結(jié)合VR技術(shù)的建筑學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐

李建晶，商墩江

（廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建 漳州 363105）

1 引言

VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成的交互式三維環(huán)境，可以使參與者感受到景物或模型十分逼真地存在，同時(shí)可以對(duì)參與者的運(yùn)動(dòng)和操作作出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地響應(yīng)。目前隨著VR技術(shù)快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑、藝術(shù)、游戲等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

目前，建筑學(xué)課程教學(xué)采用多媒體技術(shù)，利用文字、圖片、視頻等方式授課。但二維的圖片只是截取了建筑的某個(gè)角度或片段，對(duì)于建筑的三維空間及環(huán)境的表達(dá)是片面的；視頻資料更能表達(dá)建筑和空間，但它是在固定的路徑和視角來觀看的，難以全面、直觀表達(dá)[2]。同時(shí)這種教學(xué)方式，學(xué)生只是被動(dòng)地接受，缺乏互動(dòng)和體驗(yàn)，所以學(xué)習(xí)的興趣和積極性受到影響。

2 VR技術(shù)對(duì)建筑學(xué)課程教學(xué)的意義

VR技術(shù)具有沉浸感和交互性，并可以打破時(shí)空的限制，將VR技術(shù)應(yīng)用到建筑學(xué)課程教學(xué)中，能夠增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的建筑設(shè)計(jì)能力[3]?？梢蕴岣呓虒W(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)教學(xué)效果，使建筑學(xué)的教育理念和方式發(fā)生重大變化，推動(dòng)建筑學(xué)教學(xué)的發(fā)展，對(duì)建筑學(xué)教學(xué)具有很大意義。

2.1 沉浸式的體驗(yàn)效果

沉浸式的體驗(yàn)是指通過VR技術(shù)讓用戶在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)真實(shí)環(huán)境的感受，使用戶由觀察者變成參與者，沉浸其中并可以參與虛擬世界的活動(dòng)。

對(duì)于建筑學(xué)課程的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生有較好的空間想象力，空間想象力差的學(xué)生對(duì)于相關(guān)課程的學(xué)習(xí)有一定障礙。通過VR技術(shù)，可以將建筑作品轉(zhuǎn)化為可視化、沉浸式的體驗(yàn)效果，使學(xué)生更好地理解建筑空間并完成相關(guān)建筑設(shè)計(jì)?？梢詫⑹谡n內(nèi)容變成逼真的體驗(yàn)效果，使學(xué)生沉浸式地體驗(yàn)相關(guān)建筑，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

特別對(duì)于建筑設(shè)計(jì)類的課程，運(yùn)用VR技術(shù)使學(xué)生創(chuàng)造的虛擬建筑有很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)感，仿佛完全置身于虛擬建筑之中一樣，感受到身臨其境的效果。并且對(duì)于高質(zhì)量的建筑模型，還可以讓老師和學(xué)生感受到建筑設(shè)計(jì)作品類似建成時(shí)的樣子，使學(xué)生更加深刻地理解自己做的建筑設(shè)計(jì)作品，并可以做出準(zhǔn)確的調(diào)整和修改，從而大大地提高了設(shè)計(jì)效率和效果。

VR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)類的課程中，還包括建筑理論課程和建筑實(shí)踐課程等。目前已經(jīng)有很多建筑學(xué)相關(guān)院校將VR技術(shù)運(yùn)用到課程上，并建立了虛擬技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)VR技術(shù)的運(yùn)用也得到了大部分老師和學(xué)生的認(rèn)可和贊賞。

2.2 交互式的趣味效果

VR技術(shù)的交互性是指在建筑設(shè)計(jì)過程中可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的建筑方案創(chuàng)作，實(shí)現(xiàn)虛擬世界人與人、人與計(jì)算機(jī)之間的信息交互，使得人機(jī)交互更加人性化。在交互進(jìn)行時(shí)，用戶與虛擬世界的交互是自然的、實(shí)時(shí)的，因此用戶之間能產(chǎn)生如同在真實(shí)世界中一樣的感覺。

