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摘要：针对《室内设计入门实务》教学效果不佳的状况，设计开发了《室内设计入门实务》虚拟仿真课件。本文阐述了虚拟仿真课件设计原则，论述了虚拟仿真课件教学系统的构建内容和案例。旨在运用虚拟仿真技术之“长”弥补课堂教学环节之“短”，改革教学方式，提高教学效果，达到培养高素质应用型人才的教学目标。
关键词：虚拟现实；虚拟仿真；虚拟仿真教学；室内设计
本文引用格式：郭涌.虚拟仿真教学课件设计开发研究——以《室内设计入门实务》仿真课件为例[J].教育现代化,2019,6(01):99-103.
一 概述
《室内设计入门实务》是我校环境艺术设计专业的一门专业基础课程，该课程的主要内容是以介绍环境艺术专业的专业特征、知识体系和技能要求为首要目的，基于工作过程进行课程整体开发设计及课程框架结构、体例结构及学习项目安排，如介绍专业体系中各个环节的大致内容和主要功能，使学生明白各个学习环节应该掌握什么知识和这些知识之间的相互关系与逻辑顺序等；最后，基于校企结合与工学结合的需要，通过部分实际设计项目的模拟实操，加深学生对专业整体结构的理解与认识。
在传统的教学中，通常是教师讲解过程中展示图片、播放视频、偶尔邀请企业人员进行专业讲座。例如在施工工艺实训教学中，很难联系到适合的施工现场。在学校设计构造级材料展示实训室，材料比较陈旧，跟不上现在装修的潮流等等，严重影响教学效果。在整个教学过程中，学生的思维只能停留在图纸和数字上，对实际灿在的室内空间没有真实的感知和体验。很难激发学生的学习积极性和热情。而本课程又是环境艺术专业的一门引导课程，课程的学习效果对学生今后三年的学习态度、学习兴趣有至关重要的影响[1-5]。
设计《室内设计入门实务》虚拟仿真课件，学生戴上头盔眼镜，就可以沉浸在一个”真实“的虚拟室内空间里，体验室内设计中不同设计风格的真实效果和感受，体验光线变化对室内空间的影响，还可以用手柄点击虚拟空间的墙壁，更换不同的墙壁颜色或壁纸，点击虚拟空间的地板，更换地板材料，甚至点击虚拟空间里的家具，进行不同风格的家具调整。这种利用逼真生动的虚拟场景代替了高昂实景的展示空间，用生动可控的交互形式展示学生室内设计的真实效果，这样的虚拟实训实操课程，不但新鲜有趣，学生易于理解和接受，为课程教学带来了全新的体验，促进了教学观念、教学内容、教学手段的改变，也大大激发了学生创新设计制作的激情，提高了课程教学的效果。
（一）虚拟仿真
虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术[6]。
虚拟现实技术（英文Virtual Reality，简称VR）是将计算机技术、多媒体技术、人机交互技术、传感技术及人工智能等综合起来，使用户在虚拟环境中进行各种活动，获得身临其境的感受[7]。
虚拟仿真技术，则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求[8]。
（二）虚拟仿真教学
虚拟仿真教学是信息化教学的新方式，它通过计算机、网络及虚拟仿真软件，模拟真实工作场所、岗位设备和产品制作过程，学生通过这样的仿真训练提高学习实践能力。
虚拟仿真交互软件是以2D、3D软件结合虚拟现实等技术生成接近真实实验环境的虚拟实验情境，在情境中学生可以对虚拟的物体进行操作，完成实验体验，所获得的效果与真实情境一样，具有仿真性、安全性、沉浸感、交互性等特点。
二 虚拟仿真教学课件的设计基本原则
将虚拟仿真技术应用于高职实训教学，需运用现代化教育技术与理论进行教学设计，借鉴信息化教学设计方法科学设计[9]。
虚拟仿真课件设计的总体原则就是在课件设计过程中，结合教学方法，准确把握以学生为主体、教师为主导的教育观，让学生通过头盔、手柄等设备，沉浸在课件营造的虚拟情境中，学习、感受、体验。使学生“玩中学”，“学中会”。
（一）课件开发以服务学生为宗旨
