謝菊明 宋曉宇

1.廣州美術(shù)學(xué)院,廣東廣州 511442；2.光輝城市,重慶 400030

1 建筑設(shè)計(jì)課程主流教學(xué)模式的問題和困境

建筑設(shè)計(jì)，在所有高校的建筑系教學(xué)中都是極其重要的課程。目前，主流高校的建筑設(shè)計(jì)課程教學(xué)采用多媒體技術(shù)，利用文字、圖形圖像、視頻及聲音文件來展示和匯報(bào)（見圖1）。但二維的圖片資料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；音視頻資料更能表達(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)。最為重要的是，這種教學(xué)方式下學(xué)生只是被動(dòng)地接受，參與度低、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。

圖1 主流建筑設(shè)計(jì)類課程的表達(dá)和展示

另一方面，建筑設(shè)計(jì)課程是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，各個(gè)高校也都強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生去實(shí)踐（比如做模型、重視建構(gòu)類課程等），但又無法真正實(shí)踐，因?yàn)閷?shí)際建造建筑的成本太高、工期太長(zhǎng)。不像工業(yè)設(shè)計(jì)、家具設(shè)計(jì)等，學(xué)生作業(yè)成果可以是一個(gè)產(chǎn)品樣品或?qū)嶋H的成品，可以試用和體驗(yàn)；建筑系學(xué)生的作業(yè)成果都是平面的展板、縮微的模型等，限于專業(yè)知識(shí)和空間想象能力，非專業(yè)人士很難看懂，更別說供人們?cè)囉没蝮w驗(yàn)。

2 VR技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）技術(shù)是20世紀(jì)興起的一門綜合集成技術(shù)，《不列顛百科全書》的定義為：“虛擬現(xiàn)實(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支，通過可以響應(yīng)用戶移動(dòng)并提供實(shí)時(shí)感覺回饋的裝置來進(jìn)行交互式三維建模和三維仿真的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件使用戶沉浸在通過使用交互設(shè)備來仿真的計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境中。這種電子交互設(shè)備通常以眼球跟蹤器、頭盔、手套、衣服的形式出現(xiàn)”。VR技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)包括以下幾個(gè)方面。

2.1 高沉浸感和多感知

“VR技術(shù)最主要的技術(shù)特征是讓用戶覺得自己是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的組成部分，使用戶由觀察者變成參與者，沉浸其中并參與虛擬世界的活動(dòng)。通過使用數(shù)字頭盔、手套、衣服、眼球跟蹤器等電子交互設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)使用戶沉浸在計(jì)算機(jī)生成的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可交互的三維立體仿真環(huán)境中。沉浸感來源于對(duì)虛擬世界的多感知性。多感知，是指理想的VR應(yīng)該具備人所具有的所有感知，除計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動(dòng)等感知，甚至還包括嗅覺、味覺等。”

因?yàn)檫@種高沉浸感，VR技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合讓使用者在所創(chuàng)造的虛擬建筑和環(huán)境中有很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)感，用戶好像完全置身于虛擬建筑之中一樣，能夠感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，可以如同在真實(shí)世界中一樣去體驗(yàn)感受虛擬建筑和環(huán)境（見圖2）。

圖2 VR技術(shù)高沉浸感和多感知等特點(diǎn)

2.2 真實(shí)自然的實(shí)時(shí)交互

VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬世界人與人、人與計(jì)算機(jī)之間的信息交互，而且使得人機(jī)交互更加人性化。用戶通過自然行為（動(dòng)作或語(yǔ)音等）輸入信息，系統(tǒng)處理后作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并通過輸出設(shè)備反饋到用戶的五官。交互性很高時(shí)，用戶與虛擬世界的交互是自然的、實(shí)時(shí)的，因此用戶能產(chǎn)生如同在真實(shí)世界中一樣的感覺。