在教學(xué)過程中，VR技術(shù)的交互性也改變了老師和學(xué)生的看圖和交流方式，師生可以同時(shí)進(jìn)入到虛擬空間，直接實(shí)時(shí)修改建筑設(shè)計(jì)作品，學(xué)生可以準(zhǔn)確地理解老師的意圖，使老師的授課效率大幅提升。設(shè)計(jì)院在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)過程中，VR技術(shù)也大幅提升了與甲方的溝通效率，特別是對(duì)于一些非專業(yè)人士的甲方，能夠真實(shí)地體驗(yàn)建筑空間，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互式地交流，有利于建筑設(shè)計(jì)作品及時(shí)得到甲方的認(rèn)可。

在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑設(shè)計(jì)作品進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)編輯和比較，實(shí)現(xiàn)“所見即所得”。設(shè)計(jì)師可以對(duì)建筑所處的物理環(huán)境進(jìn)行改變，包括天氣和時(shí)間的更改；可以對(duì)建筑的材質(zhì)和色彩進(jìn)行調(diào)節(jié)；也可以增加景觀小品、植物、人物等配景，并對(duì)其修改和調(diào)整。這些調(diào)整內(nèi)容不同于普通軟件，當(dāng)佩戴VR眼鏡進(jìn)行操作時(shí)，可以具有沉浸式的體驗(yàn)效果，從而做出的修改更加直觀、真實(shí)和準(zhǔn)確，使建筑設(shè)計(jì)作品更加完美。

2.3 打破時(shí)空的限制

在建筑學(xué)的教學(xué)中，很多課程需要進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，一方面是調(diào)研已經(jīng)建成的建筑作品，對(duì)其進(jìn)行分析和鑒賞。另一方面是調(diào)研建筑設(shè)計(jì)場(chǎng)地，對(duì)其場(chǎng)地周邊環(huán)境、交通狀況、人文歷史等進(jìn)行分析。運(yùn)用VR技術(shù)可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)調(diào)研，不需要去到調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)研，打破了時(shí)間和空間的限制，節(jié)約了時(shí)間和金錢的成本。

運(yùn)用VR技術(shù)，甚至可以實(shí)現(xiàn)時(shí)空的穿越，例如可以到現(xiàn)在已經(jīng)不存在，過去曾經(jīng)存在的某個(gè)建筑，或者去到未來的某個(gè)場(chǎng)景。對(duì)于建筑歷史類相關(guān)課程，往往很多歷史建筑現(xiàn)在已經(jīng)不復(fù)存在，將歷史建筑模型還原后，佩戴VR眼鏡進(jìn)行體驗(yàn)，可以看到原有歷史建筑，達(dá)到逼真的體驗(yàn)效果。使一些不存在的歷史建筑再次呈現(xiàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)這些歷史建筑，可以使學(xué)生更加深刻地理解這些建筑，對(duì)建筑歷史課程教學(xué)具有很好的應(yīng)用意義。對(duì)于某些建筑概念設(shè)計(jì)競(jìng)賽，往往是一些超前的、夸張的建筑設(shè)計(jì)，通過VR技術(shù)可以使學(xué)生去到未來的建筑設(shè)計(jì)場(chǎng)景，感受未來世界的建筑空間，有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)作概念建筑設(shè)計(jì)作品的靈感。

3 VR技術(shù)結(jié)合建筑學(xué)課程應(yīng)用策略

本文主要通過“古建實(shí)習(xí)”和“專題建筑設(shè)計(jì)”這兩門課程應(yīng)用VR技術(shù)進(jìn)行說明，這兩門課程一個(gè)是建筑實(shí)踐類課程，一個(gè)是建筑設(shè)計(jì)類課程，分別具有各自課程特點(diǎn)的代表性意義。

3.1 “古建實(shí)習(xí)”課程

“古建實(shí)習(xí)”是建筑學(xué)專業(yè)的專業(yè)必修課。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠獲得古建筑構(gòu)造基礎(chǔ)知識(shí)，定性定量的直接認(rèn)識(shí)中國傳統(tǒng)建筑的藝術(shù)與技術(shù)特點(diǎn)，彌補(bǔ)課堂和書本學(xué)習(xí)的局限。

