祝曉

（南京林業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京 210037）

基于大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目的園林虛擬實驗室建設(shè)研究*

祝曉

（南京林業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京 210037）

“以項目促建設(shè)”，依托大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目推動園林虛擬實驗室建設(shè)，進一步建設(shè)開放性強、設(shè)備先進、管理規(guī)范、科研能力強的園林虛擬實驗室。文章從大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目的角度出發(fā)，將大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目和園林虛擬實驗室建設(shè)相結(jié)合，促進兩者共同發(fā)展。

大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目;園林虛擬實驗室;建設(shè)

一、引言

二、園林虛擬實驗室建設(shè)和管理中出現(xiàn)的問題

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）是一種新型的計算機輔助技術(shù)，對風(fēng)景園林學(xué)科來說具有重要的意義。在方案設(shè)計階段運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計師的空間體驗更具交互性和直觀性，給設(shè)計師提供了一個方案創(chuàng)作的新途徑；在方案的表現(xiàn)上，觀眾可以多角度、實時互動地來理解和感受設(shè)計師的設(shè)計意圖，達到身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中，主要用于對現(xiàn)實環(huán)境、景觀和建筑等進行仿真模擬，可以幫助學(xué)生感受材料的質(zhì)地、顏色等物理特性，為學(xué)生提供逼真、感性的學(xué)習(xí)途徑，有利于師生的互動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和自主學(xué)習(xí)能力。[1]

以南京林業(yè)大學(xué)為例，目前大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目主要有國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃、江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目、南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃（教務(wù)處）、南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生實驗室創(chuàng)新項目（實驗室與基地建設(shè)管理處）等，這些項目都給大學(xué)生提供了多層次、多平臺的實踐創(chuàng)新機會。學(xué)生利用園林虛擬實驗室先進的設(shè)備進行實踐創(chuàng)新項目研究，有利于他們拓展創(chuàng)新思路，增強解決問題和團結(jié)協(xié)作的能力。

園林虛擬實驗室是伴隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新型實驗室，各高校的園林虛擬實驗室多是在虛擬現(xiàn)實設(shè)備供應(yīng)商的幫助下建成的，強調(diào)園林景觀場景的虛擬展示，而對虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助教學(xué)科研的功能不夠重視。此外，由于缺乏可以借鑒的虛擬實驗室案例，在園林虛擬實驗室的建設(shè)和管理中出現(xiàn)了一些問題。

1.盲目建設(shè)，缺乏對虛擬實驗室本質(zhì)的認(rèn)識

近幾年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的成熟和普及助推了各高校建設(shè)虛擬實驗室的浪潮，園林虛擬實驗室也雨后春筍般紛紛出現(xiàn)。由于認(rèn)識上的誤區(qū)和急功近利的心態(tài)，多數(shù)園林虛擬實驗室建成的是園林景觀“虛擬展廳”。環(huán)形折幕、立體投影儀、立體眼鏡、三維鼠標(biāo)、高性能計算機等硬件設(shè)備實際上僅僅構(gòu)成了“立體影院”，并沒有完全發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實技術(shù)的科研功能。更有甚者，相近學(xué)科重復(fù)建設(shè)功能類似的虛擬實驗室，造成了資源和人力浪費。

2.人員缺乏，虛擬實驗室管理的相關(guān)培訓(xùn)較少

目前，園林虛擬實驗室的管理人員嚴(yán)重缺乏。一方面，由于崗位編制的原因，很難保證園林實驗室擁有專職的實驗管理人員；另一方面，有園林專業(yè)背景并且具有虛擬現(xiàn)實技術(shù)知識的人才屈指可數(shù)，多數(shù)的實驗室人員只能進行日常的實驗室管理工作；再一方面，有相應(yīng)技術(shù)水平和能力的人才由于職稱評定和待遇等因素，不愿意長期從事虛擬實驗室的管理工作。此外，園林虛擬實驗室工作人員的專業(yè)培訓(xùn)較少。園林虛擬實驗室人員缺乏，專業(yè)素質(zhì)不夠嚴(yán)重制約了虛擬實驗室的發(fā)展。

