虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)外設(shè)計與教學(xué)中的應(yīng)用研究

李軍

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為21世紀(jì)發(fā)展的重要技術(shù)，在室內(nèi)外設(shè)計業(yè)、教育等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；人機(jī)交流；室內(nèi)外設(shè)計；教育

社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展帶來了大量的技術(shù)創(chuàng)新，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是21世紀(jì)產(chǎn)生的重要技術(shù)之一，是一門涉及計算機(jī)、圖像處理、模式識別、語音和音響處理、傳感與測量、仿真、人工智能技術(shù)、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。它由計算機(jī)軟、硬件以及各種傳感器構(gòu)成三維信息的虛擬狀態(tài)，可以真實地模擬現(xiàn)實世界功能上的、物理上的事物和環(huán)境。這個虛擬環(huán)境由計算機(jī)生成的，作用于人的視覺、聽覺、觸覺等器官，使人產(chǎn)生一種身臨其境的視景仿真。

虛擬現(xiàn)實作為一門先進(jìn)的人機(jī)交流技術(shù)和藝術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的改變，為各行業(yè)提供切實可行的解決方案，并且越來越顯示出廣闊的應(yīng)用前景。涉及領(lǐng)域包括軍事、地理、教育、室內(nèi)設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、城市規(guī)劃、房地產(chǎn)等領(lǐng)域的各個方面。其中建筑設(shè)計方面，利用技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合藝術(shù)設(shè)計，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國內(nèi)的北京、上海、廣州等城市應(yīng)用很廣，建筑師與設(shè)計者正面臨一種新的工作模式，即擁有虛擬現(xiàn)實技術(shù)能力與藝術(shù)設(shè)計能力的完美結(jié)合。

虛擬現(xiàn)實作為一種新媒體藝術(shù)形式是典型的技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，對于從事室內(nèi)外設(shè)計的人員來說，應(yīng)當(dāng)具備利用新時代背景下的技術(shù)來提升作品的藝術(shù)性的綜合能力。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)的設(shè)計手段相比具有明顯的特點和技術(shù)優(yōu)勢。虛擬現(xiàn)實技術(shù)給用戶帶來的不僅僅是設(shè)計作品視覺展示效果上的變革，更讓用戶從中得到了與眾不同的全新交互式體驗。傳統(tǒng)的設(shè)計制作表現(xiàn)方法有效果圖、動畫和沙盤等表現(xiàn)形式。效果圖有手繪和電腦兩種，它們都是平面化的三維圖像，用戶只能以特定的視角去觀看三維模型，只能用放大和縮小圖像來觀看模型的局部細(xì)節(jié)，圖像繪制區(qū)域外的其他區(qū)域的模型是看不到的，它無法完全展開三維模型的空間思維以及空間的立體效果，可操作性不強；而動畫雖然看起來比效果圖動感十足，但只能依據(jù)固定的路線去瀏覽路徑上的相機(jī)視角內(nèi)的三維場景模型，只能通過暫停和重放來觀察模型的局部細(xì)節(jié)，而且圖像的質(zhì)量還不如效果圖清晰；沙盤模型是實際場景的縮小化，雖然與實際場景很像，但細(xì)節(jié)受到模型制作比例和材料的限制，很多細(xì)節(jié)都被省略掉，無法完全真實地表現(xiàn)出實際場景。以上幾種表現(xiàn)方法，他們都無法實現(xiàn)交互功能，虛擬現(xiàn)實技術(shù)則打破了室內(nèi)外設(shè)計以往的從平面、立面、剖面和三維模型的表現(xiàn)模式，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)加工制作的三維場景模型，能逼真的表現(xiàn)三維場景環(huán)境，直觀地展現(xiàn)設(shè)計并實現(xiàn)交互功能。在虛擬的三維環(huán)境中允許用戶用虛擬的、動態(tài)的方式以各種視角全方位展示場景模型所處的地理環(huán)境、場景模型的外貌和建筑的室內(nèi)空間以及各種附屬設(shè)施，身臨其境的感受空間、尺度、環(huán)境光線，以及全方位的去觀察場景模型結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計人員對建筑結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，加強建筑結(jié)構(gòu)和材料預(yù)算的準(zhǔn)確性。用戶可以在三維的室內(nèi)空間中自由行走，任意變換自己在場景中的視角位置，還可以實時進(jìn)行改變墻壁的顏色或更換不同材質(zhì)的墻壁紙，改變地面的顏色或更換不同的木地板、瓷磚的貼圖等，并能改動家具的擺放位置、更換不同的裝飾物品。設(shè)計者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，去觀察設(shè)計的效果，直到滿意為止。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建的靜態(tài)或動態(tài)的三維物體模型，讓設(shè)計者的設(shè)計方案，變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，虛擬現(xiàn)實技術(shù)這種方式更有表現(xiàn)力和感染力，它所傳遞的信息更為逼真，更能夠吸引用戶的注意。交互功能，房間的切換，建立導(dǎo)航功能，虛擬現(xiàn)實中的骨骼動畫，正是虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶來的這些完美的室內(nèi)外環(huán)境表現(xiàn)，使得虛擬現(xiàn)實在室內(nèi)設(shè)計中倍受人們關(guān)注。在建筑和室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域，設(shè)計師們也開始利用這項技術(shù)探索新的創(chuàng)作思路和藝術(shù)表現(xiàn)形式。藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用更應(yīng)強調(diào)與重視技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合，技術(shù)與設(shè)計之間的銜接和轉(zhuǎn)化。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段提升藝術(shù)設(shè)計效果，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，給在現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計藝術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計師們提供了新的創(chuàng)意空間，從而也給整個藝術(shù)領(lǐng)域帶來了全新的歷史變革和突破。