虚拟仿真课件必须以学生为中心，根据学生人、情感体验为依据，尊重薛恒的个性特征和创新思维，设计符合学生交互习惯的互动操作模式、人机交互界面，通过课件的虚拟场景交互，完成教学内容的学习掌握，激发学生的学习兴趣，提高学生的动手操作能力。
（二）课件开发以提高课程教学质量为目标
虚拟仿真课件是课程传统教学的拓展和延伸，不是另立炉灶，脱离传统教学。因此，仿真教学课件不能一味追求视觉效果而华而不实，要从课程教学内容出发，将课程内容进行重新整合，设计教学过程和交互内容，真实模拟课程所需学习现场情境。
（三）虚实结合，具有良好的用户体验
虚拟仿真是课件的核心技术，虚拟仿真课件应充分利用虚拟仿真技术的可互动性，合理设计，实现课件教学内容的实用性，教学情境的仿真性。
利用虚拟仿真技术设计的逼真的三维虚拟环境，通过头盔，使学生置身于虚拟的3D学习环境当中，体验真实实训有时候也无法观察到的各部件结构及各部件独立的工作过程。在虚拟场景中建立各种实训模型，通过手柄，学生可以各角度观察或者操作虚拟场景中的物体和实训设备，使学生更真实地感受实训效果[10-15]。
三 以《室内设计入门实务》仿真课件为例
整个虚拟仿真课件设计中，需要解决2个主要问题：一是室内模型系统构建，一是根据课程内容，确定交互任务。
（一）虚拟仿真课件内容确定
（1）教学目标分析
本课程的教学职业技能目标是使学生了解室内设计的设计原则和基本步骤，初步掌握室内设计的设计方法；让学生在实践过程中初步尝试室内设计的程序与方法。教学知识目标是通过本课程学习，使学生了解室内设计的要素，掌握各要素的特性和功能；使学生了解多种设计流派、设计风格和设计思想，丰富学生对室内设计领域的了解，扩充学生对室内设计的感性认识和业内常识；使学生了解目前室内设计行业的状况和流行趋势。
（2）实训项目设计
本项目设计定位：服务学生“学”，设计思路：教育教学与游戏技术深度对接。根据《室内设计入门实务》课程内容，进行了理论教学、实践教学的任务梳理，确定了理论教学部分主要是通过图片、音频、动画讲解课程的墙面材料、地面材料、顶棚材料的专业知识和施工工艺。实践教学通过中式风格室内客厅、欧式风格室内客厅、简约风格室内客厅的中的墙面、地面、客厅家具、地毯、灯具的进行仿真交互。
（二）构建虚拟平台
虚拟漫游技术是虚拟技术的一个重要部分，通过鼠标、键盘、头盔、手柄等虚拟现实硬件设备使学生可以和虚拟空间进行交互，实现身临其境的逼真感受。
本虚拟仿真课件主要包括两大部分，一大部分是室内场景漫游，它其实主要涵盖理论教学模块，通过在室内场景的漫游，学生可以了解室内墙面装饰材料、地面装饰材料、顶棚装饰材料的分类和施工工艺以及室内场景光影变化的展示。第二部分是预装修系统，它主要涵盖实践教学模块，通过墙面材料变更模块、地板材料变更模块、室内家具变更模块、日景夜景变更模块、施工过程视频模块进行室内场景的交互设计，了解室内中式风格、欧式风格、简约风格的基本元素和特征，并进行自行设计，从而掌握课程学习内容。具体功能结构如图1所示。
（三）虚拟仿真课件的实现
本系统的开发遵循软件开发的一般步骤，依次是分析、设计、开发、测试、修改反复直至最后正式发布。系统的开发目标为构建一个虚拟逼真的3d室内环境，其主要开发流程分为三维建模和场景交互两大部分。其中三维建模主要利用三维软件3dsmax完成室内空间的三维建模、模型的展uv、模型贴图制作、贴图烘焙，导出*.fbx文件。场景交互主要由Unity3D软件完成导入模型、室外地形创建、天空环境创建、交互界面设计以及发布等。其系统制作流程如图2所示。
1.三维场景模型构建
（1）脚本设计
根据《室内设计入门实务》教学大纲的要求，理清课程的教学重点、难点，明确教学目标以及需要实现的功能，对虚拟课程做出整体的规划，确定需要实现的功能，内容的安排级素材的整合。制定详细的实时开发脚本，定制开发时间计划。
（2）室内场景模型制作
逼真的三维场景是虚拟现实系统的基础，如果模型制作不真实，体验者就没有沉浸感，也就很难进行下一步的体验。本虚拟课程的场景主要是一个酒店的总统客厅，运用3dsmax的网格建模比较容易实现，模型修改也方便。