原本是在線下進(jìn)行古建測(cè)繪實(shí)習(xí)，由于疫情的原因，某個(gè)學(xué)期改為線上教學(xué)。無法線下實(shí)地測(cè)繪古建筑對(duì)于這門課的學(xué)習(xí)造成了很大的障礙，但是通過VR技術(shù)可以很好地彌補(bǔ)線上教學(xué)的缺陷。由于缺少VR設(shè)備等原因，課程主要通過VR技術(shù)中全景圖的運(yùn)用。

該課程最后提交的學(xué)生作品是關(guān)于古建筑的詳細(xì)介紹文本，包括古建筑的地理環(huán)境、人文歷史、平立剖技術(shù)圖紙、效果圖等。對(duì)此本次課程增加了VR成果展示，部分學(xué)生在一兩天的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)了“光輝城市”的Mars和Venus軟件，并很好地完成了VR成果作品。學(xué)生的VR成果展示可以通過二維碼掃描觀看，直接通過手機(jī)、PAD、電腦等終顯示端欣賞全景圖；也可以搭配使用VR眼鏡呈現(xiàn)沉浸式的體驗(yàn)效果。本學(xué)期該課程的古建筑研究對(duì)象是位于福建省漳州市的浦西城堡，浦西城堡作為中國傳統(tǒng)村落并位于學(xué)校周邊具有很好的研究價(jià)值。下面通過學(xué)生的VR作品成果對(duì)其進(jìn)行描述說明。

3.1.1 全景視圖展示

通過掃描學(xué)生作品的二維碼，首先進(jìn)入畫面的是360°全景展示，緊接著可以看到浦西城堡的鳥瞰效果，如果僅是通過手機(jī)操作，直接通過手機(jī)觸屏的方式，可以任意切換鳥瞰角度，如圖1所示。

圖1 學(xué)生作品二維碼和打開后浦西城堡鳥瞰

點(diǎn)擊場(chǎng)景內(nèi)的某些標(biāo)記進(jìn)入到場(chǎng)景內(nèi)部，可以實(shí)現(xiàn)人視角度的觀察，這種人視角度同樣是全景視角，可以在場(chǎng)內(nèi)任意環(huán)顧四周，也可以抬頭看天，低頭看地，更加全面地欣賞場(chǎng)景內(nèi)的建筑。同時(shí)在場(chǎng)景內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)漫游，在場(chǎng)景內(nèi)任意行走，欣賞不同位置的建筑效果，也可以點(diǎn)擊其中某棟建筑，重點(diǎn)欣賞比較重要的建筑，如圖2所示。普通效果圖只能按照設(shè)計(jì)者設(shè)定的位置和角度去觀察建筑，全景視圖可以由觀察者自主選擇不同的位置和角度，對(duì)于觀察者有了極大的自主性和更強(qiáng)的體驗(yàn)感。

圖2 點(diǎn)擊標(biāo)記在浦西城堡行走

在該學(xué)生作品全景視圖中，可以自主選擇切換天氣，可以欣賞四種天氣模式，包括晴天、傍晚、雨天、夜晚，如圖3所示。欣賞建筑在不同天氣和環(huán)境下效果的呈現(xiàn)，極大地提升了對(duì)建筑作品欣賞的全方面體驗(yàn)感。同時(shí)這些操作，僅僅是通過掃描二維碼后，通過手機(jī)點(diǎn)擊就可以輕松實(shí)現(xiàn)切換，操作簡單方便。

圖3 浦西城堡切換傍晚和雨天天氣

3.1.2 重點(diǎn)建筑案例詳解

該課程將浦西城堡內(nèi)的德林廳作為重點(diǎn)研究對(duì)象，對(duì)德林廳設(shè)置了更多的分析。通過掃描二維碼后，從鳥瞰圖中找到德林廳的標(biāo)識(shí)，點(diǎn)擊后來到德林廳。這時(shí)可以切換晴天、雨天和夜晚三種顯示模式，可以感受德林廳在三種模式下的不同建筑環(huán)境效果。

