| 标题 | 信息时代背景下的虚拟仿真技术在环境设计教学中的应用研究 |
| 范文 | 俞冠伊 摘要：随着信息技术革命的不断进步与发展，虚拟仿真技术已成为多种领域中的技术开源。为满足当下环境设计领域的新需求，该文针对虚拟现实技术及其在环境设计新型教学模式需求的情感化、多样化、复合化三者中的实际应用状况进行研究，通过导入虚拟现实技术对实际设计过程所带来的深远影响，以及虚拟现实技术环境下的情景化教学、可触碰化教学和复合化教学的策略要点，来应对信息时代背景下的虚拟仿真技术在环境设计教学中的挑战和机遇，以期为拓宽环境设计教学改革思路提供借鉴。 关键词：虚拟仿真技术;情感需求;智能复合;多元化;应用研究 中图分类号：G642? ? ? 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2021）01-0097-02 21世纪随着网络信息技术的加快发展，各类多媒体技术的涌现，形成多元化的技术空间。虚拟仿真技术可以说是未来世界发展的一个导向载体。使用者只需要通过模拟器或者由计算机生成的虚拟仿真系统，就可以体验到最“真实”的物化环境。同时，信息技术的迅猛发展也给传统教环境设计课堂教学带来了新的挑战。环境设计本科专业主要以培养应用型学生为目标，课程主要分为理论学时（30%课程量）和实践学时（70%课程量）。传统课堂多为理论教学以教师为主，学生为辅的扁平式讲授教学;实践考察课虽以学生实践调研为主导，但也会因施工安全性及项目场所限定性导致学生参与感较低。由此可见，如何将传统的环境设计课堂教学手段与环境设计学生的实践行为得到有效发挥，是目前信息时代背景下的环境设计专业课堂教学改革的挑战和机遇。 1 “VR+”环境设计的新途径 1.1 虚拟现实技术 Virtual Reality，即虚拟现实技术，是借助网络技术将仿真技术与人机接口技术、多媒体技术、计算机图形、传感技术等多种技术集合而实现的极具挑战性的交叉技术前沿学科[1]。通俗地说，虚拟现实技术就是使用计算机生成一个逼真三维立体的虚拟场景，在交互期间将模拟环境、视觉系统和仿真系统同步捆绑合为一体，让使用者可以通过使用传感设备轻松获得多种感知的一种技术。该技术依托高科技硬件和软件生成一个模拟真实世界的虚拟环境，给人一种身临其境的观看体验。用户能在这个具有沉 “要识庐山真面目，不需身在此山中”的临场感（Immersion），广阔可想象空间的构建感（Imagination）和强烈互动的参与感。也就是说VR能够实现三维现实，并模拟真实世界的交互环境，是一门新兴的综合性实用技术，应用前景极为广阔。该技术能够实现虚拟情景模拟，依托高科技硬件和软件生成逼真的虚拟环境，用户通过五感与虚拟环境中的人物、场景、事件、主题等建立联系，产生交互性和多感知性的体验。 1.2 虚拟仿真技术的建模途径 虚拟现实的环境建设主要包括：收集素材（DLG影像测量、影像解析）、虚拟仿真环境建模、虚拟仿真运行程序开发（GIS云计算平台）、系统集成、安装和配置演示环境。而要完成虚拟现实功能，其步骤包含：虚拟漫游、操作模型、环境配置、方案比较、信息查询、空间量算。而规划仿真系统的设计开发大致包含三种：1）利用三维地形生成软件Terra Builder构建真实世界的地形模型，并将道路、河流、山川以及人文景观叠加到MPT地形图中，统一生成三维地形模型。2）在.net平台上，利用三维GIS软件Skyline系统软件开发包，建立系统的三维显示框架程序。3）在.net平台上，利用三维GIS软件Skyline系统软件组件开发接口实现各种信息的二维查看、查询、测量等一系列功能以及二维与三维的交互性查看、漫游、并实现二维地图与三维场景的互响应[2]。 1.3 虚拟仿真技术的教学途径 环境设计教育与培训中虚拟现实技术应用领域之广泛，主要包括城市规划、景观设计、室内设计、建筑数据和模型可视化等。比如说在景观设计测绘方面，可以轻松地对规划空间域场域面积进行测绘。或是通过DEM进行土方等工程计算，对房屋的建筑方案，也能随意改动替换。虚拟现实技术还具备集成化、虚拟化与网络化的特性，通过网络即可对室内空间的每一样物体都能具体呈现。由此可见，崭新的技术可以带来新的教育思维，解决环境设计专业课堂限制等扁平式教学模式，解决我们以前无法突破的问题，尤其是在虚拟仿真技术的影响下更具广泛性。但就目前国内将虚拟现实技术应用于学校课程教学的还不多见，目前仍处于重点高校实验室与相关科技公司合作研究的阶段，如北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室、清华大学国家光盘工程研究中心、浙江大学CAD&CG国家重点实验室等[3]。 2 信息时代下的新型教学模式需求 2.1 教学空间的感知化需求 情境认知理论认为，学习活动必须在具体情境中开展，有效学习发生在当学生沉浸在一个情境中，并通过用在该情境中获得的知识与技能来解决问题[4]。而真正的学习因涉及学习者本身，而不仅仅是为学习者提供单一的学习内容，应更加注重知识传播的途径和方法。真正的学习经验能够使学习者发现自己独特的品质，发现自己作为一个人的特征。因此，信息時代背景下的教学环境，教师不仅应根据教材特点和教学内容的要求，创设一个有关的情境，还需使学生如身临其境，如闻其声如见其人，以激发学生的理论认知和情感认同，学习兴趣和积极性，更应该使学生灵活地掌握知识，发展创造力。 