虛擬仿真技術(shù)在園林規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程數(shù)智化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

曾峻峰 郭曉華 孫陶澤

（長(zhǎng)江大學(xué) 湖北 荊州 434025）

教育部辦公廳在2017 年發(fā)布的《關(guān)于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》，明確指出“實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目作為高校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本單元，其建設(shè)水平直接決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體質(zhì)量。開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目深度融合、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措[1]?！?/p>

園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求很高，學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)踐的過(guò)程中要準(zhǔn)確把握?qǐng)@林空間的尺度，并在此基礎(chǔ)上按照要求合理規(guī)劃并布置各園林要素，最后以圖紙的形式展示實(shí)踐成果。在通常的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生主要通過(guò)手繪圖紙來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)方案，但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，風(fēng)景園林空間是一個(gè)包含了三維空間加時(shí)間的四維時(shí)空，學(xué)生在規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中需要不斷的對(duì)空間進(jìn)行理解和重構(gòu)，然后繪制在二維的圖紙上，因此風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)最主要的困難是讓學(xué)生在設(shè)計(jì)的過(guò)程中能夠準(zhǔn)確把握空間尺度。傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足學(xué)生對(duì)于實(shí)踐操作的需求，而虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，可以為實(shí)驗(yàn)課程提供數(shù)智化賦能，為教學(xué)提供了新的思路和方法。

1 虛擬仿真技術(shù)在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程中的作用

1.1 能夠增強(qiáng)設(shè)計(jì)教學(xué)的直觀性。使用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建三維虛擬空間，可以帶領(lǐng)學(xué)生身臨其境的體驗(yàn)風(fēng)景園林空間，進(jìn)行全方位多角度的實(shí)時(shí)感知，更好的理解設(shè)計(jì)理念和方法。

1.2 能夠增強(qiáng)教學(xué)過(guò)程中的多維度體驗(yàn)感。風(fēng)景園林空間不僅是一個(gè)地理意義上的三維空間，時(shí)間維度所帶來(lái)的的日照、季節(jié)、氣候等的變化以及園林植物的生長(zhǎng)變化，會(huì)使園林空間呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的景觀效果。通過(guò)虛擬仿真手段，可以讓學(xué)生體驗(yàn)到園林空間多維度變化的景觀效果。

1.3 為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自由學(xué)習(xí)提供平臺(tái)。通過(guò)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。而平臺(tái)的開放性，可以讓學(xué)生自由進(jìn)行多種設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.4 能夠提高學(xué)生設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量。通過(guò)虛擬仿真，學(xué)生可以突破二維圖紙的束縛，在設(shè)計(jì)過(guò)程中直觀的感受三維空間中要素的尺度和要素之間的空間組合關(guān)系，并可以在三維空間中進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化調(diào)整，使最后的設(shè)計(jì)成果能達(dá)到最好的效果。

1.5 能夠促進(jìn)教學(xué)水平的全面提升。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠幫助教師在教學(xué)過(guò)程中更好的開展教學(xué)，同時(shí)也能夠幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中進(jìn)行自主性的探究學(xué)習(xí)。此外，在促進(jìn)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)還能夠在提高教學(xué)效率等方面提供便利，更好地推動(dòng)教學(xué)水平的提升。

2 虛擬仿真技術(shù)在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用

2.1 教學(xué)模式。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)課程中的虛擬仿真技術(shù)教學(xué)模式，是指通過(guò)虛擬仿真技術(shù)將規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的想法和設(shè)計(jì)方案呈現(xiàn)出來(lái)，并讓學(xué)生通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行互動(dòng)體驗(yàn)，以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。教學(xué)模式包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)工具三個(gè)方面。

