虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

尹曉科 李贊

【摘要】本文分析虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢，提出了虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的條件和設(shè)想。從專業(yè)課程體系角度出發(fā)，探索虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。旨在為高職園林實訓(xùn)教學(xué)改革提供新思路、新途徑和新方向。

【關(guān)鍵詞】虛擬技術(shù) 園林 實訓(xùn)教學(xué)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality），簡稱VR，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界。這種技術(shù)的特點在于，能產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，為用戶提供視覺、聽覺和觸覺等感官的模擬，通過交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。隨著數(shù)字化進程的不斷加速，電腦多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也逐步走進課堂。教育部文件中明確指出高等職業(yè)教育要大力推行工學(xué)結(jié)合，突出實踐能力培養(yǎng)，改革人才培養(yǎng)模式，其中實驗、實訓(xùn)、實習(xí)是3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

一、虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)越性

園林是一門綜合性學(xué)科，它運用植物、水體、木材、石材、不銹鋼等多種材料，通過改造地形，筑山、疊石、理水，種植樹木花草，營造建筑和布置園路等途徑創(chuàng)作，同時吸收文化、歷史等人文內(nèi)容，并結(jié)合特定環(huán)境創(chuàng)造出形態(tài)各異的美的空間。這就需要園林設(shè)計師具有高度豐富的想象力和時空觀，因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代園林設(shè)計中具有重要的作用。由于虛擬仿真技術(shù)的情境性、交互性和多感知性等特點，其在園林實訓(xùn)教學(xué)中同樣也具優(yōu)越性。

情景性

利用VR技術(shù)可以虛擬建立園林景觀，展現(xiàn)園林豐富的景觀內(nèi)容。例如，植物的色、香及季相變化，景觀亭子的造型、材質(zhì)、大小，經(jīng)典的古典園林空間，居住區(qū)小區(qū)園林環(huán)境空間，甚至大型森林公園的整體環(huán)境展現(xiàn)。學(xué)生可以不出教室，就獲得與親臨真實場景一樣的體會，在空間中隨意游走，從而充分感受園林景觀中的色彩、光影和動靜變化，從而豐富感性認識，加深對空間場景的理解。

交互性

首先，在實訓(xùn)教學(xué)階段，教師可以運用虛擬仿真平臺實現(xiàn)對學(xué)生的管理和指導(dǎo)。例如教師登錄虛擬實訓(xùn)平臺，根據(jù)實訓(xùn)課程要求先對實訓(xùn)內(nèi)容進行相應(yīng)的理論講解，然后通過互動平臺發(fā)布學(xué)生實訓(xùn)的目的、內(nèi)容、計劃、流程、具體要求和注意事項。其次，學(xué)生在聽教師講解完理論知識后，可以根據(jù)自己掌握到的知識進行在線練習(xí)，完成一定量的練習(xí)后才可以進行相應(yīng)技能的在線測試。最后，師生之間、學(xué)生之間也可以通過虛擬實訓(xùn)平臺進行交流和互動。學(xué)生在實訓(xùn)過程中如果遇到困惑和問題都可以隨時咨詢老師或者與其他同學(xué)討論解決，加強師生間的互動交流，同時也提高了學(xué)生之間的團隊協(xié)作能力。

創(chuàng)造性

通過使用VR技術(shù)可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。在親身體驗三維空間的同時，學(xué)生可以實時進行可視化編輯，調(diào)整三維空間場景、調(diào)整模型的大小、材質(zhì)、空間位置，對不同場景效果進行推敲和比對，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

二、園林專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的相關(guān)支持條件

虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)所需的硬件設(shè)備

為了實現(xiàn)虛擬顯示的沉浸特性，必須具備人體的感官特性，包括視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等。因此建立虛擬仿真實訓(xùn)室，首先需要虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的硬件設(shè)備。現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實中常用到的硬件設(shè)備，大致可以分為四類。（1）建模設(shè)備，如計算機和3D掃描儀;（2）顯示設(shè)備，如虛擬現(xiàn)實頭盔，雙目全方位顯示器，CRT終端一液晶光閘眼鏡，大屏幕投影一液晶光閘眼鏡，CAVE洞穴式虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)等。（3）聲音設(shè)備，如三維立體聲和語音識別。（4）交互設(shè)備，如數(shù)據(jù)手套，力矩球，操縱桿，觸覺反饋裝置，力覺反饋裝置，運動捕捉系統(tǒng)，機械式運動捕捉，聲學(xué)運動捕捉等。

三、園林工程類實訓(xùn)

園林工程施工課程對學(xué)生動手能力要求很高，需要進行大量的實訓(xùn)訓(xùn)練。而工程類的某些施工現(xiàn)場含有一定的危險系數(shù)，不適合還沒熟練掌握施工技能的學(xué)生直接到去現(xiàn)場實訓(xùn)。虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)能提供真實的360度全方位三維施工現(xiàn)場模型場景，提供給學(xué)生進行模擬操作的實訓(xùn)場地，使學(xué)生身臨其境，模擬相應(yīng)的工作角色，為學(xué)生將來到現(xiàn)場實習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。同時由于真實性強，學(xué)生對于遇到的問題也會產(chǎn)生較強的求知欲，提高學(xué)習(xí)的興趣，自覺練習(xí)施工技巧操作，從而能更好更扎實地掌握各項操作技術(shù)。學(xué)生可以像玩游戲一樣進行各種實訓(xùn)通關(guān)。首先，由教師先啟動虛擬動畫進行技能示范演示，向?qū)W生講解和展示每個實訓(xùn)技能操作的內(nèi)容、步驟和要求，使學(xué)生對實訓(xùn)任務(wù)有直觀的了解。然后，學(xué)生通過反復(fù)操作練習(xí)，熟悉并掌握某個施工流程和技術(shù)要點進行通關(guān)檢測。學(xué)生在進行通關(guān)檢測實訓(xùn)中，每通過一關(guān)即是完成一項實訓(xùn)作業(yè)，評價系統(tǒng)會自動對每項操作進行打分，分數(shù)需要達到設(shè)定值以上，才能晉級下一個實訓(xùn)任務(wù)。以駁岸施工實訓(xùn)為例，學(xué)生可以使用皮尺、石塊、鐵鍬、碎石、石灰、水泥、砂石等工具模型，先通關(guān)“測量放線”關(guān)卡，才能晉級下面的“挖槽”、“夯實基礎(chǔ)”、“澆筑基礎(chǔ)”、“砌筑岸墻”等關(guān)卡。最后，系統(tǒng)會對學(xué)生總體的實訓(xùn)情況進行評價，教師通過啟動互動交流平臺，指導(dǎo)和解決學(xué)生在實訓(xùn)時遇到的問題。例如哪些同學(xué)的動作不標準，哪些同學(xué)操作的步驟出現(xiàn)錯誤，哪些同學(xué)所選用的材料有誤等問題，都能通過互動交流平臺指出。

四、結(jié)語

科技在飛速發(fā)展，技術(shù)也在完善，園林專業(yè)需要緊跟時代的步伐，園林實訓(xùn)課程要不斷改革創(chuàng)新，探索一種新的教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生成為有創(chuàng)新意識、有過硬專業(yè)技術(shù)的人才。

參考文獻：

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項目基金：2016年湖南省教育廳科學(xué)研究項目（項目編號：217C0942）

本文是2016年湖南省教育廳科學(xué)研究項目《虛擬仿真交互技術(shù)在高職園林實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究》（項目編號：217C0942）的研究成果。