VR技術(shù)的這個(gè)特點(diǎn)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)比較和實(shí)時(shí)編輯——對(duì)虛擬建筑的操作和修改可以實(shí)時(shí)的體現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)“所見即所得”；能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意建筑設(shè)計(jì)元素進(jìn)行實(shí)時(shí)的比較、變換和修改，還能夠?qū)ζ鋮?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；還可實(shí)現(xiàn)不同建筑方案的實(shí)時(shí)切換，各種設(shè)計(jì)意圖可通過VR技術(shù)實(shí)時(shí)反映出來，方便用戶更直觀、全面地分析和比較，從而做出正確的決策。

2.3 時(shí)空的虛擬體驗(yàn)

“VR技術(shù)的應(yīng)用，為人類認(rèn)識(shí)世界提供了一種全新的方法和手段，可以使人類跨越時(shí)間與空間，去經(jīng)歷和體驗(yàn)世界上早已發(fā)生或尚未發(fā)生的事件；可以使人類突破生理上的限制，進(jìn)入宏觀或微觀世界進(jìn)行研究和探索；也可以模擬因條件限制等原因而難以實(shí)現(xiàn)的事情?！?/p>

VR技術(shù)的這個(gè)特點(diǎn)讓人們可以突破時(shí)間的限制，在建筑設(shè)計(jì)過程中就像建筑已經(jīng)建成一樣去體驗(yàn)和感受建筑，也可以把已經(jīng)被毀壞的古建筑虛擬呈現(xiàn)，讓人們?nèi)ンw驗(yàn)。VR技術(shù)讓人們可以突破空間的限制，在家里或任何地點(diǎn)體驗(yàn)和研究正在設(shè)計(jì)中或?qū)嶋H已經(jīng)建成的世界上任何地方的建筑。除此之外，還能夠突破其他客觀條件限制，感受到真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)（虛擬體驗(yàn)，比如在虛擬建筑空間內(nèi)外飛翔、上帝視角、空中漫步等）。

以上這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使得VR技術(shù)成為建筑方案設(shè)計(jì)、效果展示、方案比較及方案評(píng)審的有力工具。

3 VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)課程教學(xué)上的應(yīng)用

VR技術(shù)是一種新型教育技術(shù)手段，具備重塑教育的潛力。能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬教學(xué)——在虛擬的世界里體驗(yàn)、探究、訓(xùn)練、矯正、交流、創(chuàng)作。建筑設(shè)計(jì)課程教學(xué)在VR技術(shù)的支持下，將實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容可視化、教學(xué)環(huán)境虛擬化、教學(xué)過程交互化、教學(xué)評(píng)價(jià)客觀化。

下面以建筑設(shè)計(jì)課程教學(xué)全過程為例闡釋其與VR技術(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)路徑和方法。

3.1 前期調(diào)研階段

利用VR技術(shù)對(duì)基地地形、地貌、周邊建筑形態(tài)、城市肌理等場(chǎng)景虛擬還原，將街區(qū)內(nèi)的所有信息真實(shí)重現(xiàn)。建立起足夠的資源數(shù)據(jù)庫(kù)后，可以虛擬基地調(diào)研，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地線上“調(diào)研”，可以很方便地得到基地內(nèi)建筑、綠化、人流、車流、降雨量和洪水位等影響設(shè)計(jì)用傳統(tǒng)方法又很難獲得的信息。

3.2 案例分析階段

VR技術(shù)平臺(tái)使人們可以足不出戶就能欣賞、體驗(yàn)、研究分析世界各地的經(jīng)典建筑案例；也可以方便地查詢到這些案例技術(shù)人文等方面的信息。學(xué)生可以自己拆解、重建、修改、比較、驗(yàn)證各建筑要素，實(shí)現(xiàn)更加深入細(xì)致的案例分析。

3.3 概念構(gòu)思階段

在虛擬基地中任意漫游，以真實(shí)的視覺角度或非常規(guī)的視角觀察體驗(yàn)，當(dāng)觀察體驗(yàn)的方式變了之后，判斷和創(chuàng)造的方法也就隨之改變了。這可以幫助建筑師發(fā)現(xiàn)問題，得到構(gòu)思靈感。還可以將自己的初步構(gòu)思放到虛擬基地中，研究體量、形態(tài)、對(duì)景等是否與基地契合，輔助完善方案。

