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摘 要：中国古典园林是园林和风景园林等专业教学的重要内容，涉及课程多、教学难度高。传统教学方法往往耗时较长、成本较大、效率较低、效果受限，难以满足当前社会发展所需。本研究分析了目前中国古典园林教学的现状和问题，关注现代三维数字化技术发展，研究三维数字化技术应用于中国古典园林教学的特点与优势，并提出了相关应用策略。本研究利用了跨学科创新技术和方法，能够为教学方案的调整提供借鉴，推动园林专业的建设、改革和发展。
关键词：中国古典园林；三维数字化技术；教学；应用
本文引用格式：梁慧琳 , 等 . 中国古典园林教学三维数字化技术应用分析 [J]. 教育现代化 ,2020,7(32):149-151.
application analysis of 3d digital technologies in chinese classical Garden teaching
LIANG Hui-lin, ZHANG Qing-ping
(Nanjing Forestry university College of Landscape Architecture, Nanjing Jiangsu)
Abstract: Chinese classical garden is an important part for the teaching of landscape architecture and landscape architecture. The courses it involes are too many. And its teaching is of high difficulty. Traditional teaching methods are often time- consuming, costly, inefficient and limited in effect. They are difficult to meet the needs of current social development. This study analyzed the current situation and problems of Chinese classical garden teaching, focused on the development of modern 3D digital technologies, studied the characteristics and advantages of 3D digital technologies applied to Chinese classical garden teaching, and put forward relevant application strategies. This study made use of interdisciplinary innovative technologies and methods, which could provide reference for the adjustment of teaching programs and promote the construction, reform and development of landscape architecture.
Key words: Chinese classical garden; 3D digital technology; Teaching; Application
一 中国古典园林教学现状与问题
中国古典园林是园林和风景园林等专业教学的重要内容，涉及的课程较多，如园林规划设计、园林建筑、园林工程、专业导论、园林史等，贯穿整个大学期间。中国古典园林，空间属性强，营造技法类型多样、变化多端，教学难度很高。目前，中国古典园林教学主要以传统方法为主，通过主观描述、二维测绘图或照片、实地实习等方式进行知识内容的展示、讲解和分析，但存在问题。
中国古典园林，尤其是园林中的假山要素，存在空间不规则、结构复杂、营造手法变幻多样的特点，技法规律较抽象和隐蔽 [1]。目前常用的教学方法及材料由于不够准确和具象，教师往往要讲解很多次、耗费大量精力才能使学生初步理解。尤其对于空间想象能力有限的学生，其认知很难达到深层次理解， 导致教学产生耗时较长、效率较低、效果受限等结果，也影响其他相关专业课程学习。为达到教学目标，多数学校在中国古典园林的相关课程中往往采用实物模型和实地实习等途径进行教学。但实物模型成本较高，随教学内容进行及时更换或个性化处理的可能性较小，且其三维数据的测算和获取不便， 在教学中的使用受时间、空间、精度等方面限制。实地实习虽能使学生获得身临其境的体验，但由于学生数量较多，易导致讲解难和文物易受损等问题， 且实习存在耗时长、成本高等无法避免的问题，教学效果往往并不尽如人意。
