虚拟仿真技术在园林规划设计类课程数智化实验教学中的应用

曾峻峰 郭晓华 孙陶泽

（长江大学 湖北 荆州 434025）

教育部办公厅在2017 年发布的《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，明确指出“实验教学项目作为高校开展实验教学的基本单元，其建设水平直接决定实验教学的整体质量。开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设，是推进现代信息技术与实验教学项目深度融合、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措[1]。”

园林规划设计实验课程对学生实践能力要求很高，学生在设计实践的过程中要准确把握园林空间的尺度，并在此基础上按照要求合理规划并布置各园林要素，最后以图纸的形式展示实践成果。在通常的教学过程中，学生主要通过手绘图纸来表达自己的设计方案，但是在现实环境中，风景园林空间是一个包含了三维空间加时间的四维时空，学生在规划设计过程中需要不断的对空间进行理解和重构，然后绘制在二维的图纸上，因此风景园林规划设计实践教学最主要的困难是让学生在设计的过程中能够准确把握空间尺度。传统的教学模式难以满足学生对于实践操作的需求，而虚拟仿真技术的出现，可以为实验课程提供数智化赋能，为教学提供了新的思路和方法。

1 虚拟仿真技术在风景园林规划设计实验课程中的作用

1.1 能够增强设计教学的直观性。使用虚拟仿真技术构建三维虚拟空间，可以带领学生身临其境的体验风景园林空间，进行全方位多角度的实时感知，更好的理解设计理念和方法。

1.2 能够增强教学过程中的多维度体验感。风景园林空间不仅是一个地理意义上的三维空间，时间维度所带来的的日照、季节、气候等的变化以及园林植物的生长变化，会使园林空间呈现出动态的景观效果。通过虚拟仿真手段，可以让学生体验到园林空间多维度变化的景观效果。

1.3 为学生自主学习和自由学习提供平台。通过建设虚拟仿真实验平台，学生可以随时进行自主学习和设计实验。而平台的开放性，可以让学生自由进行多种设计实验，提高学生的学习兴趣。

1.4 能够提高学生设计成果的质量。通过虚拟仿真，学生可以突破二维图纸的束缚，在设计过程中直观的感受三维空间中要素的尺度和要素之间的空间组合关系，并可以在三维空间中进行实时的优化调整，使最后的设计成果能达到最好的效果。

1.5 能够促进教学水平的全面提升。虚拟仿真实验教学不仅能够帮助教师在教学过程中更好的开展教学，同时也能够帮助学生在学习知识的过程中进行自主性的探究学习。此外，在促进教师教学和学生学习的同时，虚拟仿真实验教学平台还能够在提高教学效率等方面提供便利，更好地推动教学水平的提升。

2 虚拟仿真技术在风景园林规划设计实验课程中的应用

2.1 教学模式。风景园林设计课程中的虚拟仿真技术教学模式，是指通过虚拟仿真技术将规划设计实验的想法和设计方案呈现出来，并让学生通过虚拟现实技术进行互动体验，以达到更好的学习效果。教学模式包括教学内容、教学方法和教学工具三个方面。

2.1.1 教学内容。教学内容主要包括以下几个方面：①场地环境模拟。在风景园林规划设计中，场地环境是非常重要的。使用虚拟仿真技术对场地的地形地貌、地质构造、水文和植物群落等信息进行仿真模拟，可以帮助学生深入现场了解场地环境并进行分析与体验，为下一步的设计方案生成打下基础。场地环境模拟可以通过对场地现状进行详细测量，然后运用三维软件进行建模，也可以通过无人机航拍自动生成三维场景。②设计方案模拟。学生可以通过虚拟仿真技术构建出方案设计的实景，包括设计后的地形、景观要素形态、工程结构、材料选用等方面的情况。让学生在三维空间里通过移动视点，如同进入一个真实的场景，从多种视角考察自己的设计方案与周边场地的关系，获得沉浸式的空间体验，最终对方案进行优劣分析和深入推敲[3]。③互动体验。虚拟仿真技术可以帮助学生进行互动体验。通过虚拟仿真技术对设计方案进行沉浸式的漫游体验，可以更好的检验设计方案的效果。

2.1.2 教学方法。教学方法主要包括以下几个方面：①理论讲解。虚拟仿真技术是一种比较新的技术，学生可能对其不太了解。因此，在教学中需要进行一定的理论讲解，介绍虚拟仿真技术的基本原理和应用场景，让学生对虚拟仿真技术有一个基本的了解。②案例分析。在教学中，可以选取一些园林设计案例进行分析，介绍虚拟仿真技术在园林设计中的应用。通过案例分析，可以让学生更好地了解虚拟仿真技术在园林设计中的具体应用和效果。③实践操作。虚拟仿真技术是一种操作性比较强的技术，学生需要进行实践操作才能更好地掌握。在教学中，可以通过虚拟仿真技术软件进行实践操作，让学生亲自体验虚拟仿真技术的操作流程和效果。