3.維護不足，虛擬實驗室軟硬件老化

“重建設(shè)，輕維護”是園林虛擬實驗室目前普遍存在的突出問題。這與單位重視程度、人員配置與素質(zhì)、管理經(jīng)費投入、實驗課程設(shè)置等有一定關(guān)系。虛擬實驗室不同于傳統(tǒng)實驗室，軟硬件設(shè)備尤其是軟件系統(tǒng)的更新?lián)Q代速度極快，而且虛擬現(xiàn)實技術(shù)日新月異，如果仍然按照傳統(tǒng)實驗的運行和維護模式去管理，就很難體現(xiàn)出虛擬現(xiàn)實的技術(shù)優(yōu)勢。

4.開放不足，虛擬實驗室空置率較高

與傳統(tǒng)實驗室類似，園林虛擬實驗室開放不足的問題也較為嚴(yán)重。有些虛擬實驗室可以保證正常工作時間的開放，工作時間之外就不能開放，靈活度不夠，而且在實驗內(nèi)容上的開放度也不夠[2]；有些虛擬實驗室則處于半關(guān)閉狀態(tài)，實驗室的空置率較高。這些都不利于大學(xué)生實踐創(chuàng)新活動的開展，沒有充分發(fā)揮出虛擬實驗室作為大學(xué)生創(chuàng)新活動科研平臺的作用。

三、園林虛擬實驗室建設(shè)和管理方法研究

1.園林虛擬實驗室建設(shè)的政策引導(dǎo)

（1）加大宣傳，進一步開放園林虛擬實驗室

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是新生技術(shù)，因此園林虛擬實驗室一直籠罩著神秘色彩。加大宣傳，普及虛擬現(xiàn)實技術(shù)，消除對園林虛擬實驗室的神秘感，進一步開放，讓廣大師生能夠走進虛擬實驗室進行教學(xué)科研活動。

（2）政策扶持，科學(xué)地推進虛擬實驗室建設(shè)和管理

園林虛擬實驗室主管單位要做好頂層設(shè)計，制定科學(xué)合理的建設(shè)和再建設(shè)方案，分步驟施行，避免“重復(fù)建設(shè)”和“重建設(shè)、輕維護”。在虛擬實驗室人員配置和待遇方面，既要進行優(yōu)化也要注重績效考核。對于大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目、大學(xué)生課程競賽等創(chuàng)新設(shè)計類實驗實踐項目，在實驗課程安排、實驗學(xué)分認(rèn)定和實驗經(jīng)費等方面有所傾斜。

2.園林虛擬實驗室的管理隊伍建設(shè)

（1）定編定崗，制定相應(yīng)的激勵政策

建立穩(wěn)定的管理隊伍是做好園林虛擬實驗室管理的前提。虛擬實驗室是一種新的實驗室類型，不同于傳統(tǒng)實驗室，管理人員不僅需要有傳統(tǒng)實驗室管理人員的素質(zhì)，更要求管理人員具備現(xiàn)代電子設(shè)備的管理、操作甚至是檢修能力。這一特殊性要求相關(guān)單位在人員配置方面要定編定崗，并在管理人員的職稱和待遇等方面制定相應(yīng)的激勵政策，留住人才，潛心于園林虛擬實驗室的日常管理和教學(xué)科研活動。

（2）靈活管理，專兼職與學(xué)生管理相結(jié)合

在進一步開放實驗室的趨勢下，單純依靠人數(shù)有限的實驗室專職管理人員管理是不現(xiàn)實的。應(yīng)該改變傳統(tǒng)的實驗室管理方式，制定相應(yīng)政策鼓勵青年教師兼職參與實驗室管理和實驗室建設(shè)。教師利用園林虛擬實驗室進行科研活動的同時，也可以作為實驗室的兼職管理人員參與實驗室的管理，不僅可以減輕專職實驗室管理人員的工作強度，也可以通過引入科研項目，進一步提高園林虛擬實驗室的科研能力。同時，在園林虛擬實驗室設(shè)立勤工助學(xué)崗位，選拔認(rèn)真負(fù)責(zé)、專業(yè)能力強、對虛擬實驗室工作感興趣的學(xué)生參與虛擬實驗室的日常管理，確保實驗室在正常工作時間之外也能對外開放，這對學(xué)生開展創(chuàng)新項目的研究十分有利。

