刘锐　苏高峰

【摘 要】随着当下虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）的迅猛发展与普及，人类的教育方式和学习方式也随之发生了深刻的变化。目前在国际工程设计教育领域中，已经出现了基于VR技术的虚拟设计、虚拟试验、虚拟训练等形式。但在设计学环境设计专业教学中的应用还处在初级阶段，利用VR技术不仅能够增强设计教学的互动性，还能够突破以往案例教学认知模式的局限性，改变了以往空间环境设计的思维定式，具有较好的发展前景。本文描述了以《住宅空间设计》为例，开展基于VR技术的空间设计课程教学资源的开发过程，并对开发过程进行了总结。

【关键词】虚拟现实;空间设计;教学资源

中图分类号： TU238.2文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）18-0124-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.059

随着当下虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）的迅猛发展与普及，人类的教育方式和学习方式也随之发生了深刻的变化。目前在国际工程设计教育领域中，已经出现了基于VR技术的虚拟设计、虚拟试验、虚拟训练等形式。借助VR技术的沉浸性和交互性特征，使学生在虚拟环境中扮演一个角色，并能全身心地投入其中，这非常有利于学生的思维与技能训练。

1 研究背景与意义

空间与环境设计需要设计者有很强的空间想象能力，需要不同设计领域的高度综合。它既包括视觉环境和工程技术方面的问题，也包括声、光、电等物理环境以及氛围、意境等心理环境和文化内涵等内容。因此，知识结构和自身体验成为学好这个专业的基础。然而当前的空间设计教育仍然是以传统的教育模式为主，在信息传递和体验实践上都存在着不足，主要有以下三方面：

第一，当前主要教学方式仍然是以教师讲授为主，借助板书及多媒体的辅助，将教学内容传递给学生。在这样的模式下，教师虽然已经尽可能形象地解释某些知识点，但由于学生的认知程度不同，而造成不同程度的“理解盲点”。而学生往往忽视答疑缓解，而导致盲点的不断累积。

第二，环境设计专业课程中的部分教学环节需要相关教学模型或真实场景的配合，提高教学效果。但现实中由于受到时间、场地、资金的限制，始终无法达到预期的效果。

第三，学生学习的热情虽然较高，但对于一些通识性的知识点（例如装饰材料与结构）需要通过重复性地温习，才能达到掌握的标准。而传统工具书的示意图例由于绘制的局限性，无法直观地体现出来。

以《住宅空间设计》为例，开发基于VR技术的教学课件。围绕住宅空间规划、陈设、照明等相关方面的知识点，发挥VR技术的交互性、多样性、开放性的特点，改变学生与各种信息发生交互的方式，加速传授知识的过程、巩固对知识点的记忆深度。

2 住宅空间设计VR体验系统的开发

虚拟现实（VR）沉浸式的視觉体验效果以及优秀的交互式操作方式，能够较好地让受众能够快速的带入到虚拟世界中。整套系统的设计分为：{1}空间环境的内容素材制作。{2}交互内容的逻辑实现。

2.1 空间环境的内容素材制作。

利用三维软件（MAYA、3DMAX）等软件在设计图的基础上进行模型的制作，在此阶段模型的制作是其中的一个重点内容，首先要考虑的是比例尺寸，因为在VR实现的过程中一般会按照正常1.7米人的身高比例进行设计框架，这样可以较好地与引擎实现比例相互匹配。其次需要严格控制模型的面数，尽可能为引擎的素材较少资源，为后期打包运行流畅度做前期的准备。

模型制作过程中区别与普通三维静态模型的制作方法，在UV的设定中必须分布两套UV，一套是贴图材质UV，一套是光照UV，如不这样生成，在后期引擎渲染中会造成模型表面发黑或光照渲染错误的情况，进而影响最终的运行和体验效果。如图（1、2）所示

模型的制作修改和调整依靠物体本身的坐标来调节，现在的VR引擎市面运用范围较广输出效果较好的两种引擎有Unitd3D、Unreal Engine4两种引擎，不同的公司会根据自己的不同需求运用更多的引擎。这两款引擎软件对三维模型的识别度较好，但是引擎对三维模型制作有分厂严格的标准，如模型坐标本身与引擎的坐标识别方式不同，因此在三维软件制作中制作完成一个模型后中心点必须归零，调节至网格中心点，反之引擎是会记录模型本身和中心点的数据差值，容易造成无法调节或不方便调节的问题，进而在实现中不明确是世界空间坐标还是物体本身所在的坐标如图（3、4）所示。

2.2 交互内容的逻辑实现

虚拟现实沉浸式的表现方式中画面仿真度起着至关重要的作用，需要将三维模型素材进行材质灯光的二次构建，因为在引擎开发的过程中所有的事件是在靠蓝图和C++程序编辑来实现的，其优点是能够实时观看场景中细微的变化，周围环境，无需借助渲染插件，所见即所得，能够更好地整体把控效果，通过蓝图的实现，也可以在手柄触发SDK的开发中方便地控制模型的不同材质表现。如图（5、6）所示。

交互内容事件的实现载体是三维模型，将三维软件进行设计的模型素材导入Unreal Engine4中转化成蓝图和可执行脚本文件，便于更好的适配不同的端口。

VR系统的设定中的交互方式一般有三种，一种是触碰式交互，第二种是手柄按键式交互，第三种是声音频谱交互。在本文中主要阐述手柄按键交互和触碰式交互，手柄操作的完整入口如图7。

受众体验的过程中手柄的简单化操作才会符合人体的使用习惯，才能接近人们日常行为操作习惯，那么在使用的过程中用手柄替代手，不能够像手那样灵活，所以在系统开发的过程中要用最简单的程序实现最有效的交互体验，如体验触碰物体（开关），拾取物体，控制灯光等等，做到一次触发便可以完成任务，不能使用TICK事件占用某一部分功能性的操作。如拾取物体的效果入口事例如下所示：

所有的体验都应该围绕良好体现效果来实现的，在视觉体验中如果画面出现很多的UI标签，会破坏整体的效果，感觉所有都是凌乱的，也与教学的目的性的体验不符合，因此在系统开发时运用了隐形UI和显性UI（既触碰显性形UI设计和TIGE触发式隐性UI），解决方案如图（8-11）。

3 结语

虚拟现实技术的发展已经预示了现代教育手段和方式变革的到来，这也为空间设计教育找到了很好的切入点：它能使学生主动参与到学习的过程中，能带给学生形象直观的交互式学习环境，能提供动态形象，能使学生完全感受到新的三维体验，对学生认知结构的形成和发展是十分有利的，也是其他学习环境所无法比拟的。结合“住宅空间设计VR体验系统的开发”的实践，总结出以下三点：

第一，通过对数字化课件的开发，有利于整理和重新审视课程的教学进度组织与安排是否得当，各种教学手段应用的比重是否合理，教学效率是否得到有效提高。

第二，运用VR技术的空间设计教育模式切合了建构主义所提倡的在教师指导下的“以学习者为中心”的学习，既强调学习者的认识主体作用，又发挥了教师的主导作用。

第三，为设计类专业其他课程的课件开发提供了参考范式，随着5G时代的到来，借助云平台可以研发出反馈速度更快的教学体验系统。

【参考文献】

[1]胡靓.多维虚拟与实体空间构建在环境艺术设计教学中的应用研究[J].美术教育研究，2016（5）：115.

[2]铁钟，朱翔.文化遗产保护的混合现实设计和实现[J].实验室研究与探索，2018（1）：256-259.