张 宓，杨 旸
(云南林业职业技术学院，昆明 650224)
VR技术是虚拟现实技术Virtual Reality技术的缩写，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统[1]，是一种具有沉浸感、构想性、交互性的新型技术，被广泛运用于医疗、影视、娱乐等领域。
VR技术作为一项新兴技术在物理理论、信息技术等相关领域都有较好的基础，运用也较为广泛，主要基于以下几个特点[2]：
交互沉浸性。VR技术有着较强的沉浸感和交互感，让体验者在虚拟场景中感知到真实的感受，同时提供人的感知能力及主观行为、空间场景等方面的模拟，以接近真实程度。
经济性。在一些项目领域，现实的实验设备或项目系统等都十分昂贵，而VR技术可以通过技术能力实现与现实项目设备达到一样的效果并只需要花费相对于现实项目设备更少的钱，且可以重复使用，大大节省了实验费用。
空间性。一些实验设备或项目占地面积大，工艺复杂，对于所需空间要求较高，而VR技术则只需要很小的面积和设备可模拟出各类场景，提高了实验效率并节约了使用空间。
安全性。在现实中一些实验项目和设备的使用都面临一些安全风险，VR技术可以通过模拟演练等方式规避此类风险，或者通过模拟演示形式，在保证人员安全的前提下，模拟风险发生时所产生的伤害。可通过技术手段避免出现误操作而对实验设备造成损伤。
可模拟性。在一些实验过程中需要模拟一些外部影响因素或不同环境的影响，VR技术可以通过模拟外部环境等形式模拟出实验所需要的条件，以此满足实验要求，同时排除一些外部干扰因素，使实验结果更为准确。
可预测性。一些实验过程周期相对较长，得到结果的时间也较长，VR技术则可以通过设置的条件，提前模拟出实验结果，大大节省了实验时间，提高了实验效率。
我国由于相关技术起步较晚，在VR技术的应用方面相对较少。近年来，国家对VR技术的支持力度加大，市场反响较为热烈，发展较为迅速。许多院校建立了相关实验室，开始展开对VR技术在应用方面的研究。比如北京航空航天大学建立了虚拟现实技术国家教育部重点实验室，浙江大学建立了计算机辅助设计与图形国家重点实验室[3]，哈尔滨工业大学、上海交通大学、西安交通大学等高校都对VR技术进行了相关的科学技术研究。从目前情况来看，国内高校对于VR技术的研究与应用主要体现在以下几个方面：
2.1 建立虚拟仿真校园
为了方便学生在校学习生活，突出校园环境和学习氛围对学校教学活动可能产生的影响，运用VR技术可以仿真出一个校园，比如浙江大学、天津大学就运用该技术设计出了一个虚拟校园。随着网络技术的发展以及人们对于新型实用功能的需求，虚拟校园除了浏览以外，还需要提供教学、生活便利等更多功能，以促进现有平台的使用更加多元化。
2.2 虚拟教学
基于VR技术沉浸感、构想性、交互性的特点，该项技术在教学领域，特别是在一些理工科的教学中具有较为广泛的运用。例如，同济大学建筑学院就拥有一个虚拟现实实验室，学生可以通过实验室里的相关设备，了解观察建筑物相关的建筑构配件，同时可以对建筑设计和建筑景观等方面进行仿真，以达到较为直观的教学效果。西安交通大学在城市规划、驾驶员培训等方面也增加了虚拟仿真技术的运用。中国科技大学在物理实验方面也广泛运用了虚拟现实技术，并形成了诸如大学物理仿真实验软件、几何光学设计实验平台、大学物理虚拟实验远程教学系统等产品[4]。
目前，我国在教育方面的虚拟仿真技术应用还停留在初级阶段，并且主要以PC平台为主，真正的浸入式的VR技术系统非常少。在我国教育领域中特别是建筑类专业中，VR技术的发展应用还有很大的提升空间，前景广阔，这将促使更多机构研发和运用VR技术，为VR技术在教学领域中的应用提供更多理论和技术支持。
利用VR技术进行教学，可以将一些建筑结构和相关配套设施以及实践课程，通过虚拟的环境让学生比较直观地观察、感受和操作建筑类工程，提高学生对于知识点的认知和掌握，进而加速和巩固学生学习知识的过程。
3.1 有利于情景教学的开展
从高职院校建筑工程类教学现状来看，大部分高职院校以理论结合实践的教学方式进行。其中，理论类教学往往由授课教师针对书本内容进行较为直观的讲授，不利于激发学生的空间想象能力，对建筑构配件和结构的理解也不够生动和具体，造成理论知识掌握不够深、不够透，降低了教学效果。VR技术可以营造出虚拟的环境，并且通过计算机仿真建模，模拟出建筑物构配件的形状和功能，学生能亲身经历和感知，相比空洞抽象的说教更具有说服力，能让学生更加主动地接受学习理论知识点。
3.2 节约实践教学成本
在实践教学方面，由于建筑工程类课程是以实践为主的课程，课程中大量的实践内容对于巩固和增强学生专业知识具有重要作用。但是，部分高职院校受到经费、场地等方面的因素影响，导致若要开展相关实践教学，就要投入大量经费，且场地和经费的使用局限性相对较高，无法正常开展教学实践[5]。同时，实验或教学过程中会运用大量的建筑材料，一些建筑材料在使用过后的保存和处理也较为困难。VR技术可以建立虚拟实践平台，利用虚拟仿真技术对相关实践内容进行虚拟操作，提供与真实操作一致的实践体验，同时一个平台还可以满足多种实践操作的仿真任务，节约了经费和场地，减少了建筑废料的产生，让学生反复操作以达到巩固知识点的目的。