3.4 方案比較階段

VR技術(shù)平臺(tái)中，可以實(shí)時(shí)地切換不同的方案，進(jìn)行多方案的比選。而且還能在不同的建筑方案中設(shè)定相同觀察點(diǎn)或序列來觀察和感受，這樣有助于比較不同建筑方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方便決策。同樣的，可以實(shí)時(shí)地對(duì)建筑局部進(jìn)行方案比選。

3.5 空間形成階段

學(xué)生可在逼真的三維場(chǎng)景中任意漫游，身臨其境般感受所創(chuàng)造的空間，體驗(yàn)空間序列是否完整、變化是否豐富，空間尺度是否宜人，空間氛圍是否符合概念和構(gòu)思等，這種直觀的體驗(yàn)非常有利于經(jīng)驗(yàn)不足的學(xué)生判斷和決策。如果不滿意，可以利用VR端編輯工具，對(duì)空間各要素進(jìn)行修改、替換等，“所見即所得”的修改方式也更利于學(xué)生比較、判斷（見圖3）。

圖3 VR技術(shù)支持下的三維可視化設(shè)計(jì)和編輯修改

3.6 細(xì)部推敲階段

虛擬建筑是對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行的真實(shí)“呈現(xiàn)”，學(xué)生可以在虛擬建筑內(nèi)細(xì)細(xì)踱步，觀察、揣摩每一處細(xì)節(jié)，建筑材料的選擇、色彩的搭配，配景的添加，可以在虛擬漫游中直接實(shí)時(shí)修改、添加或替換，還可以把修改前后的效果放在一起對(duì)比，有利于學(xué)生判斷。

3.7 方案表現(xiàn)階段

VR技術(shù)平臺(tái)在材質(zhì)資源、模型資源、線上共享通道等方面提供全面技術(shù)支持，方便學(xué)生快速高質(zhì)量地表現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。表現(xiàn)成果除了讓人們獲得最直觀體驗(yàn)的“虛擬建筑”，學(xué)生自己還可以在“虛擬建筑”三維場(chǎng)景中自由漫游，選擇合適的角度和場(chǎng)景“拍照”，立即生成效果圖，同理也可以快速制作全景圖、CG動(dòng)畫、全景視頻、3D立體動(dòng)畫、3D立體漫游等，提升效率、節(jié)省時(shí)間和資源（見圖4）。

圖4 VR技術(shù)平臺(tái)使設(shè)計(jì)與表現(xiàn)同步推進(jìn)

3.8 匯報(bào)評(píng)圖階段

提交/評(píng)審作業(yè)均通過線上平臺(tái)完成，大大提升效率。學(xué)生將作業(yè)提交到云端評(píng)圖系統(tǒng)，突破空間限制，導(dǎo)師（或校外專家）可以在學(xué)校辦公室、家里、設(shè)計(jì)院等任何地方線上評(píng)圖，提出修改意見，甚至直接對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行修改操作。

3.9 展示歸檔階段

虛擬展廳實(shí)現(xiàn)可持續(xù)展示，既節(jié)省空間，也方便隨時(shí)隨地參觀、查閱。因?yàn)椴徽加每臻g而且方便長(zhǎng)久保留，虛擬展廳的設(shè)計(jì)作業(yè)可以長(zhǎng)久存留，供新生、低年級(jí)學(xué)生參考，使設(shè)計(jì)作業(yè)作為教育資源積累。

通過以上過程可以看出，VR技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)課程教學(xué)中最主要的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是三維可視化設(shè)計(jì)創(chuàng)作和突破時(shí)空限制。

