劉銳　蘇高峰

【摘 要】隨著當下虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，簡稱VR）的迅猛發(fā)展與普及，人類的教育方式和學習方式也隨之發(fā)生了深刻的變化。目前在國際工程設計教育領域中，已經出現(xiàn)了基于VR技術的虛擬設計、虛擬試驗、虛擬訓練等形式。但在設計學環(huán)境設計專業(yè)教學中的應用還處在初級階段，利用VR技術不僅能夠增強設計教學的互動性，還能夠突破以往案例教學認知模式的局限性，改變了以往空間環(huán)境設計的思維定式，具有較好的發(fā)展前景。本文描述了以《住宅空間設計》為例，開展基于VR技術的空間設計課程教學資源的開發(fā)過程，并對開發(fā)過程進行了總結。

【關鍵詞】虛擬現(xiàn)實;空間設計;教學資源

中圖分類號： TU238.2文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0124-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.059

隨著當下虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，簡稱VR）的迅猛發(fā)展與普及，人類的教育方式和學習方式也隨之發(fā)生了深刻的變化。目前在國際工程設計教育領域中，已經出現(xiàn)了基于VR技術的虛擬設計、虛擬試驗、虛擬訓練等形式。借助VR技術的沉浸性和交互性特征，使學生在虛擬環(huán)境中扮演一個角色，并能全身心地投入其中，這非常有利于學生的思維與技能訓練。

1 研究背景與意義

空間與環(huán)境設計需要設計者有很強的空間想象能力，需要不同設計領域的高度綜合。它既包括視覺環(huán)境和工程技術方面的問題，也包括聲、光、電等物理環(huán)境以及氛圍、意境等心理環(huán)境和文化內涵等內容。因此，知識結構和自身體驗成為學好這個專業(yè)的基礎。然而當前的空間設計教育仍然是以傳統(tǒng)的教育模式為主，在信息傳遞和體驗實踐上都存在著不足，主要有以下三方面：

第一，當前主要教學方式仍然是以教師講授為主，借助板書及多媒體的輔助，將教學內容傳遞給學生。在這樣的模式下，教師雖然已經盡可能形象地解釋某些知識點，但由于學生的認知程度不同，而造成不同程度的“理解盲點”。而學生往往忽視答疑緩解，而導致盲點的不斷累積。

第二，環(huán)境設計專業(yè)課程中的部分教學環(huán)節(jié)需要相關教學模型或真實場景的配合，提高教學效果。但現(xiàn)實中由于受到時間、場地、資金的限制，始終無法達到預期的效果。

第三，學生學習的熱情雖然較高，但對于一些通識性的知識點（例如裝飾材料與結構）需要通過重復性地溫習，才能達到掌握的標準。而傳統(tǒng)工具書的示意圖例由于繪制的局限性，無法直觀地體現(xiàn)出來。

以《住宅空間設計》為例，開發(fā)基于VR技術的教學課件。圍繞住宅空間規(guī)劃、陳設、照明等相關方面的知識點，發(fā)揮VR技術的交互性、多樣性、開放性的特點，改變學生與各種信息發(fā)生交互的方式，加速傳授知識的過程、鞏固對知識點的記憶深度。

2 住宅空間設計VR體驗系統(tǒng)的開發(fā)

虛擬現(xiàn)實（VR）沉浸式的視覺體驗效果以及優(yōu)秀的交互式操作方式，能夠較好地讓受眾能夠快速的帶入到虛擬世界中。整套系統(tǒng)的設計分為：{1}空間環(huán)境的內容素材制作。{2}交互內容的邏輯實現(xiàn)。

2.1 空間環(huán)境的內容素材制作。

利用三維軟件（MAYA、3DMAX）等軟件在設計圖的基礎上進行模型的制作，在此階段模型的制作是其中的一個重點內容，首先要考慮的是比例尺寸，因為在VR實現(xiàn)的過程中一般會按照正常1.7米人的身高比例進行設計框架，這樣可以較好地與引擎實現(xiàn)比例相互匹配。其次需要嚴格控制模型的面數(shù)，盡可能為引擎的素材較少資源，為后期打包運行流暢度做前期的準備。

模型制作過程中區(qū)別與普通三維靜態(tài)模型的制作方法，在UV的設定中必須分布兩套UV，一套是貼圖材質UV，一套是光照UV，如不這樣生成，在后期引擎渲染中會造成模型表面發(fā)黑或光照渲染錯誤的情況，進而影響最終的運行和體驗效果。如圖（1、2）所示