（3）定期培訓(xùn)，提高管理和使用水平

虛擬實驗室的核心設(shè)備是虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的硬件和軟件。這些硬件和軟件需要及時更新，同時管理和使用人員也需要不斷地再學(xué)習(xí)，這是區(qū)別于傳統(tǒng)實驗室的一個重要特點。人員培訓(xùn)是園林虛擬實驗室可持續(xù)發(fā)展的保證。在人員培訓(xùn)方面，可以采取“請進來、走出去”的方式。一方面，緊密聯(lián)系國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實設(shè)備提供商，在提供設(shè)備的同時，進行定期的技術(shù)指導(dǎo)和培訓(xùn)；另一方面，積極安排管理和使用人員參加虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交流活動，及時了解和掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的最新動向。此外，鼓勵實驗室人員參與教學(xué)和科研工作，鉆研虛擬現(xiàn)實技術(shù)，熟悉實驗方法，優(yōu)化實驗設(shè)備、改進實驗設(shè)計，提高虛擬實驗室的開放程度和管理使用水平。

3.提高虛擬實驗室的開放程度和教學(xué)科研水平

（1）項目引領(lǐng)，大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目與園林虛擬實驗室建設(shè)相互推動

“項目引領(lǐng)”是園林虛擬實驗室可持續(xù)發(fā)展的動力。①園林虛擬實驗室為學(xué)生的創(chuàng)新項目和師生交流互動提供一個先進的科研平臺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性和多感知性等獨有特點，使學(xué)生能夠自如地把握空間，科學(xué)地比較方案和權(quán)衡利弊，使方案設(shè)計更趨合理和完美。指導(dǎo)教師和設(shè)計團隊成員可以通過VR演示系統(tǒng)深入到場景中交流設(shè)計方案；②大學(xué)生實踐創(chuàng)新成果可以不斷完善和豐富園林虛擬實驗室的程序庫和教學(xué)素材庫。例如，筆者近幾年指導(dǎo)的大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目 “BIM技術(shù)輔助建筑物改造研究”、“南京林業(yè)大學(xué)校園虛擬現(xiàn)實展示系統(tǒng)開發(fā)”、“基于SketchUp的園林三維施工圖表達探索”等都通過園林虛擬實驗室平臺開展研究，取得了較好效果。與此同時，各類大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目通過使用園林虛擬實驗室設(shè)備平臺，能夠促進園林虛擬實驗軟硬件的更新和實驗?zāi)芰Φ奶岣摺?/p>

（2）自主研發(fā)，更好地服務(wù)教學(xué)科研活動

為廣大師生提供園林虛擬實驗場地和設(shè)備是園林虛擬實驗室的首要任務(wù)，而軟件開發(fā)是對園林虛擬實驗室的更高要求。目前市面上存在很多虛擬現(xiàn)實應(yīng)用軟件，針對多種應(yīng)用領(lǐng)域，但真正為園林景觀而量身設(shè)計的虛擬現(xiàn)實軟件并不多，而且多是國外公司的產(chǎn)品，價格昂貴。許多國外軟件產(chǎn)品并不是專門為我國市場開發(fā)的，對于我國國情和園林景觀的特殊性考慮不足，也很少考慮教學(xué)需求。因此，開發(fā)適合國情、適合教學(xué)需要的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序變得非常急迫。單純開發(fā)虛擬現(xiàn)實平臺需要相對雄厚的技術(shù)力量，而在現(xiàn)有平臺上進行二次開發(fā)和素材案例庫開發(fā)則相對簡單和快捷。例如，目前較為流行的虛擬現(xiàn)實軟件Lumion3D可以從SketchUp、3DSMAX等三維建模軟件中導(dǎo)入模型，并對場景進行天氣、季節(jié)、時段、材質(zhì)等的仿真模擬。Lumion3D具有非常豐富的植物素材庫，但植物素材庫中中國的植物幾乎沒有。利用SpeedTree等軟件創(chuàng)建所需的植物模型導(dǎo)入Lumion3D，可以進一步豐富Lumion3D的植物庫。

（3）改變認(rèn)識，推行“平民化”的虛擬現(xiàn)實技術(shù)[3]

