂效率和灵动性大大提升，进一步促进学生对课程内容更为准确和深入地了解。

（二）室内色彩与搭配

在室内设计色彩与搭配课程内容中，根据不同的空间场所设计要求，对于色彩冷暖、轻重、强弱的搭配需求也各具差异。根据室内装饰装修的理论，应用于设计中的色彩属性涉及到三种类型：色相属性、纯度属性及明度属性。室内设计通常要考虑色彩属性的合理搭配，这样才能呈现出最好的效果[5]。合适的色彩搭配不仅可以美化室内环境，还可以满足人们的需求带来良好的感受，而这几个方面的知识内容都比较抽象，仅仅是通过课堂理论的阐述很难达到活学活用的功效。通过Mars 软件可以赋予各空间平、立面色彩变换的功能，比如通过Mars软件展示不同的冷暖效果，不同色彩的冷暖搭配会影响到整个室内环境的氛围，及时感受到不同搭配的效果，获得最优的色彩搭配方案。

（三）室内采光与照明

在室内照明设计教学中，往往只能通过对照明灯具、颜色和形式进行讲授或穿插一些照明视频进行欣赏学习，学生不能直观感受不同类型的灯具表现的不同的明度、亮度、 照度、色温等，不仅造成教学效果不佳，而且学生无法在教学内容的基础上再进行创新创造。在这种情况下，学生们只能通过想象来感受到室内的效果，仅仅停留在表层，没有办法完全的了解到灯光照明的表现形式，并且无法有效感知不同采光与照明设计方法所营造的良好氛围。通过Mars 软件模拟室内场景和不同的光照效果让学生们能够第一时间感受到变化和最直观地体验。例如，通过将多种照明方式进行合理布局，使学生们准确了解其中的主次关系，第二通过灯光的冷暖色调的对比，在合适的场景下选择合适的灯光，使其与整个环境相融合，营造正确统一的良好氛围，增强室内的艺术感。

二、与《装饰工程材料》课程的结合

装饰工程材料课程通过讲授装饰材料的选用原则、分类、品种、特性、规格、性能和适用范围等理论知识，运用多媒体、装饰材料市场考察和相关的教学视频等教学手段，强化学生对常用装饰材料各方面知识的理解和掌握。教师通过布置一定量的课堂绘图练习，使学生熟悉常用装饰材料在室内设计项目中的运用方法，在掌握常用建筑装饰材料的名称、规格、基本特性、性能指标和适用范围的基础上，熟练运用CAD 软件和常用建筑装饰材料，对建筑室内空间的墙面、地面和顶面等建筑部位进行具有一定艺术感的设计。但是，在传统的教学过程中往往出现教学内容和实际使用效果不匹配的现象，学生无法通过图集或材料样板来体验材料成型后的整体效果。装饰材料在教学的过程中往往会出现孤立感，学生无法直观体会其效果，总会忽略材料在室内设计中的重要性，出现重表面而轻内在的现象，这极易为用户的居住留下巨大的安全隐患[3]。此外，如果授课教师仅仅在课堂上使用语言和简单的PPT 进行展示，学生理解起来相对比较困难。

（一）装饰材料的种类

随着工业制造技术的发展，各种新型材料层出不穷，涉及类别巨大。但是，教材中的建筑装饰材料往往无法及时更新，只有一些传统的装饰材料，远远到不到全面的装饰材料认知学习，因此易导致学生接触到的装饰材料有所局限，并限制个人设计思维的活跃性。学生接触的装饰材料品种单一，对不同视觉美感、风格流派的新型材料了解更少，对行业市场状况认知基本处于茫然的状态[6]。通过Mars 软件建立装饰材料材质库，进行多层级划分的同时，赋予各种材料具体的数字参数，能够有效改善装饰材料涉及种类繁杂的局面，优化难以对装饰材料进行直观认知的不足。此外，对于各种装饰材料可以在基于空间模型直接附于材质，应用于模型场景中，更为直观地认知装饰材料的表面效果。例如，对一个室内空间来说，地面装饰材料和顶棚装饰材料存在很大区别，通过Mars 软件按类别建立材质库，赋予不同材质明确的特征信息，进行及时渲染呈现的同时，还能给基于虚拟仿真场景进行快速检索，及时分辨出多种装饰材料的区别。

