VR技术在高校设计教学中的...庆邮电大学传媒艺术学院为例_李磊.pdf

2022.09 总第 191 期116一、VR 历史发展概述长期以来，人类一直借助最直观的视觉方式帮助自己增强记忆、拓展知识，如早期的洞穴图像，后来的绘画、电影、电视、数码影像，目前的 VR 技术等。VR 作为一个合乎逻辑的技术发展成果，诞生于 20 世纪 80 年代。当时，美国计算机科学家、VPL 公司的创始人杰伦拉尼尔一直在尝试开发一种计算机图形系统，它同时含有显示设备的眼镜和用于数据收集的衣服和手套，能够使用户获得一种由计算机虚拟建构的三维世界沉浸体验的产品原型。由于这项技术是利用计算机再造一个模拟现实的虚拟世界，因此拉尼尔便在“reality”（现实）前面加了“virtual”（虚拟）一词，这便是今天人们熟知的 VR（virtual reality），即“虚拟现实”。现在，虚拟现实与理论分析、科学实验一起，已经成为人类探索客观世界规律的手段之一。2016 年被誉为“VR 元年”，但是受限于技术困境，糟糕的用户体验和生态系统问题始终未得到有效解决，VR 技术从最初的万众瞩目一度陷入沉寂。2020 年前后，随着软硬件的迭代升级和体验感的迅速提升，加上“元宇宙”概念的大热和 Oculus Quest 2 在全球的热卖，VR 重回大众视野，且大有飞跃之势。在许多人眼中，元宇宙是下一代互联网形态，VR 则是其从概念走向现实的必经阶段。时至今日，曾经令无数游戏玩家为之痴迷的终极梦想如 HTC VIVE、Oculus Rift 等 VR虚拟现实设备早已为常人所熟知，且不断向寻常人展露出触手可及的迷人魅力。5G 商用进程的推进促进了依托多媒体技术和网络信息科技进行意义建构的集成性教学资源的兴盛，全国范围内各高校硬件设施的更新升级更是推动着创新型知识观与学习观深入人心。1二、VR 技术的主要分类根据浸入和交互程度的不同，实际应用的 VR 系统主要分为桌面式 VR 系统、沉浸式 VR 系统、增强现实式 VR 系统和分布式 VR 系统。（一）桌面 VR 系统桌面 VR 系统多应用于个人计算机，主要借助屏幕建立用户与虚拟世界的联系，并通过鼠标或其他交互设备实时操纵虚拟环境和对象。该系统因成本低廉，使用限制较少，故而较为普及，但是因为容易受到周围环境的干扰而缺少完备的沉浸感。常见的桌面 VR 系统有 QuickTime VR、VRML、MUD 等。2（二）沉浸式 VR 系统沉浸式 VR 系统又被称为可穿戴式 VR 系统。其利用多种交互输入输出设备，如头盔显示器、洞穴式显示设备等封闭用户的各种感觉，从而让用户真切地参与其中，并能利用设备驾驭虚拟环境。该系统的优点很多，如实时性高，系统集成度、整合性能和开放性良好；缺点则是技术起步时间较晚，技术要求和成本预算较高。作者简介：李磊，男，1971 年生，汉族，河南郑州人，重庆邮电大学传媒艺术学院副教授、硕士生导师，研究方向为视觉传达设计。VR 技术在高校设计教学中的应用研究以重庆邮电大学传媒艺术学院为例文李磊周红尧（重庆邮电大学传媒艺术学院重庆400065）摘要 传统的实践教学多以教师的叙述和示范为基础，学生实践机会少，教学互动性不足，教学效果差。VR 技术融合了多学科、多领域的高精尖技术，对培养创新型人才形成了强大的技术支持。VR 技术的应用能够创造接近现实的智慧学习环境，使教学现场成为充满活力和创意的试验场，提升设计人才的核心素养，实现设计教学“思维创新”与“技术创新”的互渗互融。本文以 VR 技术在高校设计教学中的实际应用为主要研究内容，简要介绍相关理论知识，解释相关专业术语和概念，并从实践的角度结合案例对高校艺术设计教学的数字化建构做初步的探索和分析，以期为今后该领域的研究提供参考。关键词 VR 技术；艺术教育；设计教学；实际应用中图分类号：G642文献识别码：A美育与教学DOI:10.16585/ki.mswx.2022.09.006美術文獻FINE ARTS LITERATURE117（三）增强现实式 VR 系统增强现实式 VR 系统允许用户在观察真实世界的同时通过穿透式头盔等设备和仪器将虚拟图像叠加在真实物体上，实现了虚拟物体与实体、空间与真实物体的互动融合。