基于虚拟现实技术的《园林建筑设计》 课程教学改革探索

陈紫晗 刘敏楠 韦丽沙 崔晓丽

（仲恺农业工程学院 广东 广州 510000）

《园林建筑设计》 作为园林专业的核心课程，涉及大量三维立体空间的知识与理论。然而，传统的课堂教学模式在培养学生的空间感知能力和设计创造力方面存在一定的限制。随着虚拟现实技术的快速发展和广泛应用，教育领域开始探索将其引入课程教学，以提供更直观、更具实践性的学习体验。在此背景下，引入虚拟现实技术到园林建筑设计课程的教学环节具有重要意义。本文旨在探索如何有效地运用虚拟现实技术，以提升课堂的表现力和效果，推进课程信息化教学改革，同时为教育界和相关领域的学者提供有关虚拟现实技术在教学中的经验和策略，以促进教育教学的创新和发展。

1 虚拟现实技术及其应用

1.1 虚拟现实技术的定义和特点。虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术为20 世纪末期兴起的一门综合性信息技术，是一种综合了多媒体技术、网络技术、人工智能技术以及立体显示技术的新型虚拟计算机环境技术。通过借助头戴式显示设备和交互设备，用户能够与虚拟空间中的物体进行实时互动，并在多种感官上产生沉浸于虚拟世界的感觉，获得身临其境的体验。虚拟现实技术具有以下几个特点：首先，交互性。用户通过交互设备，如手柄、控制器或手势识别设备，可以与虚拟环境中的物体进行实时互动。这种交互性使用户能够在虚拟环境中自由移动、操控物体，从而与虚拟世界产生更加直接的联系。其次，沉浸性。通过头戴式显示设备和立体声音技术，用户能够感受到逼真的视觉效果和立体声音。同时，穿戴设备的运用使用户能够自由移动并与虚拟环境中的物体进行互动，使用户感觉仿佛真的存在于虚拟世界中。第三，构想性。虚拟现实技术为用户提供了构想和创作的空间，用户可以在虚拟环境中进行各种实践活动，如设计、创作、建模等，以实现自己的构想和创意。

1.2 虚拟现实技术的应用。近年来，虚拟现实技术在游戏娱乐、展览展示、辅助设计和教育等众多领域都得到了广泛的应用。在展览展示方面，故宫文化遗产数字化研究所成功构建了虚拟紫禁城，让参观者能够身临其境地感受到故宫宫殿的壮丽。在辅助设计领域，美国利用虚拟现实技术对拉斯维加斯和洛杉矶等城市进行了虚拟试验，为城市规划和设计提供了参考依据。在教育领域，许多高校和研究机构建立起了与各专业相关的虚拟现实实验室，用于相关专业的教学和科研。例如，南京林业大学风景园林学院建设了园林虚拟现实实验室，浙江大学开发了虚拟建筑环境实时漫游系统，北京航空航天大学建立了虚拟仿真实验室，中科院研究生院开发了三维园林景观设计仿真系统。

2 《园林建筑设计》 课程教学现状分析

2.1 课程简介。《园林建筑设计》是园林专业的一门必修课，旨在培养学生掌握园林建筑设计的基本知识和相关规范，使学生能够阅读和理解园林建筑设计图纸，运用所学的知识进行简单的园林建筑设计并绘制成图。该课程由理论课和实践课组成，其中理论课主要采用课堂教学方式，而实践课则引导学生完成小型建筑设计项目。

2.2 教学问题。《园林建筑设计》课程的重点是培养学生在设计建筑空间时所需的能力，因此对学生的空间理解能力提出了较高的要求。该课程要求学生将抽象的概念和理论转化为具体的三维空间，这也是教学过程的难点。在这个过程中，教师需要将抽象的问题具体化、形象化，通过实际案例和实践操作来培养学生的空间塑造能力。然而，目前《园林建筑设计》课程教学中存在一些问题。首先，传统课堂教学以原理的讲授为主，配合二维图片来传授建筑设计知识，但学生难以将抽象的建筑设计原理与复杂的三维建筑空间结合起来。其次，在实践课教学中，学生往往通过绘制平立剖面和构建电子模型的方式来推敲建筑空间，缺乏真实的空间感知，往往导致建筑尺度、比例的失调。最后，传统的课堂教学往往以教师为中心，学生的参与度和互动性有限，导致他们的创作积极性不高，限制了他们在实践中的探索和发展。