2.2 教学手段的多样化需求 随着网络信息技术的深入，教育也不再受环境、场地、设备和时间等局限，将规模化教育走向网络化推进。因此，教学形式的多样化需求日益突出，如数字化学校、数字化教师、网络课堂、远程学习、在线教育、云教育、云计算大数据等虚拟化、扁平化的交互学习平台等将成为教学的新途径。其次，固定化教学环境及教学内容会间接地给学习者施加压力，甚至产生抵触情绪。再者，教学场所的限制、艺术思考受力学、材料工艺等造物法则限制。所以，环境设计传统课堂中的静态化教学手段并未更好的有效地促进教学效果，很难满足课程的多样化、动态化与超时空的个性化环境需求。 2.3 教学模式的复合化需求 在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和教学活动程序。美国学者乔伊斯和韦爾将教学模式分为以下四类。信息加工教学模式、人格（人性）发展教学模式、设计会交往教学模式、行为修正教学模式。不论是教师还是学生希望在同一个环境里能够得到多层次，各类型需求的教学满足。虚拟现实技术构造的教学环境更像是一个围绕“学习者”为中心而建构的多功能信息数据平台，成为承担教学、市场、工地、休闲、娱乐等多功能复合场所。教师可以利用该数据平台实现虚拟和现实的教学环境转换，从而实现多功能复合化的教学模式需求。 3 虚拟化环境设计教学的策略要点 3.1 虚拟化的情境化教学 从情境认知理论出发，认知不能脱离具体的情境，当具体情境与现实越接近，有效学习的概率越大[5]。情境教学法指教师根据教材特点和教学内容的要求，创设一个有关的情境，以激发学生的学习兴趣和积极性，使学生灵活地掌握知识，发展创造力。环境设计学科主要以空间设计为媒介，“虚实共在”，对于学生来说需要极强的想象力。教师在课堂教学过程中，单一的通过图画、音乐等艺术方式缺少代入感，很难帮助学生理解复杂的空间结构。虚拟现实技术可以帮助学生更好的理解多维空间情境，激发学生学习的主动性。如，侗族传统杆栏式民居建筑的榫卯结构学习，需要获取实际三维环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。并通过虚拟仿真技术将场景做出对应的情境，可以帮助学生更好的理解空间尺度、建筑构造等，从而多维度的视觉感官可激发学生的求知欲与创造力。 3.2 虚拟化的可触碰化教学 VR属于数字感知技术，将信息分享传播并将其可视化，同时，也具备触觉反馈技术，用户能够直接操作虚拟物体，并感觉到物体的重量、方向等，从而产生身临其境的感觉。比如，安全性上，环境设计中的施工工艺课程学习。由于场所限制尤其是器械安全等因素，导致实操性较强课程的局限性。利用虚拟现实技术，学生在沉浸的基础上可以用自然的方式操作虚拟物体，模拟实操施工技术，可以大大降低安全风险和资金成本。同时，从虚拟场景中学到的经验同样可用于实际场景。艺术创新上，环境设计中的方案概念创新，可根据不同类别的专业课程设计不同主题场景，加深学生对场景的感官认知等。 3.3 虚拟化的智能复合化教学 课程改革的核心理念是教育以人为本，即“一切为每一位学生的发展”。不同于传统教学模式，虚拟现实技术可以在更大程度上突破现实教学环境的束缚与限制，专注于信息化界面与现实界面的复合设计，即在原有的学习环境之上复合了一层信息化、智能化的交互环境，从而实现智能化、沉浸式、超现实空间等环境体验。如，智能复合化学习环境空间，在有限的物理环境中，将理论与实践结合，结合显性主动交互中的感知交互与技术交互效果。再如实际场所转化为信息交互界面，教师通过虚拟仿真技术为学生们展示教学内容中的参照物与情景，之后学生通过自己的双眼和双手在虚拟化空间中完成“真实”地触摸、观察、丈量、比对等在教室中无法实现的交互，从而调动学生们的好奇心与探索欲望，并激发学习者自主学习的动力。 4 结束语 通过利用超级云计算以及物联网所支撑的云计算的整合，虚拟仿真技术的发展无疑将带动教育行业的前景，起到良好开端和引导作用。目前已有300多个城市实践了虚拟仿真教学技术，搭配使用SAR信息提取与应用，有效解决教学中环境设计实际操作、场域限制、技术局限性等潜在问题。可以说虚拟仿真技术在环境设计教学领域的实际应用，弥补了传统教学的不足。因此，环境设计教学在虚拟仿真技术的架构下定会获得多元化的发展。 参考文献： [1] 张选中，迟宇辰.颠覆教育的虚拟现实技术（VR）探究——评《VR+教育：可视化学习的未来》[J].中国教育学刊，2018（8）：144. [2] 刘京，贾宏涛，常庆瑞，等.GIS三维建模在城市规划中的应用——以江西瑞金市为例[J].天津农业科学，2009，15（3）：39-41. [3] 沈阳，逯行，曾海军.虚拟现实：教育技术发展的新篇章——访中国工程院院士赵沁平教授[J].电化教育研究，2020，41（1）：5-9. [4] 杜颖.VR+教育：可视化学习的未来[M].北京：清华大学出版社，2017. [5] 颜士刚，冯友梅，李艺.“知识”及其把握方式再论——缘于对认知心理学之理论困境的思考[J].电化教育研究，2019，40（5）：18-24. 【通联编辑：谢媛媛】 |
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