虚拟现实技术在艺术设计专业中的教学应用

摘 要：目的：虚拟现实教育具有真实性、典型性、沉浸性、生动性、交互性、自主性的特点，能够在体验和互动中启发构思，通过虚拟交互技术构建沉浸式、交互性的课堂体验、构想性的虚拟课堂模拟。方法：本文从虚拟现实技术在教学中的基本应用形式出发，以艺术设计教学中发挥虚拟现实在教学中的优越性为出发点，探索激发学生学习兴趣以及创造力的教学形式。结论：分析艺术设计教育中教学内容、教学设计以及教学模式不同层面上虚拟现实技术的应用形式，探讨虚拟现实技术在艺术设计专业的应用方法。

关键词：虚拟现实;艺术设计;沉浸

0 引言

随着时代的快速发展，新的教学方式层出不穷，从远程教育、MOOC、混合课程到虚拟教学等新的教学形式的出现，为学生提供了一个跨时空、大信息量、智能化的学习环境，学生在学习时间、空间及方式上都有了更多的自我选择和支配的机会。这些新的教学方式都给传统教学方式带来了巨大的冲击，同时也给教学方式带来了新的机遇以及学习效率的提升。其将虚拟教育引入教学当中，营造一个生动形象的教学环境，调动学生各感官的作用，从而提升学生的专业知识和技能。

1 艺术设计专业教学特征

艺术设计专业包括产品设计、环境设计、视觉传达设计、服装设计等，各专业人才培养方向各不相同，但却在“大设计”学科属性下展开艺术设计专业教育。[1]就艺术设计专业而言，艺术设计专业以培养具备创新设计能力、承担设计使命，服务社会并引领生活的设计人才为目标。在艺术设计人才培养中，注重创新设计能力以及实践动手能力的培养，虚拟现实技术能够有效补充艺术设计教学中的不足，能够在体验和互动中启发构思，通过虚拟交互技术构建沉浸式、交互性的课堂体验、构想性的虚拟课堂模拟。

2 目前虚拟现实技术的主要形式

虚拟现实技术实现的手段可以分为桌面式虚拟现实技术、沉浸式虚拟现实技术、分布式虚拟现实技术。

桌面式虚拟现实是利用个人计算机或图形工作站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，在电脑屏幕上产生三维立体空间的交互场景，并可实现电脑屏的360°范围的旋轉与观察。桌面式虚拟现实可以实现多角度的产品观察，特别适用于环境设计、工业设计、三维动画设计、互动广告设计等艺术设计专业领域的课堂展示、实践教学等环节当中，且具有设备硬件实现成本低等优势。

沉浸式虚拟现实通过头盔显示器、数据手套等交互设备把观赏者的听觉、视觉、触觉等其他感觉封闭起来从而模拟一个虚拟空间，使用户真正成为系统的参与者，并能利用这些交互设备与虚拟世界产生互动，使用户完全沉浸在一个“视觉、听觉、触觉都像是真的一样”的虚拟世界。沉浸式虚拟现实技术运用于教育中，主要以仿真教学、演示型教学以及情景模拟教学中。

分布式虚拟现实技术一般基于网络构建而成，是网络技术与虚拟现实技术的一种融合。利用分布式虚拟现实技术实现远程用户进入同一个真实环境中，通过姿势、声音、文字等协同完成一件工作或同一任务的演练。[2]目前分布式虚拟现实技术广泛应用于医学实验、军事演练、消防培训等领域，在教育教学方面主要应用于远程网络学习，通过计算机网络与多媒体工作站的虚拟现实，使教师可以进行虚拟教学，学习者可以通过个人工作站参加学习，虚拟教学可以使学生有一种身临其境的感觉，虚拟课堂是传统课堂的延伸。

3 虚拟现实艺术在艺术设计教学中的应用

艺术设计专业课程设置大体可以分为三类：一是基础理论课，如艺术设计概论、设计史、艺术设计基础等。课程内容偏重于设计理论、方法的讲解与展示，目前授课形式主要以演示型教学为主，理论讲述的内容较多，课堂教学难免乏味。艺术设计教育具有感性特征，重视六感（六感指眼、耳、鼻、舌、身、意6个感官所对应的视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉和感受）的体验，强调六感之间融会贯通以实现共情、移情和共创。然而，现阶段艺术设计教育中很难突出教学中的感性特征，仅从视觉平面的角度进行视觉展示，很难实现教学中的共情、移情和共创。二是设计基础课，如设计工具性软件的教学，如PS、AI、CAD、设计素描、设计造型基础等。课程教学以示范教学法为主，授课形式以讲授以及上机操作为主。部分学生对课程学习内容的深度和高度有更高的需求，但由于课时分配与课程教学内容的限制，更高的学习需求很难满足。由于每个学生的理解力不同，教学效果也会因人而异，使得课堂知识获取体验水平明显偏低。三是综合设计实践类课程，如室内设计、产品设计、家具设计、设计实践等。这类课程注重创新思维与实践动手能力的培养，也是最需要灵活采用教学方法的教学部分。在教学方法上，很多老师进行了教学方法的创新与尝试。目前的教学方法主要有模拟式教学、项目式教学、实验式教学等教学方法，但由于教学条件及场地设备的限制，尽管尝试了多种教学方式，也取得了部分成绩，但在项目实践中的设计评价、可用性分析方面都很难做到有效的评判，需要借助虚拟现实技术完成由设计开发到设计评价的全流程设计。

综合以上对艺术设计课程教学体系与课程教学形式的总结，发现目前艺术设计教学中主要存在以下问题：一是课堂教学缺乏综合的感觉刺激，难以实现教学中的共情;二是课堂知识获取体验水平偏低;三是师生互动性差，互动形式单一;四是设计实践的设计评价以及可用性难以有效评价;五是自主学习的意识薄弱，缺乏自主学习的意识和习惯。