中国古典园林教学的重要性、难度和目前存在的问题使其传统教学方法的调整、更新和改进工作势在必行。目前，三维数字化相关技术快速发展，其在文化遗产相关工作中的应用已带来巨大便利并逐步得到重视和推广，但其还未应用于中国古典园林教学。
二 三维数字化技术教学特点与优势
三维数字化技术的教学理念是借助三维数字化技术，以计算机及其软件平台为媒介，以三维数据为材料， 将教学内容以三维或四维的数据或信息模型的形式实现可视化、可操作的直观、虚拟教学方法 [2,3]。其目的在于对传统教学中最难理解和最难操作的空间化和结构化概念、理论或规律等进行可视化的直观教学，以最高效的方式完成知识的传授和学生思维与能力的培养，是教学方法从二维向三维或四维数字化空间系统的转型 [4]。三维数字化技术教学具有以下特点与优势。
（一） 直观性
园林的传统课堂教学主要通过图纸和照片等二维静态媒介进行交流，存在教学对象实物与教学材料悬殊、脱节的问题，教学中所授信息也极为有限。三维数字化技术可以通过数据模型将教学内容以动态、逼真地多维方式进行呈现，展现教学内容的空间和结构特征及信息属性，避免教学手段与真实空间的脱节，使学生在多感官的刺激下完成知识的接收、理解、体验和消化。
（二） 准确性
园林对象除空间属性强、结构复杂、形态不规则等外形特点外，还具有色彩、材质等属性，所涉及知识内容复杂多样。但传统教学方法在传递这些信息的准确性上较局限，不但在空间结构上无法准确传递信息，对于园林不规则的形态只能借助图片展示结合语言描述，依靠学生自行领悟，而色彩和材质等方面更是极易造成混淆。三维数字化技术在描述园林对象的外形和材质等方面具有得天独厚的优势，能够达到精确传递知识和信息的良好效果。
（三） 高效性
传统教学方法下园林知识的讲解不但常需要多次重复才能使学生有所受益，而且在教学方式上也需要多种配合，如课堂讲解、实地实习等。另外， 在课程设置上，往往需要根据不同教学目的进行知识的重复讲解才能达到透彻理解的效果，耗时长、代价高、效果有限。三维数字化技术不但能够在知识传递的准确性上得到极大提高，且其直观性能够为教师和学生带来“身临其境”的效果，在提高教学效果的同时大大降低知识讲解难度和成本，弥补了课堂讲解和实地实习等传统教学方式的不足。
（四） 互动性
传统教学方法下的园林知识传授多以教师讲解为主，学生提问和讨论为辅，教学的互动形式限于语言交流。三维数字化技术在园林教学上的运用可以促进教学关系的转变和教学载体的转移，学生可以通过计算机等硬件、相关软件平台和三维数据等，结合教师的演示和讲解，以人机交互的方式在虚拟场景中进行园林知识的认知、消化、构建、创作，以动手操作的方式进行自主学习和自我训练，达到知识的被动接受向主动参与转变的过程，提高学习的主动性和个性针对性。
（五） 创造性
从事园林专业需要较强的创意思维和创新能力， 但传统的教学模式往往在学生创意思维的培养和发展上比较有限。学生在课堂上被动接受知识的过程中往往更习惯于进行专业知识的记忆，忽略主动的思考和创作。而且限于教学手段的有限，学生的创作作品往往因无法很好地表达而得不到充分的交流和指导。三维数字化技术在虚拟现实的实现上具有传统教学方法无可比拟的优越性，为学生创意思维的过程、表达和交流提供了全新的方法和途径，为创造能力的训练和培养带来了捷径、拓宽了道路。
三 中国古典园林教学三维数字化技术应用策略
三维数字化技术在中国古典园林教学上的应用主要包括三维数字化测绘、三维信息管理、三维虚拟演练和评测等部分 [5]。通过三维数字化测绘，一方面采集教学的数据材料，获得中国古典园林的三维数据模型，另一方面也使学生了解并学习中国古典园林适用的现代先进三维测绘技术。中国古典园林适用的三维数字化测绘技术主要包括三维激光扫描、近景摄影测量等，运用多角度、多技术、多源数据合成的综合三维测绘方法获得精确、完整的三维数据模型 [6]。其中，三维激光扫描可采用 Leica ScanStation C 系列脉冲式一体化扫描系统或 FARO FocusS 系列相位式一体化扫描系统获取叠山、植物等园林要素的三维激光点云数据（图 1）； 近景摄影测量一方面可采用无人机近景摄影测量系统，运用 DJI Phantom 系列无人机系统搭载相机镜头从空中角度获取园林的影像数据，经处理后获得三维点云数据（图 2）[5, 7]；另一方面还可采用单反相机从地面角度获取叠山的影像数据经处理后获得三维点云数据（图 3）[5, 7]。所有测绘数据均可采用“南方测绘的工程之星”等实时动态系统（RTK）获取地面控制点坐标进行测量对象多源数据的坐标校正，并进一步完成多源数据的融合，最终获得精确、完整的三维实景模型（图 4）[5, 7]。以上过程涉及的设备和技术较多，需运用的软件多样，可包括 Leica Cyclone、Pixi4Dmapper、Geomagic Studio、Agisoft Photoscan、CloudCompare 等。