2.1.3 教学工具。教学工具主要包括以下几个方面：①虚拟仿真软件。虚拟仿真软件是进行虚拟仿真技术教学的核心工具。在风景园林设计实验课程中，通常需要多种软件搭配使用。如在方案设计阶段使用AutoCAD 软件进行基础的平面布局设计，然后使用SketchUP 等三维建模软件进行三维模型的制作和三维场景的搭建，最后使用Lumion 等后期配景软件进行后期处理生成效果逼真有互动性的三维场景。②交互式设备。交互式设备是进行虚拟仿真技术教学的重要工具。通常情况下，可以通过键盘鼠标和显示器进行操作和观察，如果想达到更好的效果，可以选用交互式设备，如头戴式显示器、手柄等，让学生体会更真实的沉浸式的虚拟仿真技术的互动体验。③三维打印技术。通过3D 打印机可以将虚拟仿真技术的设计方案转化为实物，让学生更加直观地了解设计方案。

2.2 实验步骤。在风景园林设计课程中，虚拟仿真技术的设计实验可以分为以下几个步骤。

2.2.1 确定设计目标和内容。在确定设计目标和内容时，需要考虑课程的教学目标、学生的实际情况以及虚拟仿真技术的应用场景等因素，从而确定设计的主题和内容。

2.2.2 采集和整理相关素材。在采集和整理相关素材时，可以通过各种途径获取素材，如实地考察、文献调研、网络搜索等。

2.2.3 建立虚拟仿真场景。在建立虚拟仿真场景时，需要根据设计目标和内容，选择合适的虚拟仿真软件，如使用SketchUp 绘制三维模型场景、使用Lumion 进行三维渲染等。

2.2.4 进行虚拟仿真演示。在进行虚拟仿真演示时，需要根据设计目标和内容，设置相应的场景和环境，如光线、材质、动画等，从而进行虚拟仿真演示。

2.2.5 虚拟仿真效果的评价和改进。在评价和改进虚拟仿真效果时，需要对虚拟仿真演示进行评价，如视觉效果、交互性、真实感等，从而确定改进方案，提高虚拟仿真效果。

2.3 风景园林设计课程中虚拟仿真技术的评价和效果分析。风景园林设计实验课程中的虚拟仿真技术应用，能够有效提高学生的设计能力和创意思维，同时也能够提高学生的技术水平和团队协作能力。在评价虚拟仿真技术应用的效果时，主要从以下几个方面进行分析。

2.3.1 视觉效果。虚拟仿真技术应用的视觉效果是评价其效果的重要指标之一。优秀的视觉效果能够增强学生对设计的理解和感受，从而提高设计质量和水平。

2.3.2 交互性。虚拟仿真技术应用的交互性是评价其效果的另一个重要指标。良好的交互性能够增强学生对设计的参与感和掌控感，从而提高学生的学习兴趣和积极性。

2.3.3 真实感。虚拟仿真技术应用的真实感是评价其效果的另一个重要指标。优秀的真实感能够让学生更好的体验到设计效果，从而提高学生的设计能力和创意思维。

综上所述，虚拟仿真技术在园林设计课程中的应用，能够有效提高学生的设计能力和创意思维，同时也能够提高学生的技术水平和团队协作能力。在应用中，需要结合实际情况和教学目标，选择合适的虚拟仿真软件和应用场景，从而提高虚拟仿真效果。

3 虚拟仿真技术在风景园林规划设计实验教学中存在的问题和未来展望

3.1 存在的问题。虽然虚拟仿真技术在园林设计中的应用前景和教学价值非常广泛，但是目前在研究中还存在一些不足之处。具体来说，主要表现在以下几个方面。

3.1.1 虚拟仿真技术的应用还存在一定的技术难题。虚拟仿真技术需要涉及到计算机图形学、虚拟现实技术等多个领域，技术难度较高，需要更加深入地跨学科的进行研究和探索。

3.1.2 虚拟仿真技术在园林设计中的应用还需要更加贴近实际应用。目前虚拟仿真技术在园林设计中的应用主要是在计算机上进行模拟，还需要更多地将虚拟仿真技术与实际应用相结合，提高虚拟仿真技术的效率和质量，从而更好满足园林设计师的需求等等。

3.2 未来展望。未来，随着技术的不断发展，虚拟仿真技术在园林设计课程中的应用前景十分广阔。特别是随着人工智能、大数据等技术的不断发展，虚拟仿真技术的应用将更加智能化和精准化，为学生提供更加真实、直观的体验，促进学生的学习和创新能力的提升。同时，虚拟仿真技术的应用还可以为园林设计行业的发展提供更加高效、精准的工具和技术支持。因此，在未来的研究中，应该进一步深入挖掘虚拟仿真技术在园林设计中的应用价值，不断完善技术细节，推动虚拟仿真技术在园林设计教育和实践中的广泛应用。

4 结束语

在园林规划设计实验课中，通过虚拟仿真技术的应用，将原本抽象的多维设计空间实体化，使得以往在教学中不易展现的内容(如地形的变化、空间的对比、材料的质感等等)非常直观的呈现出来，既丰富了教师在设计实验教学中的教学手段，提高了教学质量，又增强了学生对多维空间的感知和理解能力，提升了学生对设计实验的学习兴趣。因此，将虚拟仿真技术融入风景园林规划设计实验课程教学，以此构建园林规划设计类课程数智化实验教学平台，对于提升教学质量和教学效率有着重要的作用和意义。