（3）优化场景模型
通过多种技术手段，精简三维模型面数，确保模型在交互操作应用时流畅。
（4）模型灯光材质贴图烘焙
纹理的合理运用，不仅能够提高虚拟场景的真实感，还可以极大减少场景中多边形数量和场景的复杂程度，提高虚拟场景的实时性。
（5）三维模型导出
在3dsmax中将三维模型导出成*.fbx格式。这样在Unity3d软件中就可以之间打开，进行仿真交互设计。
2.系统功能的实现
（1）创建漫游动画
即课件在教学理论阶段的室内墙面、地面、顶棚材料演示阶段的室内场景漫游。
（2）交互界面设计
一个虚拟课程的优劣，界面设计很重要，界面布局清晰合理、结构新颖、突出主体，同时又有艺术感染力，就能很好地将教学内容生动形象地展现出来。
（3）创建特效及自然环境
根据场景需要制作如水流、喷泉、蝴蝶飞舞、树叶飘落、下雪、下雨、日夜更替等景观特效。
（4）室内地图导航
导航图可以让你随心所欲进入虚拟场景的任何空间场景。
（5）交互功能实现
交互设计是重点，也是虚拟仿真最吸引人的地方，它包括虚拟环境的移动、旋转、缩放，还包括事件设计、行为设计、人机交互设计，比如鼠标触发、动画设计等。这里主要进行了室内场景漫游交互、室内场景装饰交互以及教学内容交互。
（6）一键发布
直接从Unity3d软件生成*.exe文件。至此虚拟课程制作完成，在任何普通电脑上都可直接运行这个执行文件。和专业教师观看讨论，重复上述步骤，进行必要的修改润色，直至最后完成。
（四）虚拟仿真课件教学效果评价
任课教师将虚拟仿真课件课程用于课堂教学，引起了学生的广泛兴趣，提高了学生学习这门课程的积极性，提高了学生的学习效果。根据对学生的调查，给出如下评价：
（1）虚拟课程中的虚拟学习环境很新鲜有趣，室内场景设计渲染逼真。
（2）室内场景的家具、灯具、地毯、挂画的互动最有特点，实现了玩中学习，提高了学生学习课程的兴趣，具有较好的学习效果。
（3）虚拟课程组织框架清晰，图片、视频、动画演示丰富，弥补了老师上课时的抽象讲授，通过视频对室内装修有了一个现场参观的效果。
（4）虚拟课程随时打开学习，扩展了学生学习的自由度。
同时，学生也对虚拟课程中的不足提出了建议：
（1）学习内容还可以丰富，特别是互动环节，室内三维场景空间可以更多样式，漫游就更有趣。
（2）交互时调用模型库中模型的数量和种类还要增加，这样互动的内容就更丰富。
（3）虚拟课程按钮太多，界面略显死板，在美术设计上有待提高。
四《室内设计入门实务》仿真课件特色与创新
1.虚拟仿真技术应用于教学领域，重点置于虚拟仿真实训室建设，对于单独一门课程的应用还比较缺乏，本文运用虚拟现实技术在《室内设计入门实务》课程上进行了初步的研究和有益的尝试。为今后虚拟现实技术在教学课程中的应用提供了一个很好的参考。
2.将仿真技术运用于虚拟课程设计中，改变了传统虚拟课程平面化布局，开创了虚拟课程设计制作的全新模式。
3.虚拟仿真教学课件的开发应用，是对传统教学模式的补充。学生通过该虚拟课程学习，由被动听课变自主学习，教学课程也由传统的“ppt控制”变为“学习者控制”，创新了教学模式，丰富了教学内容，促进课堂教学的深层次改革。
4.虚拟课程的交互性、生动化极大地调动了学生学习的兴趣和热情。为学生提供了多样性的教学资源，打破了课堂学习的限制，更有利于培养学生的创新能力。
五 结束语
虚拟仿真技术用用于虚拟课程开发，将抽象的概念直观化、晦涩的理论形象化、危险的现场安全化、难做的操作清晰化，其互动的环节对实验材料损耗、危险环境操作提供了训练场所，为学生提供了生动、逼真的感性学习材料，解决了学习过程中的实操难点，实现了“以教促学”的教学方式向“以学生为主体”、“学生自主学习”方式转变，具有广阔深远的意义。相信虚拟仿真技术在教学虚拟课程中将发挥越来越重要的作用。
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