虚拟现实教育具有真实性、典型性、沉浸性、生动性、交互性、自主性的特点，在教育中已经有了越来越广泛的应用。在艺术设计教学中应用虚拟现实技术，发挥虚拟现实在教学中的优越性，引导学生通过各种感官刺激，获取知识信息，激发学生学习兴趣以及创造力。结合目前虚拟现实技术在教学中的应用方法以及艺术设计专业课程本身的教学特点，尝试在艺术设计教学中应用虚拟现实技术，在教学内容展现、教学设计以及教学模式的不同层面上应用虚拟现实技术，达到师生教学体验的综合性提升。

3.1 基于教学内容（知识点）的虚拟现实技术教学资源的开发与应用

分析艺术设计课程教学内容，将其中需要进行虚拟现实技术展示的知识点、技能点进行分离，根据这些知识点，开发相应的虚拟现实教学资源。

教学资源主要以以下两个方面为主：一是将课程知识点进行全方位的立体展示以及可交互的作品浏览，营造多感官的沉浸式课堂体验。以德国大众甲壳虫汽车这一设计案例的课堂讲解为例，在虚拟现实课堂中，学生不仅可以通过教师的讲解了解这一设计案例的相关概念，还可以通过虚拟现实设备看到近乎逼真的甲壳虫汽车，通过手势交互看到不同角度的细节、打开车门观看内饰并进行试乘体验。除此之外，了解设计背后的社会背景、经济背景、技术背景、设计团队的设计过程。二是基于交互操作的虚拟现实教学仿真系统开发研究。学生通过虚拟仿真系统，了解系统运行的操控方法以及流程，提供一个虚拟现实的真实场景，从而为学生提供一种综合的感觉刺激。以曼恒数字开发的木材生产虛拟仿真系统为例，其利用虚拟现实技术构建一个三维虚拟的森林作业、木材生产线系统，学生通过计算机体验从原木到制材的每一个加工细节，真实模拟其制作流程及方法，为学生充分创设木材加工的真实感知情景，促进学生对木材加工形成稳定清晰的表象，实现教学中的共情，促进学生对重点知识的理解。

3.2 教学设计的相关研究

虚拟现实技术是一种崭新的教育形式呈现在艺术设计专业的实际教学应用中。通过在教学设计、教学实施过程中应用虚拟现实技术，完成艺术设计教育中所需要的综合感觉刺激、场景化实践教学以及设计可用性评价等教学需求。教师在虚拟现实教学设计时需要构思全新的教学思路，在分析教学目标的基础上，首先要确定教学的对象，从认知体系和对象层次上深入分析，从心理上、叙事方式、空间展示程度上进行全面分析，并给出知识点进行分解和场景的转换，完成空间悬念设置，虚拟叙事线设置，构造多种教学故事表现形式和虚拟空间构造形式。[3]

3.3 基于教学模式的虚拟现实技术应用

教学模式的具体实现离不开技术的支持，虚拟现实教学模式是一种将虚拟现实技术应用到教学中的活动模式。[4]教与学的过程不仅仅是在实体空间的课堂上，更是在互联网空间的网络教学中。目前，高校对于互联网教学模式的探讨日益增多，从国家精品课程建设到MOOC课程建设、混合课程建设等网络式课程建设，都对目前高校教学模式产生了较大的影响。艺术教育强调技能的传承与创新能力的培养。互联网教学可以提升学生学习的自主性，并形成良好的知识交流平台，促进教师与学生教与学过程的体验，因此同样适合于艺术设计专业的教学中。但目前网络教学模式也存在很多的问题，如学习缺乏交互性、沉浸感和趣味性，有必要将虚拟现实技术与网络课程教学相结合，从而为学习者构建一个良好的线上线下结合的学习平台。应用分布式虚拟现实技术将孤立的或小范围的虚拟现实系统地连接起来，通过空间关联以构造大范围的虚拟环境，支持分布在不同地域的多个用户在同一个虚拟的世界中进行实时交互，协同完成各种任务，学习者提供了以三维动态形式呈现的学习内容，使其在这一环境中具有较好的真实感和沉浸感，学习者通过三维的、自然的交互更好地表达情感、参与协作。[5]

4 结语

艺术设计专业加入虚拟现实技术，能够彻底地改变艺术设计的教学模式，让学生能够身临其境地对设计工艺、方法等内容进行学习和操作，通过更加真实、直观的方式展现教学内容，提升学生对知识的理解和掌握程度，同时通过虚拟现实技术达到线上线下互动的教学模式，整体优化艺术设计的教学过程，提升教学质量。虚拟现实技术是创新式发展艺术设计教育不可或缺的手段，未来还有很多教学内容、方法值得我们深入探讨和研究。

参考文献：

[1] 黄华明，王萍，吴傲冰，朱凯.工科院校艺术设计专业实践教学体系的构建[J].实验室研究与探索，2013，32（6）：176.

[2] 李小平，张琳，赵丰年，陈建珍，许梦幻.虚拟现实/增强现实下混合形态教学设计研究[J].电化教育研究，2017，38（07）：20-25.

[3] 王雪松.虚拟现实技术在高职艺术设计教育中的应用研究[J].美术教育研究，2018（2）：156.

[4] 梁瑞娜.国内教育领域中虚拟现实技术研究的可视化分析[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2018，18（03）：29-35.

[5] 李文宏.分布式虚拟学习环境下工科开放教学模式的设计[J].教育与职业，2010（29）：99-101.

作者简介：郭志强（1963—），男，研究生，教授，主要研究方向：设计教育，机械设计。