（1）三維的思維和創(chuàng)作方式——從傳統(tǒng)多媒體教學(xué)到虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)最重要的是2D思維轉(zhuǎn)換成3D思維，是完全不同的思維邏輯，這種轉(zhuǎn)變有利于培養(yǎng)有空間設(shè)計(jì)思維的創(chuàng)新人才。

（2）虛擬體驗(yàn)——VR技術(shù)提高了知識(shí)呈現(xiàn)的情境性與直觀性，利用VR技術(shù)把設(shè)計(jì)方案生成逼真的三維虛擬環(huán)境和建筑，讓學(xué)生走進(jìn)他們的設(shè)計(jì)中，身臨其境地感受建筑的環(huán)境、空間、功能、形態(tài)、光影等，這種體驗(yàn)非常有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間判斷能力，是普通教學(xué)不可能得到的。此外，還可以體驗(yàn)平時(shí)不可能體驗(yàn)到的虛擬情境。

（3）虛擬建構(gòu)——非常有吸引力的是虛擬建筑教學(xué)能夠在毫無成本和風(fēng)險(xiǎn)的情況下，讓學(xué)生完成設(shè)計(jì)方案的虛擬建造“實(shí)踐”，體驗(yàn)“動(dòng)手”參與建造和自己方案建成的樂趣，這在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境中是不可能實(shí)現(xiàn)的。

（4）虛擬社交——利用VR系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互性，師生之間可以像普通教學(xué)那樣互動(dòng)和交流，同時(shí)還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的共享性，教師和學(xué)生都可以實(shí)時(shí)共享資源，分享、交流自己的體驗(yàn)和心得，實(shí)現(xiàn)虛擬社交。

4 挑戰(zhàn) （也就是方向）

VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)課程教學(xué)上的應(yīng)用有了好的開始和非常美妙的前景，但是也面臨著一些挑戰(zhàn)（也就是發(fā)展方向）。

4.1 技術(shù)方面

要普及VR應(yīng)用，需提供高性價(jià)比的終端設(shè)備。市場(chǎng)需要運(yùn)行穩(wěn)定、性能強(qiáng)勁、價(jià)格又比較美好的硬件解決方案。硬件生產(chǎn)廠家需提升硬件性能以支撐數(shù)據(jù)快速處理和顯示，提升傳感器等電子交互設(shè)備性能，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、快速反饋，數(shù)據(jù)傳輸速率也需大幅提升，才能實(shí)現(xiàn)視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、力覺等客戶感官體驗(yàn)的持續(xù)改進(jìn)。

4.2 內(nèi)容方面

VR技術(shù)要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)模擬，需要建立起完整巨大的資源數(shù)據(jù)庫(kù)。VR技術(shù)畢竟還處于早期階段，應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)和教育上也剛起步，數(shù)據(jù)庫(kù)資源有限，把現(xiàn)有的內(nèi)容進(jìn)行重新建模也是巨大的工作量，而且從基礎(chǔ)平臺(tái)到應(yīng)用軟件開發(fā)還要加入更多信息（材料、設(shè)備參數(shù)、價(jià)格和生產(chǎn)廠家等），這些都需要時(shí)間和人力去慢慢累積。

4.3 觀念方面

與其它的新技術(shù)一樣，VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)和教育中的應(yīng)用也會(huì)引發(fā)關(guān)于實(shí)用性和接受性的顧慮。教師和學(xué)生等相關(guān)人員觀念的轉(zhuǎn)變和社會(huì)對(duì)它的接受程度是一個(gè)漸進(jìn)的過程。

5 結(jié)語(yǔ)

VR技術(shù)還在發(fā)展中，在建筑設(shè)計(jì)及其教學(xué)上的應(yīng)用也還剛剛開始。無疑，它將對(duì)建筑設(shè)計(jì)及其教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。接下來的發(fā)展方向應(yīng)該是VR技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能共同與建筑設(shè)計(jì)及其教學(xué)的結(jié)合，我們可以暢想一下：將來很有可能在家里或任意地點(diǎn)的一套VR設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)，甚至穿越時(shí)空，走遍世界。

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