2.1.1 教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：①場(chǎng)地環(huán)境模擬。在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)中，場(chǎng)地環(huán)境是非常重要的。使用虛擬仿真技術(shù)對(duì)場(chǎng)地的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文和植物群落等信息進(jìn)行仿真模擬，可以幫助學(xué)生深入現(xiàn)場(chǎng)了解場(chǎng)地環(huán)境并進(jìn)行分析與體驗(yàn)，為下一步的設(shè)計(jì)方案生成打下基礎(chǔ)。場(chǎng)地環(huán)境模擬可以通過(guò)對(duì)場(chǎng)地現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，然后運(yùn)用三維軟件進(jìn)行建模，也可以通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍自動(dòng)生成三維場(chǎng)景。②設(shè)計(jì)方案模擬。學(xué)生可以通過(guò)虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建出方案設(shè)計(jì)的實(shí)景，包括設(shè)計(jì)后的地形、景觀要素形態(tài)、工程結(jié)構(gòu)、材料選用等方面的情況。讓學(xué)生在三維空間里通過(guò)移動(dòng)視點(diǎn)，如同進(jìn)入一個(gè)真實(shí)的場(chǎng)景，從多種視角考察自己的設(shè)計(jì)方案與周邊場(chǎng)地的關(guān)系，獲得沉浸式的空間體驗(yàn)，最終對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)劣分析和深入推敲[3]。③互動(dòng)體驗(yàn)。虛擬仿真技術(shù)可以幫助學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)體驗(yàn)。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行沉浸式的漫游體驗(yàn)，可以更好的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的效果。

2.1.2 教學(xué)方法。教學(xué)方法主要包括以下幾個(gè)方面：①理論講解。虛擬仿真技術(shù)是一種比較新的技術(shù)，學(xué)生可能對(duì)其不太了解。因此，在教學(xué)中需要進(jìn)行一定的理論講解，介紹虛擬仿真技術(shù)的基本原理和應(yīng)用場(chǎng)景，讓學(xué)生對(duì)虛擬仿真技術(shù)有一個(gè)基本的了解。②案例分析。在教學(xué)中，可以選取一些園林設(shè)計(jì)案例進(jìn)行分析，介紹虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。通過(guò)案例分析，可以讓學(xué)生更好地了解虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用和效果。③實(shí)踐操作。虛擬仿真技術(shù)是一種操作性比較強(qiáng)的技術(shù)，學(xué)生需要進(jìn)行實(shí)踐操作才能更好地掌握。在教學(xué)中，可以通過(guò)虛擬仿真技術(shù)軟件進(jìn)行實(shí)踐操作，讓學(xué)生親自體驗(yàn)虛擬仿真技術(shù)的操作流程和效果。

2.1.3 教學(xué)工具。教學(xué)工具主要包括以下幾個(gè)方面：①虛擬仿真軟件。虛擬仿真軟件是進(jìn)行虛擬仿真技術(shù)教學(xué)的核心工具。在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程中，通常需要多種軟件搭配使用。如在方案設(shè)計(jì)階段使用AutoCAD 軟件進(jìn)行基礎(chǔ)的平面布局設(shè)計(jì)，然后使用SketchUP 等三維建模軟件進(jìn)行三維模型的制作和三維場(chǎng)景的搭建，最后使用Lumion 等后期配景軟件進(jìn)行后期處理生成效果逼真有互動(dòng)性的三維場(chǎng)景。②交互式設(shè)備。交互式設(shè)備是進(jìn)行虛擬仿真技術(shù)教學(xué)的重要工具。通常情況下，可以通過(guò)鍵盤鼠標(biāo)和顯示器進(jìn)行操作和觀察，如果想達(dá)到更好的效果，可以選用交互式設(shè)備，如頭戴式顯示器、手柄等，讓學(xué)生體會(huì)更真實(shí)的沉浸式的虛擬仿真技術(shù)的互動(dòng)體驗(yàn)。③三維打印技術(shù)。通過(guò)3D 打印機(jī)可以將虛擬仿真技術(shù)的設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為實(shí)物，讓學(xué)生更加直觀地了解設(shè)計(jì)方案。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟。在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)課程中，虛擬仿真技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以分為以下幾個(gè)步驟。

2.2.1 確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和內(nèi)容。在確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和內(nèi)容時(shí)，需要考慮課程的教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生的實(shí)際情況以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景等因素，從而確定設(shè)計(jì)的主題和內(nèi)容。

2.2.2 采集和整理相關(guān)素材。在采集和整理相關(guān)素材時(shí)，可以通過(guò)各種途徑獲取素材，如實(shí)地考察、文獻(xiàn)調(diào)研、網(wǎng)絡(luò)搜索等。