图 1 中国古典园林三维激光点云模型
图 2 中国古典园林无人机三维点云模型 [5, 7]
图 3 中国古典园林置石三维实景模型 [5, 7]
图 4 中国古典园林多源数据融合的三维实景模型 [5, 7]
三维信息管理和三维虚拟演练及评测等部分以三维数字化测绘环节所获得的三维数据模型为基础。一方面，运用 3D GIS 技术载入各园林的三维实景模型，通过信息属性的添加、编辑和链接及动态物体对象的构建和编辑等操作完成中国古典园林的知识点和信息添加，构建中国古典园林的信息模型，并通过 3D GIS 软件的二次开发进行信息平台的定制开发，搭建中国古典园林信息平台，完成中国古典园林信息的系统管理、直观展示和透彻阐释。另一方面，利用各园林的三维数据模型，运用 BIM 等技术， 对园林建筑、叠山等要素进行构造、结构和堆法等方面的模型构建、还原和再现，不但能够达到知识点的充分演示，还能够使学生在虚拟仿真的环境中动手操作，充分理解和深化中国古典园林要素的相关知识，促进教学由被动地接受向自主获取、自主分析、自主应用的转化，也为教师对其创作作品的评价提供便利。三维信息管理和三维虚拟演练及评测等部分所涉及的 3D GIS 软件可包括 TerraBuilder、TerraExplorer 和 SkylineGlobe Server 等 Skyline 系 列软件，涉及的 BIM 软件可包括 Autodesk Revit 等。
四 小结
鉴于中国古典园林教学的复杂性和难度，可采用理论与实证相结合、二维与三维相结合、定性与定量相结合、数字化与信息化相结合的方式，面向风景园林专业，探索一种基于三维数字化信息技术的现代园林教学方法。现代科技发展日新月异，需要高校毕业生既具备扎实的专业理论知识，又能了解、掌握和应用新技术，提高个人竞争力，适应时代发展和社会需求。园林专业传统的教学方法和模式存在不足和局限，教学工作者需要积极响应现代数字化战略的发展趋势，结合我国风景园林学科的发展特点和需求，以及新时代学生的性格特征和能力特性，充分利用跨学科创新技术和方法，及时调整教学方案，推动园林专业的建设、改革和发展。
参考文献
[1]梁慧琳 , 张青萍 . 基于空间句法的江南私家园林空间开合量化研究 [J]. 现代城市研究 , 2017, (1): 47-52.
[2]王本永 , 刘元林 , 樊秀芹 . 三维数字化设计和仿真技术在机械基础课教学中的应用与实践 [J]. 机械工程师 , 2015,(05): 110-112.
[3]钱茹 , 张卫芬 , 严红霞 . 基于“三维数字化”技术的机械产品设计教学改革与研究 [J]. 纳税 , 2018, (16): 244.
[4]王叶. 室内设计教学数字化应用研究 [D]; 北京工业大学, 2012.
[5]梁慧琳 . 苏州环秀山庄园林三维数字化信息研究 [D]. 南京林业大学 , 2018.
[6]张青萍 , 梁慧琳 , 李卫正 , 等 . 数字化测绘技术在私家园林中的应用研究 [J]. 南京林业大学学报( 自然科学版), 2018, 42(01): 1-6.
[7]LIANG H, LI W, LAI S, et al. The integration of terrestrial laser scanning and terrestrial and unmanned aerial vehicle digital photogrammetry for the documentation of Chinese classical gardens – A case study of Huanxiu Shanzhuang, Suzhou, China [J]. Journal of Cultural Heritage,2018(33): 222-230.
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