模型的制作修改和調整依靠物體本身的坐標來調節(jié)，現(xiàn)在的VR引擎市面運用范圍較廣輸出效果較好的兩種引擎有Unitd3D、Unreal Engine4兩種引擎，不同的公司會根據自己的不同需求運用更多的引擎。這兩款引擎軟件對三維模型的識別度較好，但是引擎對三維模型制作有分廠嚴格的標準，如模型坐標本身與引擎的坐標識別方式不同，因此在三維軟件制作中制作完成一個模型后中心點必須歸零，調節(jié)至網格中心點，反之引擎是會記錄模型本身和中心點的數(shù)據差值，容易造成無法調節(jié)或不方便調節(jié)的問題，進而在實現(xiàn)中不明確是世界空間坐標還是物體本身所在的坐標如圖（3、4）所示。

2.2 交互內容的邏輯實現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實沉浸式的表現(xiàn)方式中畫面仿真度起著至關重要的作用，需要將三維模型素材進行材質燈光的二次構建，因為在引擎開發(fā)的過程中所有的事件是在靠藍圖和C++程序編輯來實現(xiàn)的，其優(yōu)點是能夠實時觀看場景中細微的變化，周圍環(huán)境，無需借助渲染插件，所見即所得，能夠更好地整體把控效果，通過藍圖的實現(xiàn)，也可以在手柄觸發(fā)SDK的開發(fā)中方便地控制模型的不同材質表現(xiàn)。如圖（5、6）所示。

交互內容事件的實現(xiàn)載體是三維模型，將三維軟件進行設計的模型素材導入Unreal Engine4中轉化成藍圖和可執(zhí)行腳本文件，便于更好的適配不同的端口。

VR系統(tǒng)的設定中的交互方式一般有三種，一種是觸碰式交互，第二種是手柄按鍵式交互，第三種是聲音頻譜交互。在本文中主要闡述手柄按鍵交互和觸碰式交互，手柄操作的完整入口如圖7。

受眾體驗的過程中手柄的簡單化操作才會符合人體的使用習慣，才能接近人們日常行為操作習慣，那么在使用的過程中用手柄替代手，不能夠像手那樣靈活，所以在系統(tǒng)開發(fā)的過程中要用最簡單的程序實現(xiàn)最有效的交互體驗，如體驗觸碰物體（開關），拾取物體，控制燈光等等，做到一次觸發(fā)便可以完成任務，不能使用TICK事件占用某一部分功能性的操作。如拾取物體的效果入口事例如下所示：

所有的體驗都應該圍繞良好體現(xiàn)效果來實現(xiàn)的，在視覺體驗中如果畫面出現(xiàn)很多的UI標簽，會破壞整體的效果，感覺所有都是凌亂的，也與教學的目的性的體驗不符合，因此在系統(tǒng)開發(fā)時運用了隱形UI和顯性UI（既觸碰顯性形UI設計和TIGE觸發(fā)式隱性UI），解決方案如圖（8-11）。

3 結語

虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展已經預示了現(xiàn)代教育手段和方式變革的到來，這也為空間設計教育找到了很好的切入點：它能使學生主動參與到學習的過程中，能帶給學生形象直觀的交互式學習環(huán)境，能提供動態(tài)形象，能使學生完全感受到新的三維體驗，對學生認知結構的形成和發(fā)展是十分有利的，也是其他學習環(huán)境所無法比擬的。結合“住宅空間設計VR體驗系統(tǒng)的開發(fā)”的實踐，總結出以下三點：

第一，通過對數(shù)字化課件的開發(fā)，有利于整理和重新審視課程的教學進度組織與安排是否得當，各種教學手段應用的比重是否合理，教學效率是否得到有效提高。

第二，運用VR技術的空間設計教育模式切合了建構主義所提倡的在教師指導下的“以學習者為中心”的學習，既強調學習者的認識主體作用，又發(fā)揮了教師的主導作用。

第三，為設計類專業(yè)其他課程的課件開發(fā)提供了參考范式，隨著5G時代的到來，借助云平臺可以研發(fā)出反饋速度更快的教學體驗系統(tǒng)。

【參考文獻】

[1]胡靚.多維虛擬與實體空間構建在環(huán)境藝術設計教學中的應用研究[J].美術教育研究，2016（5）：115.

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