3.3 规避实践教学风险
建筑施工技术、工程测量等课程的实践教学，本身在实际操作过程中就存在一定的危险性，学生若经验不足或知识掌握不够扎实，容易因操作失误而造成安全事故，产生不可挽回的损失。VR技术能够通过虚拟仿真的操作，使学生和教师在虚拟的实践环境中进行一些风险操作，既锻炼了操作技能，又规避了风险，还解决了耗材高的问题。
3.4 打破空间、时间限制
一项建筑工程项目从设计初期到工程竣工验收，会经历一个相对较长的过程，高职学生在有限的学习时间里很难全程参与和了解。同时，一些空间想象能力较弱的学生也很难将平面的二维图纸，想象成立体的三维图形。VR技术不仅可以生成虚拟的建筑物，让学生步入虚拟的建筑内部了解建筑工程的具体情况，体验沉浸式教学，还可以将时间较长的建筑物建造过程，通过较短的时间呈现给学生，让其在有限的时间全程参与建筑物的建造过程并掌握每个过程的具体内容。
4.1 利用VR技术构建建筑模型
当课程教学中涉及梁、板、柱、墙等建筑物构配件时，可以将此类建筑构配件制作成建筑信息模型[6]，这样可以较为直观地展示出该类构配件的三维模型，如某个构件的使用材料、某个梁内部的配筋情况、某个地坪的施工做法顺序等，并可通过虚拟建筑信息构配件的相互组合搭建成为完整的建筑物模型。例如，在一些建筑结构相对复杂或特殊的建筑物中，可通过VR技术将这类建筑物所有结构制作成虚拟建筑模型，利用对建筑信息模型单个拆解或多个组合等方式，直观地展示给学生，让学生充分掌握复杂和特殊的建筑形式，提升教学效果。
4.2 利用VR技术进行物理环境模拟
当今建筑工程类课程教学越来越注重可持续发展的内容，建筑物所处的外部环境对建筑物的影响体现得尤为明显，在注重绿色、生态、环保的可持续设计理念下，可以通过VR技术在建筑设计阶段，对建筑物的声环境、光环境、热环境等物理环境，进行模拟设定与分析[7]。例如，在建筑的设计中，可以模拟该建筑所在地区的热环境，让学生在建筑物外立面构造设计或材料设计方面选择较为经济节能的构件形式，从而降低建筑成本或建筑能耗，或者可以通过VR技术模拟该建筑全年的光照情况，进而对该建筑物内部各房建的采光进行优化设计。又如，在音乐厅的设计中，可以通过模拟的声环境反映该设计方案中音乐厅内观众的实际收听效果，从而再对设计方案进行修改，以达到最完美的收听效果。
4.3 利用VR技术开展仿真实践
仿真实践是VR技术运用到建筑类课程教学的主要内容，可通过虚拟仿真技术搭建实验实践平台，建筑类不同专业学生可通过平台模拟完成自己所学专业涉及的实验实践。建筑施工类专业学生可以通过平台生成所有建筑施工技术所需掌握的实践课程，学生根据操作要求，在虚拟平台上动手完成如绑扎钢筋、浇筑混凝土、砖墙砌筑等一系列建筑施工技术操作。工程测量类专业学生可以通过虚拟平台生成一块测量场地，通过对虚拟设备进行操作，熟悉设备操作流程，完成该场地的测量工作。建筑设计类专业学生可通过平台完成自己的建筑设计，并通过虚拟建筑信息模型，生成自己的设计内容，直观展示自己的设计成果。工程造价类专业学生可以通过平台模拟某建筑物的施工图和配套的文件规范，可较为直观简单地掌握识图技能，提升工程算量效率。同时，VR技术还能完成一些专业群平台课的模拟实验。例如，电工应用技术课程中，可以通过模拟实验平台，完成电工类实验操作；
建筑材料课程中，可以通过模拟混凝土凝结过程，直观讲解水灰比对于混凝土的影响。
4.4 利用VR技术开展沉浸式教学
通过VR仿真技术开展沉浸式教学，可以模拟出古建筑或知名建筑物等真实的建筑场景，学生可以通过虚拟技术在这类建筑的虚拟场景中漫游，进而对建筑史有更全面的了解。也可以模拟出一些虚构或尚未建成的建筑物，以此模拟一些概念性或具有未来发展趋势的建筑物，培养学生在新兴建筑设计、绿色建筑设计等方面的兴趣点。通过将VR技术应用于教学过程中，能够帮助学生理解传统模式下较难掌握的知识点。例如，学生可以通过VR技术生成某个建筑物，再通过虚拟设备进入到建筑的虚拟环境中，这种教学模型不仅可以完成该建筑内部结构的展示，当涉及房地产营销、室内设计等相关课程时，还可以将其作为户型结构、改造方案、软装设计的介绍。在工程管理方面，可以通过VR技术进行容错方面的实验，如可以设定不同的建筑施工或管理方案，对整个方案进行建模，模拟不同方案的应用过程及结果，并动态化地反映出该方案可能存在的问题，以便于学生及时对方案进行调整，并选择最优方案。
随着信息技术的快速发展，VR技术在教学方面的应用也将带来更多优势和便捷。对于高职院校建筑类课程的应用，由于VR技术的沉浸性、交互性等多种特点，其运用范围也将越来越广，有效解决了授课效率低、实践操作困难、教学成本高、资源浪费大等问题，增加了课程的多样性和实用性，提高了教学质量。
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