從分類來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可分為桌面式VR系統(tǒng)、沉浸式VR系統(tǒng)、增強式VR系統(tǒng)和分布式VR系統(tǒng)四個類型。桌面式VR系統(tǒng)是使用個人計算機和中低端圖形工作站來產(chǎn)生三維虛擬交互場景的VR系統(tǒng)，具有價格低廉、攜帶方便、適用性強等特點。園林虛擬實驗室電腦和學(xué)生個人電腦都可以構(gòu)成桌面式VR系統(tǒng)，而園林虛擬實驗室的其他交互性軟硬件則可以構(gòu)成沉浸式VR系統(tǒng)。參與實踐創(chuàng)新項目的學(xué)生可以通過在個人電腦中安裝園林虛擬現(xiàn)實場景所需的建模軟件和虛擬現(xiàn)實軟件，完成園林場景的構(gòu)建，并通過網(wǎng)絡(luò)與園林虛擬實驗室的設(shè)備進行連接，從而形成分布式VR系統(tǒng)，方便師生互動交流和組員的協(xié)同工作。推行“平民化”的虛擬現(xiàn)實技術(shù)是切合大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目實際的方式，不僅經(jīng)濟高效，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，也能充分利用課余時間，進一步擴展園林虛擬實驗室的開放度。

4.園林虛擬實驗室的管理制度化和現(xiàn)代化

由于園林虛擬實驗室的開放程度較高，各種貴重設(shè)備較多，因此建章立制、規(guī)范化管理顯得尤為重要。以南京林業(yè)大學(xué)園林虛擬實驗室為例，實驗室制定了《虛擬仿真園林實驗教學(xué)中心管理制度》、《虛擬仿真園林實驗教學(xué)中心開放制度》、《虛擬仿真園林實驗教學(xué)中心防火安全規(guī)定》、《虛擬仿真園林實驗教學(xué)中心緊急事故處理預(yù)案》等規(guī)章制度[4]，在制度上規(guī)范了園林虛擬實驗室的日常工作。在園林虛擬實驗室的使用方面，采用了“實驗室開放與預(yù)約系統(tǒng)”，參與實驗的學(xué)生可以通過該系統(tǒng)申請預(yù)約實驗室及設(shè)備，學(xué)生預(yù)約后通過校園一卡通刷卡實驗室門禁系統(tǒng)進入實驗室。該系統(tǒng)還能對學(xué)生的實驗狀態(tài)、實驗時間等狀況進行實時監(jiān)控，確保園林虛擬實驗室設(shè)備和人員安全。

四、結(jié)束語

經(jīng)過多年建設(shè)和發(fā)展，各高校的園林虛擬實驗室初步形成了各自的實驗教學(xué)和科研模式，但也出現(xiàn)了一些亟待解決的問題。只有充分認(rèn)識到園林虛擬實驗室建設(shè)和管理中出現(xiàn)的問題，在政策引導(dǎo)、管理隊伍建設(shè)、開放程度和教學(xué)科研水平提高、管理制度化和現(xiàn)代化等方面下功夫，才能進一步做好園林虛擬實驗室的建設(shè)工作?！耙皂椖看俳ㄔO(shè)”，依托各類大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目推動園林虛擬實驗室建設(shè)，進一步建設(shè)開放性強、設(shè)備先進、管理規(guī)范、科研能力強的園林虛擬實驗室，不失為一種有益的嘗試。

[1]祝曉.虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助園林規(guī)劃設(shè)計研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2011.

[2]蔣西明.以培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的實驗室建設(shè)研究[D].重慶:西南大學(xué),2008.

[3]黃慕雄.高校教學(xué)型虛擬實驗室建設(shè)的現(xiàn)狀與建議[J].電化教育研究,2005(9):79.

[4]李衛(wèi)正,張青萍,趙兵etal.面向園林規(guī)劃設(shè)計的虛擬現(xiàn)實實驗室[J].實驗室研究與探索,2014,33(10):119.

（編輯：魯利瑞）

G434

A

1673-8454（2017）02-0022-03

江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2014年度課題（2014-R-32340）；南京林業(yè)大學(xué)2013年度實驗教學(xué)專項課題（2013SZX16）。