它的优点是虚拟现实与现实世界可以相互补充，缺点是技术难度较大，成本较为高昂。（四）分布式 VR 系统分布式 VR 系统可以被看作是一个基于网络的 VR 系统。它允许多个用户同时参与同一个虚拟环境，不同地方的用户可以生活在同一个“环境”中，通过动作和声音的实时互动进行学习、交流和娱乐等活动。它可以应用于许多专业领域，如虚拟会议、单人或多人在线游戏和虚拟战争演习。由于它需要一个特殊的分布式操作系统且成本较高，因此不适合广泛应用。三、VR 技术在我国艺术教育中的应用现状VR 技术的实质是构建一种人能够与之进行自由交互的“世界”，高精度、高速度、高分辨率、轻量化、裸眼化、无线化是未来虚拟现实技术的发展趋势。虽然我国虚拟现实技术研究起步较晚，而且与各个发达国家相比还有一定的差距，但是国家有关部门和科学家高度重视，并且根据我国的国情制定了相应的研究计划，如 863 计划、国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划都将虚拟现实技术列为重点研究项目。国内一些重点大学也积极投入这一领域的研究中，数据采集、跟踪、显示再现、设备技术等方面日趋成熟。当前，我国 5G 技术已经步入规模化应用关键期。与之同步，2016 年 6 月 7 日，教育部印发 教育信息化“十三五”规划，鼓励利用 VR 探索未来教育新模式，推动学校网络仿真实训环境建设，推动高校基于互联网、云计算技术的科研协作平台建设。2017 年教育信息化工作要点进一步明确，要加快 VR 实验实训平台建设，推动 VR 在教育教学中的应用。国内艺术设计教学紧跟社会整体发展趋势，也进入了崭新的发展阶段，信息化、数字化、虚拟化已是大势所趋。在此背景下，如何精准发力，科学融入新技术、新方法，促进设计教学空间的拓展和时间的扩延，成为高校艺术设计教育教学改革的关键。3有鉴于时代所需与时代所驱，我国许多艺术院校积极开展 VR 技术在高等艺术教育实践教学中的应用和推广，相继建立了一批虚拟现实和系统仿真实验室，力争将最新成果转化为实用技术。2019 年 3 月 28 日，中国人民大学艺术学院“光媒设计虚拟仿真实验教学”“镜头语言虚拟仿真实验教学”两个项目获批国家级实验教学项目；2019 年 12 月，中国美术学院“跨媒体虚拟仿真实验教学中心”获批国家级虚拟仿真实验教学中心；2020 年 10 月 30 日，教育部公布首批国家级一流本科课程认定结果，中央美术学院“虚拟策展实验项目”获评国家级虚拟仿真实验教学一流课程。这些项目的逐步落实标志着 VR 技术在我国艺术教育实验教学环节的重大突破和质量提升。4四、VR 技术运用于设计教学实践中的经验总结VR 设计与传统设计最大的不同之处在于，设计者能够借助硬件设备进入第一人称“人本视角”，在设计初期即可实现作品的动态化、全方位展示，依据视觉直观体验方案的现实可行性。重庆邮电大学传媒艺术学院（以下简称我院）自 2002年建院之初，便立足传统造型艺术教学，放眼科技创新研发。当国内大部分艺术院校设计专业的创作和教学仍然停留在传统的平面图、效果图或微缩模型的时候，我院即广泛开展以数字媒体为主要创作手段的教学研究和实验，综合运用多种数字化、智能化技术手段提高实验教学项目的吸引力和教学的有效度，快速转换社会价值和实际成果。经过近 20年的积极探索实践，我院收获颇丰。目前，在我院设计专业本科教学中，许多课程如住区景观设计、住宅空间设计、产品设计基础等都会应用虚拟现实的相关技术。例如，在包装设计课程中，包装产品造型结构的设计利用 VR 技术实现前期的迭代化测试，有效减少了资源的浪费；包装中的广告部分也可以通过虚拟仿真实验室进行体验，学生可以体验与明星的近距离互动，逼真地感受广告的动态展示和空间表现力；室内设计课程中的场景布置也完全利用虚拟仿真材料库进行实验，触手可及的材料特质丰富了学生对材料质感、肌理的感性认知，有效增强了课程与现实的紧密联系。