2.3 教学改进方向。引入虚拟现实技术辅助教学是解决园林建筑设计课程教学难题的一种有效途径。通过虚拟现实技术，学生可以身临其境地体验和感知三维空间，了解不同维度的因素对建筑空间的影响。此外，可以利用计算机辅助设计软件和模拟工具，使学生能够进行建筑空间的塑造和模拟，提高他们的创造能力和实践能力，同时激发学生的学习兴趣和动力。虚拟现实技术在园林建筑设计课程中的应用前景广阔，有望为学生提供更加直观、实践性的学习体验，促进他们的专业发展和创新能力的培养。

3 虚拟现实技术在《园林建筑设计》 教学中的应用

《园林建筑设计》课程由理论教学与实践教学两部分共同组成，要求学生不仅具备扎实的理论知识，还需要优秀的建筑创作能力。本文从实际角度出发，结合课程特点，梳理出虚拟现实技术在教学中的多种应用方式。在理论课教学方面，除了传统的课堂教学，教师可以引入虚拟案例，利用虚拟案例场景展示和讲解复杂的设计原理，以便学生更加直观地理解和应用理论知识。而在实践课教学方面，教师在布置建筑设计任务书后，可以引导学生运用虚拟现实技术进行场地分析、建模推敲、演示沟通以及虚拟项目实践，从而提升学生在实践中的建筑设计能力。

3.1 虚拟案例教学。通过利用虚拟现实技术，学生能够跨越空间限制，亲身体验和观察世界各地的建筑，例如北京故宫、巴黎卢浮宫、悉尼歌剧院等。在交互设备的支持下，学生可以自由漫游虚拟环境，身临其境地观察经典建筑的尺度、比例、材料和空间布局等方面的特征，感受建筑所传达的情感和氛围。这种身临其境的学习方式可以让学生深入了解不同地区的建筑风格和文化背景。相较于传统的利用平面图或照片进行教学的方式，虚拟现实技术为教师提供了更具交互性和沉浸性的教学方式。教师可以在虚拟案例中引导学生自由移动和观察，使得学习建筑设计原理的过程更加生动直观。学生可以在虚拟环境中与建筑进行互动，通过亲身体验建筑的特征和空间布局，更加深刻地理解和记忆相关知识。此外，虚拟案例教学还可以激发学生的兴趣，提高他们在课程中的参与度。学生可以通过分析经典建筑案例的优劣之处，提出自己的观点和建议，并运用所学知识进行设计创新。这种高参与性、高主动性的学习方式培养了学生的批判性思维和问题解决能力。

3.2 虚拟场地分析与设计方案推敲。在课程的实践训练中，学生会进行某小型园林建筑的设计实践，而虚拟现实技术则可以用于构建虚拟场地环境，帮助学生以直观方式评估场地特征，并为设计方案的深入推敲提供支持。在实践课初期，学生可以通过构建虚拟的场地环境，更好地进行场地分析。在虚拟环境中，学生能够观察和分析场地的地形、植被、水体等要素，并对场地总体布局进行推敲。这种沉浸式的学习方式使学生能够深入理解、分析场地条件对设计方案的影响，并在场地现有基础上进行精细调整和优化。此外，学生可以在虚拟环境中生成设计的建筑，亲身进入建筑内部，感知空间的布局和舒适度。通过虚拟模型，学生得以直接体验设计方案中的空间关系、尺度、光线等内容，评估空间的功能性、美学特征以及用户体验。虚拟现实技术使学生能够将他们的设计在虚拟环境中构建出来，并提供在虚拟建筑中漫步的机会，使学生能够在实践过程中不断完善和优化设计方案。

3.3 虚拟演示与实时调整。通过虚拟演示，学生可以充分展示他们的设计成果，同时观察者能够身临其境地感知建筑的外观、内部布局和环境效果，更好地理解设计意图。这种直观沟通方式促进了设计交流和理解，为学生提供了全面介绍设计方案的机会。此外，教师可以在虚拟现实环境中给予学生指导意见，指出设计存在的问题和改进的方向。学生根据教师的反馈进行实时调整，可以立刻感受到空间的变化。这种实时的反馈和调整过程使学生能够更准确地理解不同设计方案带来的结果，提高他们对建筑设计过程的参与度和专业素养。虚拟现实技术的应用为学生提供了一个模拟的环境，让他们进行实验性的设计决策，评估不同方案的优劣，并通过反馈和调整迭代设计，最终得到更合理、更具创新性的方案。这种基于虚拟现实技术的设计方案推敲方法为学生提供了一种高度参与和自主探索的学习体验，促进了其设计思维和创造力的培养。