（二）装饰材料的特征

对装饰材料表面色彩与肌理的认知非常重要。在设计过程中，色彩的搭配是否符合环境所需，每一种装饰材料的不同色彩特点，都是在装饰装修过程中必须考虑的因素，适宜的色彩搭配可以使人心情愉悦，营造良好的环境氛围，可以使整个空间设计风格也一致。针对合适的色彩搭配我们需要选用合适的装饰材料，使装饰材料的色彩相配。通过Mars 软件展现不同装饰材料的效果和是否符合其空间环境氛围，辨别装饰材料的色彩搭配是否满足美观性需求。

三、与《装饰施工构造》课程的结合

在室内设计教学中，装饰施工构造课程也是必不可少的一门课程。该课程通过讲授装饰构造的设计原则、组成形式、装饰施工的分类、施工工艺、验收标准和中小型装饰工程项目管理的基本方法等理论知识，运用多种教学手段，强化学生对常用装饰构造、施工工艺等各方面知识的理解和掌握。教师布置一定量的构造大样图的绘图练习，使学生掌握一定的施工构造知识，明确不同的构造部位如何施工，进一步促进学生绘制施工图的能力提升。但是，就目前而言，由于装饰构造涉及节点类型众多，并且教学方法较为传统，只是一味地灌输理论知识，难以结合实际工程项目进行准确认知，无法使学生真正深入地掌握该门课程的核心内容。因此在工程设计实践中问题频出，学生无法正确地将二维平面图转化为三维立体空间图，造成室内空间安全隐患，或出现设计方案无法和实际施工相匹配，整体偏差较大的局面。为打破该项痛点，通过实际工程项目考察，教师结合施工现场进行讲解，能够大大提高课程知识的理解程度，学生的认知也会更加清晰，对毕业后的实习和工作产生巨大帮助。但是，这种方式虽最为简单直接，但是因为涉及出行成本、与施工方的交涉、安全问题等等而欠缺较高的可行性。通过Mars 虚拟仿真技术建立多种装饰工程构造节点模型，结合虚拟空间效果，采用多步骤交互的形式，能够从多角度、多方位的认知装饰施工构造知识理论。

（一）装饰施工工序

装饰施工课程是装饰施工构造课程重要的组成部分，主要目的是让学生了解施工相关的理论知识，掌握施工的工序，明确施工技术操作办法，从而能够更好地应用于实践，装饰施工工序课程对理论性和实践性的要求都非常高。目前，室内设计专业的学生多为年轻群体，加之相关专业学生自身的理工知识相对缺乏，对工程实践的知识又知之甚少[7]，因为此课程教学过程中涉及到各分部分项工程，都具备各自的流程。如果单纯通过板书或多媒体讲述的方式进行教学，没有实践工程经验的学生很难理解。通过引入Mars 虚拟仿真技术，实现学生对各项工序及相关结构、最终效果进行直接观看，便于让学生对此课程有较为清晰地理解。以墙面乳胶漆的施工工序为例，从初步放线找平，到检查原墙面基层质量，并经过墙面质量修复，进一步进行石膏粉找平、贴高纺布、批刮三层腻子粉，最后完成乳胶漆表面喷涂[7]。在施工过程中，需要对墙面相关质量问题进行格外关注。我们可以通过虚拟仿真技术模拟真实场景并进行交互，查看每一道工序的具体细节与标准，能够使学生对相关理论知识实现更为充分地掌握。

（二）装饰节点构造

装饰节点构造课程是一门以实践为最终目的的课程，建筑装饰构造知识是室内设计专业学生学习和步入施工工作的必备条件，它主要阐述室内建筑装饰各部位的装饰构造要求，介绍各部位构造施工的方法，以及如何施工的合理性，还要训练学生掌握绘制各部位的结构施工图的技能[7]，其重要性不言而喻。但在教学过程中，问题普遍存在，学生对枯燥乏味的理论知识缺乏兴致，并且无法进行现场考察，很难知道相关构造的具体做法和标准。对课程的了解程度也远远不够。但是，通过Mars 虚拟仿真技术进行可以基于材料、尺寸、工序、标准进行交互式建模，解决学生无法进行工程现场考察的不足，增强了课堂内容的可视化和真实性。该方式有益于学生深入了解这门课程的内容，使课程教学更具质量和效率。

四、结语

随着信息技术的不断发展，促进了虚拟仿真技术的进步，有效地解决了传统模式教学下环境设计课程教学不灵活，不能及时呈现课堂内容的不足。虚拟仿真技术的发展给当前的教学模式改革带来了契机，大大提升了课堂教学的效率和质量，有效激发学生的学习兴趣，提高了学生的学习积极性。但是，在社会的不断推动下，技术不断发展，虚拟仿真技术也需随之不断地优化，还需要进行进一步的系统研究，使环境设计专业相关课程教学环节日趋完善。