虛擬現(xiàn)實在設(shè)計中應(yīng)用成為一種必然趨勢，同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教育領(lǐng)域的推動創(chuàng)新也是革命性的。它是一個設(shè)計工具，也是一個演示媒體，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教育領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新仍然屬于探索和發(fā)展的階段，而高等院校的室內(nèi)和環(huán)藝專業(yè)如何開設(shè)相關(guān)課程進(jìn)行教學(xué)和課程建設(shè)，以及教育教學(xué)中利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)完成教學(xué)任務(wù)，已成為高校教育和科研人員正努力著手的教學(xué)研究課題。

一方面，高校的室內(nèi)設(shè)計專業(yè)在課程開發(fā)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為必然性。高校開設(shè)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的學(xué)習(xí)必然豐富學(xué)生設(shè)計表現(xiàn)的方式方法，并且能滿足社會對虛擬現(xiàn)實技術(shù)人才的需求，為設(shè)計人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。在高校室內(nèi)外設(shè)計專業(yè)教育的人才培養(yǎng)中，應(yīng)該在現(xiàn)有教育內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)發(fā)展開拓新的專業(yè)方向或課程，同時完善室內(nèi)設(shè)計教育體系中這種全新的藝術(shù)語言和創(chuàng)作方式。通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計、城市規(guī)劃、房地產(chǎn)、展覽展示的方案案例進(jìn)行研究，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入室內(nèi)和環(huán)藝專業(yè)課堂教學(xué)，提高學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)人才培養(yǎng)。

另一方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也將廣泛地應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有虛擬真實與交互特點，作為一種較好的設(shè)計表現(xiàn)手段也可以引入室內(nèi)設(shè)計的教學(xué)過程中，利用虛擬現(xiàn)實軟件構(gòu)建互動場景，對現(xiàn)有的教學(xué)過程、教學(xué)手段、方式進(jìn)行創(chuàng)新，完成傳統(tǒng)教學(xué)中無法實現(xiàn)的教學(xué)過程。教師在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇、設(shè)計、信息加工和即時演示，根據(jù)教學(xué)需要，設(shè)計新的學(xué)習(xí)軟件，同時對教學(xué)程序、教學(xué)方式、教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的課件可以用自然的交互方式與虛擬場景中主體直接進(jìn)行交互，對相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行二次開發(fā)，把新技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)資源進(jìn)行整合，不斷豐富和完善新的室內(nèi)設(shè)計類課程內(nèi)涵，實現(xiàn)室內(nèi)設(shè)計在虛擬環(huán)境下的可控操作，形成直觀生動的教學(xué)案例融入室內(nèi)設(shè)計類課程教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化提升。

其次，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的優(yōu)勢在于為教育創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。對現(xiàn)今的教學(xué)方式，不再是單純地依靠書本、教師授課的形式。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互式的操作環(huán)境、實時三維空間表現(xiàn)能力，并以視覺形式產(chǎn)生一個多維信息展示空間，給人帶來身臨其境的感受，改變了人們只有親身經(jīng)歷，才能了解環(huán)境的模式，從而有效地擴(kuò)展了人們的認(rèn)知手段和領(lǐng)域。它彌補了教學(xué)所不能達(dá)到的許多方面。做比聽和說更能接受更多的信息，三維的展現(xiàn)形式必然使學(xué)習(xí)過程形象化，使學(xué)生更容易接受和掌握。在虛擬環(huán)境下展現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容會更加生動，逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生增加對課程的學(xué)習(xí)興趣，也會活躍課堂的氣氛，發(fā)揮主動性，在實際的動手操作中得到更深的體會。例如，學(xué)生在虛擬房間進(jìn)行裝飾裝修的互動模擬，提高教學(xué)效果。特別是隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，虛擬網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，將使個別化教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)得到實現(xiàn)。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在室內(nèi)設(shè)計與教學(xué)領(lǐng)域的研究應(yīng)用對室內(nèi)設(shè)計行業(yè)有重要的價值和意義。隨著計算機(jī)硬件軟件技術(shù)的發(fā)展，這個領(lǐng)域的技術(shù)潛力應(yīng)是巨大的，在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用前景也會更加廣闊。我們期待，通過虛擬技術(shù)超強的畫面表現(xiàn)能力和豐富的特效功能，在設(shè)計領(lǐng)域中發(fā)揮極其重要的作用，給用戶創(chuàng)造溫馨和富有創(chuàng)造力的設(shè)計生活，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的發(fā)展。