虚拟现实技术融入产品设计专业人才培养的实践探索

章新成 申浩栋

（九江学院,江西 九江 332000）

随着我国经济快速健康地发展，产品设计及其相关教育事业可谓欣欣向荣，拥有空前的发展机遇。我国虽然具备全球最大的教育体系，但受教育水平的制约，相关院校培养出来的人才质量与国家经济建设所需要的人才质量相比还有不小的差距，怎样才能培养出符合国家经济建设需求的人才是当今教育界迫切需要解决的难题。

在技术应用层面，可以看到虚拟现实（包括增强现实、混合现实）技术越来越多地应用于产品设计，在虚拟仿真与效果评估方面优越性明显；在硬件方面，头盔式显示系统或沉浸式虚拟现实系统都能营造一个极具沉浸感和交互性的计算机仿真环境，从而给观众带来身临其境的体验。虚拟现实技术强大的前期设计与表现能力，对于产品设计专业的教学和人才培养具有极大的应用意义。

1 人才培养现状与虚拟现实技术融入思路

本文以九江学院产品设计专业为研究对象，该专业创办于2005年，目前在校生约300人。九江学院秉承地方性、应用型的总体办学定位，产品设计专业一直致力于培养服务于文化、艺术教育事业和地方经济建设的各类技能型、应用型人才。该专业着重培养学生的设计思维与表现方面的双重素质，使学生能熟练运用基本的艺术原理和法则，处理好各种产品的造型与结构、材料、工艺的关系，处理好产品与人、环境、市场的关系，使其具备产品改进和创新设计的能力[1]。

作为一所地方性院校，加上远离一线城市和产品生产基地，九江学院产品设计专业在人才培养过程中面临着实践教学资源匮乏、学生自主创新意识和能力不足的问题。在教育投入不足、师资相对匮乏的院校，如何创造性地提升产品设计专业学生的实践能力，解决人才培养的质量和效益问题，是本文的研究初衷。

自2010年起，学院开始以产品设计专业学生为对象，在产品设计类课程的内容建设、教学手段、教学环境与虚拟互动平台的搭建中，以Virtools、Unity等虚拟现实平台为依托，通过交互式新技术与传统教学资源结合，以创新传统的教学模式，使产品设计类课程内涵与新的技术和时代背景更加契合，最终达到提升产品设计专业教学质量的目的[2]。

2 虚拟现实技术融入教学与课程建设

（1）利用Virtools技术对产品造型类课程内容进行再开发，实现各类产品在虚拟引擎中的可控操作，形成直观、生动、可交互的教学案例，优化产品设计专业的教学内容。学院教学人员将用于产品设计教学的大量模型导入Virtools引擎，在场景中让三维产品模型实现动态交互（如图1），由此生成更为逼真、更具吸引力的教学信息，让学生得到视、听、触觉等多方面的感官刺激，让课堂内容和教学方式更具表现力和感染力。

图1 产品设计三维展示

（2）学院根据产品设计类课程的学科特点和教学要求，针对产品设计专业制作了基于3D动画和虚拟现实的三维动画设计教学课件（如图2）。该课件采用全三维场景和三维过渡动画来搭建课件架构，融三维动画、虚拟交互、视频、音乐等效果于一体，在课堂教学过程中得到了学生较好的反馈。同时，该课件也获得了第十一届全国多媒体课件大赛一等奖。

图2 基于虚拟现实的三维动画设计课件

该课件目前已在九江学院精品课程网上发布，利用课件的高度可控性与真实的用户体验，可以开展针对性强、个性化突出的教学策略和教学活动。在该虚拟平台上，学生可以学习三维动画的新知识和新技能，也可以开展补偿式学习、兴趣性学习和验证性学习，学生可以根据自己的爱好、能力和需求选择要学习的内容，制定学习进度与计划。

（3）学院搭建了基于Virtools技术的三维交互设计与展示平台，该平台可嵌入各种三维模型，并实现基本的材质、动作、角度改变等动画效果（如图3）。该系统突破传统设计实践的时空限制，可满足学生个性化、自主性的学习与设计需求，有利于学生创新思维的培养和自主学习能力的提高。