2.2.3 建立虛擬仿真場(chǎng)景。在建立虛擬仿真場(chǎng)景時(shí)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)和內(nèi)容，選擇合適的虛擬仿真軟件，如使用SketchUp 繪制三維模型場(chǎng)景、使用Lumion 進(jìn)行三維渲染等。

2.2.4 進(jìn)行虛擬仿真演示。在進(jìn)行虛擬仿真演示時(shí)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)和內(nèi)容，設(shè)置相應(yīng)的場(chǎng)景和環(huán)境，如光線、材質(zhì)、動(dòng)畫等，從而進(jìn)行虛擬仿真演示。

2.2.5 虛擬仿真效果的評(píng)價(jià)和改進(jìn)。在評(píng)價(jià)和改進(jìn)虛擬仿真效果時(shí)，需要對(duì)虛擬仿真演示進(jìn)行評(píng)價(jià)，如視覺(jué)效果、交互性、真實(shí)感等，從而確定改進(jìn)方案，提高虛擬仿真效果。

2.3 風(fēng)景園林設(shè)計(jì)課程中虛擬仿真技術(shù)的評(píng)價(jià)和效果分析。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程中的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用，能夠有效提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)意思維，同時(shí)也能夠提高學(xué)生的技術(shù)水平和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在評(píng)價(jià)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的效果時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.3.1 視覺(jué)效果。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的視覺(jué)效果是評(píng)價(jià)其效果的重要指標(biāo)之一。優(yōu)秀的視覺(jué)效果能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的理解和感受，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平。

2.3.2 交互性。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的交互性是評(píng)價(jià)其效果的另一個(gè)重要指標(biāo)。良好的交互性能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的參與感和掌控感，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

2.3.3 真實(shí)感。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的真實(shí)感是評(píng)價(jià)其效果的另一個(gè)重要指標(biāo)。優(yōu)秀的真實(shí)感能夠讓學(xué)生更好的體驗(yàn)到設(shè)計(jì)效果，從而提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)意思維。

綜上所述，虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用，能夠有效提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)意思維，同時(shí)也能夠提高學(xué)生的技術(shù)水平和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在應(yīng)用中，需要結(jié)合實(shí)際情況和教學(xué)目標(biāo)，選擇合適的虛擬仿真軟件和應(yīng)用場(chǎng)景，從而提高虛擬仿真效果。

3 虛擬仿真技術(shù)在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題和未來(lái)展望

3.1 存在的問(wèn)題。雖然虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景和教學(xué)價(jià)值非常廣泛，但是目前在研究中還存在一些不足之處。具體來(lái)說(shuō)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1.1 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用還存在一定的技術(shù)難題。虛擬仿真技術(shù)需要涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，技術(shù)難度較高，需要更加深入地跨學(xué)科的進(jìn)行研究和探索。

3.1.2 虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還需要更加貼近實(shí)際應(yīng)用。目前虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，還需要更多地將虛擬仿真技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提高虛擬仿真技術(shù)的效率和質(zhì)量，從而更好滿足園林設(shè)計(jì)師的需求等等。

3.2 未來(lái)展望。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用前景十分廣闊。特別是隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用將更加智能化和精準(zhǔn)化，為學(xué)生提供更加真實(shí)、直觀的體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的提升。同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用還可以為園林設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展提供更加高效、精準(zhǔn)的工具和技術(shù)支持。因此，在未來(lái)的研究中，應(yīng)該進(jìn)一步深入挖掘虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值，不斷完善技術(shù)細(xì)節(jié)，推動(dòng)虛擬仿真技術(shù)在園林設(shè)計(jì)教育和實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

在園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課中，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，將原本抽象的多維設(shè)計(jì)空間實(shí)體化，使得以往在教學(xué)中不易展現(xiàn)的內(nèi)容(如地形的變化、空間的對(duì)比、材料的質(zhì)感等等)非常直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，既豐富了教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的教學(xué)手段，提高了教學(xué)質(zhì)量，又增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)多維空間的感知和理解能力，提升了學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣。因此，將虛擬仿真技術(shù)融入風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，以此構(gòu)建園林規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程數(shù)智化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率有著重要的作用和意義。