2020 年，我院邓德祥教授主持了重庆邮电大学校级金科“幕墙设计创新虚拟仿真实验项目”建设工作。作为我院环境设计专业本科教学的一项重要教学质量工程，该项目涉及对建筑装饰材料的基本知识、构造技术和空间运用方法的教学，需要学生具备对建筑内外空间的形象感知力，方能实现对各类建筑幕墙设计意图的准确呈现。该项目实验教学突破传统，采用桌面式 VR 系统图片观摩和沉浸式 VR 系统的现场考察等综合模拟教学形式，通过即时呈现和直观感知建筑内部空间与外部幕墙形态、体量、材质、色彩的匹配关系，彻底解决了多年来材料和构造技术被动观摩、空间设计美育与教学2022.09 总第 191 期118及材料直观感知困难等诸多现实问题。产品设计基础课程借助 VR 技术，构建了不受时空限制、可如身临其境一般感受材料及其构件的应用场景。具体来说，学生先通过桌面 VR 系统建立模型小稿，然后通过三维扫描或 3D 建模获取数据，最后在虚拟实验室中实时调整产品的外观形态、材质纹理，直至设计完成，相较于以往绘制平面图、效果图的教学方式，这种教学方式无异于一种全新的变革。VR 技术在高校设计教学实践中的科学融入，能够帮助学生像身临其境一样进入一些不存在的或不易到达的环境空间中，灵活应用不同设计的具象效果，彻底突破传统教学中“知识靠讲”“施工靠看”“案例靠想”的局限，形成以具象实物、自主操作和感官体验为主的教学形式，真正激发了学生的学习兴趣，提高了学习效率。五、VR 技术在教学中面临的问题及应对策略（一）技术成本投入较高，教学内容与硬件质量不匹配在实际教学中，VR 技术的应用势必会直接增加艺术设计课程的教学成本，而 VR 产品的功能与价格成正比，价格低廉的 VR 产品，其性能自然比较差，这会导致学生体验不佳，最终必然影响学生的学习兴趣与教学效果。此外，由于 VR 技术研发成本较高，使用尚未普及，因此内容创新不足，直接影响了艺术设计课程教学内容的及时更新，这些都制约了 VR 技术在艺术教育领域的发展。针对这一问题，学校可以加强与企业间的合作，联合购买设备，降低产品成本；还可以共同开发相关课程，创新教学内容，提高教学的效率和效果，共创校企和师生共赢的良好局面。（二）对网络环境要求高，资源库建设尚且不完善无论是沉浸式 VR 系统、分布式 VR 系统还是增强型VR 系统，它们都对网络环境有很高的要求。随着参与者的不断参与，多个用户或虚拟场景在不同物理环境下的互动学习将不断增加，资源库建设的问题随之出现。首先，VR 设备的 3D 立体图像呈现需要巨大的存储面积。此外，对于完善的虚拟现实教学设备，艺术学科的所有理论知识点、三维场景图像数据、学习记录数据、相关资源查询、考试资源等也需要依托庞大的资源库，但是国内大多数艺术院校还无法做到这一点。因此，学校必须提高对 VR 实验教学的重视程度，加强网络设施建设，优化网络环境；加强虚拟实验室建设，促进数字信息科技与实践教学的有效接轨，营造良好的学习 氛围。（三）产品功能不够完善，用户体验还有待提高目前，VR 技术在国内艺术教育领域的应用探索还比较少，我们能够看到的多是一些简单的三维场景，而如何让学生更好地融入事件发生情境中，以便更好地理解艺术设计学科的教学原理和方法，是 VR 技术融入教育的根本。此外，当前市场上主流的 VR 产品尚不能保证画面的流畅和信息的同步，尚不能满足用户对舒适度和便捷性的要求。为解决这一问题，学校和合作企业应加大产品的功能升级，帮助学生更好地参与教学的全过程，使学生更形象地了解艺术设计的专业知识和专业内容；同时，提供更好的VR 设备，增强图像稳定性和信息同步性，有效提升学生的使用体验。六、结语目前为止，人类历史上一共发生了 4 次产业革命，整个社会正在朝向数字化和虚拟化加速迈进，教育领域产业革命的影响也日渐凸显。信息时代高等教育数字化转型已是大势所趋，更是时代所迫，数字化推动教育创新变革的浪潮势不可挡。在这样一个崭新的时代，无论是教育的施教者