图3 汽车模型导入与基本界面设计

具体操作过程以汽车模型为例，首先通过3d Max建模技术制作了福特汽车的基础模型，在进行数据优化后导入Virtools平台进行二次开发，通过Virtools的BB模块依次增加灯光、旋转、贴图置换、相机切换等系统。平台基本功能包括车漆颜色变换、轮毂变换、内饰变换、开关车门、升降顶棚、车灯开关、视角切换等效果。更重要的是，该平台不仅适用于汽车展示，也适用于其他工业设计产品演示与设计。该系统在交通工具设计课程中得以应用，受到学生的一致好评[3]。

（4）建立了基于虚拟现实技术的计算机辅助设计课程网站——“三维动画设计”（如图4）。该网站实现了优质教学资源的共享，最大限度地满足了教学需求，促进了课程建设和教学改革，满足了学生自主学习和个性化学习的需要，促进学生自主学习能力的培养和发展。

图4 三维动画设计课程网站首页

九江学院当前开设三维制作相关课程的专业很多，主要集中在艺术、机械、计算机和土木等几个专业，相关学科包括产品设计、汽车设计、动画、数字媒体技术、影视广告、建筑工程等。整体来说，涉及课程与学习人数均较多，相应师资力量却较为缺乏，教学理念、教学方法等方面也较为陈旧。因此，做好基于3D和虚拟现实的网络课程平台的建设，对于缓解这一压力是有很大帮助的。

3 虚拟现实技术融入教研与社会实践

（1）将教学过程与各类科研项目结合起来，以教促研，实施项目化教学。相关教师研究期间申请了九江学院质量工程项目“九江学院三维漫游系统”（如图5），将项目引入课堂，组织学生参与设计制作。

图5 九江学院虚拟校园3d模型

项目的完成能够很好地锻炼学生的动手实践能力，同时对于校园规划和对外宣传均有一定意义。而且，这样的项目化教学极富产品设计专业特点，是行之有效的设计类实践教学环节设计。项目进行过程中，由教师引导，学生自主进行创意设计，极大地提高了学生对专业课程学习的兴趣，检验了学生之前课程学习的成效，激发了学生的创新意识。这对于自主型、创新型人才培养具有极大的推进作用。

（2）在教学之外，课题组师生积极开展社会实践服务，将基于三维制作与虚拟现实二次开发的教研成果转化为社会服务项目。由于产品设计专业的课程教学模式，是基于问题分析和解决、集教学研发于一体，在开展对外服务和凝练产学研成果方面具备先天的优势。课题组先后为九江707研究所（如图6）、庐山植物园、白鹿洞书院等部门制作了虚拟现实产品或搭建了相关环境。

图6 为707研究所设计的虚拟装配机床

4 培养计划与相关人才培养评价

学院将相关虚拟现实研究成果与技术融入培养方案，同时加强课程档案资料管理。在产品设计专业开设了三维动画和虚拟现实相关课程，强化学生在这方面的技能掌握。在课程档案管理方面，针对每门课程加强了相应的信息收集与整理，包括师资队伍、课程负责人、教材选用、教学大纲、教案、教学课件、课程实践及记录、学生课程成绩及分析材料等[4]。

在评价手段上，根据最新专业认证的标准和要求，以总结性评价与形成性评价相结合的方式进行考核，不仅重视学生学习的结果，更重视学生学习的过程。通过课程作业和毕业设计的展示平台（如图7），形成科学的教师评价、学生互评和日志评价等多种形式于一体的评价体系，落实课程的考核评价。该展示平台开通了点赞、点评等轻社交功能，所有用户可以在线评价和互动[5]。

图7 学生作品网上展厅（附学生点评）

5 小结

将新技术融入教学和人才培养是教育改革的一个方向，虚拟现实技术在优化教学课件制作、辅助教学环境搭建和促进学生自主性、交互式学习方面，有着难以比拟的优势，随之带来的教学思路与理念的改进，亦具有极大的价值。

九江学院产品设计专业在借助虚拟现实技术促进产品设计专业教育教学模式方面的发展，特别是针对实践教学的探索是具有一定代表性和借鉴价值的。通过虚拟现实技术融入产品设计人才培养，将虚拟现实的技术属性应用于构建产品设计专业的情境式教学，有利于改进现有的教学内容和教学方式，培养自主创新型产品设计人才。