3.4 虚拟项目实践。通过虚拟项目实践，学生能够体验园林建筑项目落地的全流程。在虚拟环境中，学生可以参与真实项目的各个设计阶段，包括规划、设计、施工和维护，并进行模拟操作，例如植物选配、建筑材料选择和建造施工等。参与式的虚拟实践，使学生能够更深入地理解园林建筑落地的实际操作和面临的挑战。这种教学方法有助于学生将理论知识与实践操作相结合，提升他们的综合能力和应用能力。此外，实践经验不仅能够丰富学生的学习经历，还能够培养他们的专业素养和职业技能，为他们未来在园林建筑领域的职业发展奠定坚实基础。

4 虚拟现实技术在教学中遇见的问题及策略

虚拟现实技术在教学中的应用虽然具有许多优势，但也面临着一些挑战和限制。以下是其中的3 个主要问题以及相应的策略。

4.1 技术成本限制。虚拟现实技术设备和软件的成本相对较高，这限制了其普及程度。为了克服这个问题，学校可以考虑寻找更经济实惠的设备替代品，例如低成本的虚拟现实头戴式显示器或移动设备。其次，学校可以建立虚拟现实实验室或共享资源中心，让学生共享设备和资源，提高利用效率。通过共享设备，学校可以减少每个学生的个人投资，并确保更多学生能够获得接触和使用虚拟现实技术的机会。此外，学校还可以探索与企业或研究机构的合作，寻求设备和资源的捐赠或赞助，以降低成本。

4.2 培训和支持。教师和学生需要适应和掌握虚拟现实技术，但往往缺乏相应的培训和技术支持。为了解决这个问题，学校可以提供技术培训课程，介绍虚拟现实技术的基础知识和操作技巧。这些培训课程可以帮助教师和学生快速上手，熟悉虚拟现实技术的使用方法，并充分发挥其在教学中的潜力。同时，学校可以建立技术支持团队或在线帮助中心，解答教师和学生在使用虚拟现实技术过程中遇到的问题。这些支持团队可以为教师提供及时的技术指导和故障排除，确保教师能够顺利使用虚拟现实技术进行教学。学校还可以鼓励教师交流经验，建立教学资源共享平台，让教师能够相互学习使用虚拟现实技术的经验和教学实践。

4.3 内容和教学设计。虚拟场景库的构建需要大量时间和金钱的投入，故在使用虚拟现实技术前要进行合理的教学设计，以确保教学目标和学习效果的达成。教师应根据课程目标和学生的学习需求，精心选择虚拟现实场景与案例；合适的内容能够激发学生的兴趣和好奇心，提供具体且有实践性的学习体验。另外，教师可以通过与行业合作伙伴或相关领域的专家合作，获取真实世界的案例和场景，以便更好地与课程内容对接。同时，教师还应注重对学生学习过程的监控和评估。虚拟现实技术提供了丰富的学习数据和反馈机制，教师可以利用这些数据和反馈来了解学生的学习进展和理解程度。通过分析学生的表现和反馈，及时调整教学策略，帮助学生克服困难，提高学习效果。

5 结论与展望

虚拟现实技术的迅猛发展为园林建筑设计的教学带来了新的可能性。本文通过对虚拟现实技术的定义、特点和应用进行深入探讨，揭示了虚拟现实技术在园林建筑设计教学中的重要优势。通过虚拟案例教学、虚拟场地分析、虚拟演示等方式，为学生提供更直观、沉浸式的学习体验，促进了学生的空间理解能力、创造力和实践能力的培养。尽管虚拟现实技术在教学中面临一些挑战，但可以通过寻找平价替代品和提供培训克服这些问题。展望未来，可以进一步研究虚拟现实技术在不同阶段的园林建筑课程中的应用，包括基础知识部分、进阶设计部分等，以满足学生不同阶段的学习需求。其次，还可探索虚拟现实技术与其他教育技术的整合，如增强现实、人工智能等，以进一步提升教学效果和学习成果。随着技术的不断发展和教学方法的创新，虚拟现实技术将在园林建筑设计教学中发挥越来越重要的作用，为培养优秀的园林建筑专业人才做出更大的贡献。