同時(shí)可以點(diǎn)擊德林廳的重點(diǎn)建筑構(gòu)件標(biāo)識(shí)，包括燕尾脊、墀頭、對(duì)看堵、水車堵等閩南傳統(tǒng)建筑構(gòu)件。點(diǎn)擊后是對(duì)這些構(gòu)件詳細(xì)說明或者構(gòu)件放大解析，這有助于學(xué)生進(jìn)一步了解這些閩南傳統(tǒng)建筑構(gòu)件的具體信息，這種方式比圖片形式的講解會(huì)更加直觀，如圖4所示。

圖4 德林廳建筑外部標(biāo)識(shí)和構(gòu)建詳解

點(diǎn)擊可以進(jìn)入德林廳的內(nèi)部，欣賞建筑內(nèi)部空間，同樣這樣的內(nèi)部空間是全景視角，可以清晰地看到建筑內(nèi)部的墻面材料、地面鋪裝、屋頂天花、門窗家具等建筑更多細(xì)節(jié)?？梢宰杂汕袚Q進(jìn)入到不同的房間，感受到不同房間的空間尺度和具體細(xì)節(jié)，如圖5所示。

圖5 德林廳內(nèi)部空間效果

3.1.3 配合手機(jī)VR眼鏡

通過手機(jī)、PAD、電腦等終顯示端觀看，欣賞的只是全景視圖效果，沒有真正體驗(yàn)VR的沉浸式體驗(yàn)效果。如果在手機(jī)端點(diǎn)擊右下角功能中的VR眼鏡，將手機(jī)插入到VR盒子中，即是手機(jī)VR眼睛，配合手機(jī)VR眼鏡觀看，就可以看到VR端全景視圖，此時(shí)看到的浦西城堡是具有沉浸式的體驗(yàn)效果，仿佛真正置身在浦西城堡一樣[4]。

戴上手機(jī)VR眼鏡后，想要實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作，需要將屏幕上的十字小光標(biāo)在相應(yīng)標(biāo)識(shí)處停留兩秒即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。如果想環(huán)顧四周，欣賞不同位置的建筑細(xì)節(jié)，可以直接通過抬頭、低頭和轉(zhuǎn)頭的方式實(shí)現(xiàn)，這跟在現(xiàn)實(shí)世界中環(huán)顧四周觀看不同景物的方式一樣。

沒有配合VR眼鏡去觀看全景視圖，感受到的是建筑全方面細(xì)節(jié)信息，當(dāng)佩戴上VR眼鏡后，才真正體會(huì)VR技術(shù)的樂趣，體會(huì)到VR技術(shù)的意義。因?yàn)橹挥信宕鱒R眼鏡后，才能真實(shí)體會(huì)到VR技術(shù)具有沉浸感、交互式、和打破時(shí)空感的奇妙體驗(yàn)效果。

3.2 “專題建筑設(shè)計(jì)”課程

“專題建筑設(shè)計(jì)”是建筑學(xué)的主要課程，是學(xué)生對(duì)建筑設(shè)計(jì)能力的進(jìn)一步提升。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容是居住區(qū)規(guī)劃與住宅建筑設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要能解決主要問題、并能夠提出相應(yīng)的對(duì)策方法，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在課程作業(yè)文本中用VR效果展示。在本次課程作業(yè)完成后，邀請(qǐng)“光輝城市”公司把VR設(shè)備帶入到教室，讓學(xué)生真正體驗(yàn)VR技術(shù)。

3.2.1 頭戴VR眼鏡體驗(yàn)

此次課程設(shè)計(jì)采用分組完成，一共6組同學(xué)，每組同學(xué)約5到6人。在體驗(yàn)VR技術(shù)時(shí)采用結(jié)合課程設(shè)計(jì)作品分組進(jìn)行，體驗(yàn)的作品是學(xué)生自己組內(nèi)居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)作品，每組同學(xué)都欣賞自己的建筑設(shè)計(jì)作品，對(duì)自己的設(shè)計(jì)作品有了更深入地了解，有利于更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

