虚拟仿真实验教学平台在建筑设计教学中的应用分析

    葛碧霄

    [摘 要] 介绍了虚拟仿真概念，总结了虚拟仿真实验教学平台的发展概况及未来趋势，分析了虚拟仿真系统的特点，结合建筑设计教学的特征，分析了虚拟仿真实验教学平台在建筑教学领域包括课程教学和实验实训教学等方面的应用。

    [关 键 词] 虚拟仿真；建筑设计；实验教学

    [中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）13-0273-01

    虚拟仿真，是指利用计算机生成三维动态实景，对现实世界或设计构想的世界进行视觉、听觉及触觉等多通道重现。虚拟仿真实验教学平台则是一套基于虚拟仿真技术的由显示系统、数据捕捉采集系统、数据处理系统、交互控制系统等子系统组成的用于师生实验教学的大系统。其具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）和構想性（imagination）的特点。

    一、虚拟仿真实验教学平台的发展概况及趋势

    虚拟仿真技术在设计行业，目前主要应用在建筑规划设计、城市规划设计、景观园林设计、房地产应用、名胜古迹虚拟等领域[1]。同时在高校教学中，虚拟仿真实验教学平台也获得了越来越多的应用。该系统在国内已在食品工程、工程力学、医学、城市规划、建筑学、风景园林、机械工程等学科领域展开应用。虚拟仿真实验室发展迅速，教育部在2015年已在全国范围内遴选出100个国家级虚拟仿真实验室，范围涵盖了北京大学、清华大学等双一流高校及其他一些高水平高校。

    在未来随着计算机技术的发展以及互联网带宽和5G等通信技术的开发，信息的计算和传递效率将大大提高，可以预知，虚拟仿真系统的开发平台和图像生成处理系统将从客户端消失，取而代之的是云计算模式，即图像的计算生成将在服务供应商的服务器中完成，然后通过网络发送到客户端，从而使虚拟仿真系统体积小型化、安装简易化、使用灵活化、建设难度降低[2]。

    二、虚拟仿真实验教学平台在建筑设计教学中的运用分析

    （一）课堂教学

    课堂教学是建筑设计教学的主要内容，课堂教学结合虚拟仿真教学平台，可以使所授理论知识更加形象生动，提升课堂教学的维度。主要包括如下课程：

    1.中外建筑史

    中外建筑史知识体系中的理论知识和史料较多，在传统建筑史教学过程中，教师只能通过图片和抄绘来帮助理解，但这种信息传达方式不够立体，学生在学习时还是如雾里看花，也提不起学习兴趣。

    在建筑史教学过程中引入虚拟仿真实验教学平台，充分利用该系统的特性，通过前期对建筑史中中外各代表性建筑的数字化建造，使师生在课堂内即能够“身临其境”，系统和连贯地学习建筑史内容，更重要的一点是可以从更高的维度了解和掌握建筑史中的知识，并提升学习兴趣。

    2.建筑构造

    建筑构造在教学过程中也面对相似问题，利用虚拟仿真教学系统则能够使知识的传达立体化，有助于学生的理解。例如，建筑构造中一些构件是如何搭接的，再如斗拱、椽等传统木结构建筑中的复杂构件各零件之间是如何衔接的等，都可以通过虚拟仿真教学系统再现搭接过程，实现教学的动态化、立体化、多维化。

    3.场地设计

    在场地设计的教学中面临一个新的问题，即受到学校所在地区地形限制，场地设计时无法实地感受多种多样的场地类型，典型如平原地区的高校在做场地设计时将很难实地感受山地类型的感受，这也对课程的选题造成了一定限制。而虚拟仿真实验教学平台可以通过数字建模模拟各种类型的场地，并利用自身浸入式的特性，使师生更立体地感受不同的场地类型。

    （二）实验实训教学

    建筑学的实验实训教学可以归纳为两方面——模型搭建和建筑物理实验。

    1.模型搭建

    在许多高校建筑学的课程体系中，实体模型的搭建都是重要一环，相较于利用Sketchup、犀牛等三维建模软件，学生通过实体模型的搭建可以更好地感受作品的空间组合和建筑的比例尺度。但实体模型制作者和观察者始终是从“上帝视角”来审视作品，还是无法达到“人视点”观察的真实性和直观性。虚拟仿真实验教学平台融合了数字模型和实体模型的优点，既能快速建模，提供“人视点”的观察视角，又可身临其境浸入式体验建筑空间。

    2.建筑物理实验

    由于学校教学条件的限制，许多建筑设计实验，像天然光导光系统和全年采光实验、高层建筑玻璃幕墙冲击波防护实验等是无法现实完成的。通过虚拟现实技术的应用，可以有效解决建筑设计实验条件无法满足实验实训的矛盾。

    三、结语

    虚拟仿真实验教学系统是基于计算机技术、互联网技术的现代高科技产物。未来随着该系统的继续发展，建筑设计教学必将发生革命性的变化，教学将变得更加直观、立体，互动性更强，学生学习兴趣也将大大提高，培养更多优质的建筑设计人才。

    参考文献：

    [1]沈旭涛.数字建筑不朽之城：议虚拟现实技术在建筑设计领域的应用[J].四川建筑，2006（3）：42-43.

    [2]游丽.虚拟现实技术在建筑设计教学领域的应用[D].四川师范大学，2010.

    [3]黄思程.虚拟现实技术在建筑设计教学领域的应用分析[J].考试周刊，2017（83）：23.