“光輝城市”公司此次攜帶的是三星頭戴VR眼鏡，相比于插入手機(jī)VR眼鏡，有更強(qiáng)的沉浸式體驗(yàn)感。將三星頭戴VR眼鏡與筆記本相連，直接將同學(xué)做的Sketchup模型導(dǎo)入到“光輝城市”的Mars軟件中，可以立即進(jìn)入到VR場(chǎng)景內(nèi)，不需要提前制作二維碼。同時(shí)在VR場(chǎng)景內(nèi)，通過手柄操作，可以直接漫游到任何地方，不需要提前設(shè)定好某個(gè)位置。這種方式的操作更加直接方便，但是需要更高級(jí)的VR設(shè)備以及相匹配的電腦。

在頭戴VR眼鏡結(jié)合Mars軟件時(shí)，可以在場(chǎng)景內(nèi)添加配景，包括植物、人物、景觀小品等，并可以對(duì)這些配景其進(jìn)行編輯和修改，也可以改變建筑所處環(huán)境的時(shí)間段和不同天氣。上述的操作是直接在頭戴VR眼鏡端進(jìn)行的，可以在整個(gè)操作過程中更有沉浸感，真實(shí)感更強(qiáng)，感受到更多細(xì)節(jié)，使做出建筑設(shè)計(jì)作品更加準(zhǔn)確和完美。

3.2.2 應(yīng)用VR技術(shù)后評(píng)價(jià)效果分析

在學(xué)生體驗(yàn)完VR技術(shù)后，對(duì)課程班的35位學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，通過學(xué)生的問卷調(diào)查結(jié)果可以看出：大部分學(xué)生對(duì)這次VR技術(shù)體驗(yàn)感到“新鮮刺激，感覺能進(jìn)入自己設(shè)計(jì)的建筑環(huán)境很新奇”；大部分學(xué)生喜歡VR技術(shù)和建筑設(shè)計(jì)課程相結(jié)合，并對(duì)該課程的學(xué)習(xí)有幫助作用；大部分學(xué)生愿意老師進(jìn)一步將VR技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)課程相結(jié)合以提高學(xué)習(xí)效果，并愿意花費(fèi)時(shí)間學(xué)習(xí)VR技術(shù)；同時(shí)部分學(xué)生表示相關(guān)設(shè)備、充足的培訓(xùn)、充裕的時(shí)間是學(xué)習(xí)VR技術(shù)需要的支持；同時(shí)還有學(xué)生表示希望開設(shè)相關(guān)課程，認(rèn)為掌握VR技術(shù)應(yīng)該成為建筑生基本素質(zhì)，如圖6所示。

圖6 關(guān)于VR技術(shù)體驗(yàn)后問卷調(diào)查

通過此次問卷了解，可以了解學(xué)生對(duì)建筑學(xué)課程期望運(yùn)用VR技術(shù)的需求，以及在運(yùn)用VR技術(shù)時(shí)所遇到的問題和挑戰(zhàn)。對(duì)于老師，通過此次調(diào)查問卷，可以在建筑學(xué)課程上盡量結(jié)合VR技術(shù)，以及在VR技術(shù)所需的相關(guān)設(shè)備和技術(shù)能力等方面，做下一步的準(zhǔn)備和努力。

4 結(jié)語

VR技術(shù)在建筑學(xué)課程教學(xué)中應(yīng)用，未來將由逐步推廣變成大部分教學(xué)應(yīng)用。但是在逐步推廣的過程中，需要VR技術(shù)的迭代發(fā)展，包括VR設(shè)備的技術(shù)更新，VR產(chǎn)品相關(guān)費(fèi)用降低，只有這樣VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)大部分范圍展開。由于此次教學(xué)課程實(shí)踐時(shí)VR設(shè)備不充足，本次研究的VR技術(shù)只是很小一部分應(yīng)用范圍，不足以說明VR技術(shù)的全部優(yōu)點(diǎn)，但是已經(jīng)能看出VR技術(shù)對(duì)建筑學(xué)教育的巨大推動(dòng)作用。結(jié)合VR技術(shù)進(jìn)行建筑學(xué)教育，可以更好地激起學(xué)生的求知欲望，更快地理解建筑空間的本質(zhì)，可以更高效地培養(yǎng)建筑學(xué)人才[5]。