基于桌面虚拟现实的教育游戏设计与研究

摘要：在高职景观设计教学过程中发現，传统教学遇到了诸多困境，教学互动性较差，学生想象力不足、学习氛围不强、学习兴趣不高，缺少探究式学习动力，也缺乏协作竞争意识。在桌面虚拟现实平台支持下，以高职景观设计课程为例，在充分调研目前桌面虚拟现实应用平台、学生学习现状和游戏吸引人的机制等基础上，研究适宜景观设计教学的桌面虚拟现实教学实践平台和游戏化教学设计。在游戏资源精华吸收和提炼，游戏机制模仿和借鉴两方面进行课程的教学游戏设计，以期提升高职景观设计课程的教学效果，提高学生的学习兴趣和专业能力。

关键词：桌面虚拟现实;教育游戏;高职;景观设计

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）31-0250-03

1 引言

虚拟现实（VR）技术具有交互性、沉浸感和想象力等特性[1]。桌面VR系统是使用个人计算机或中低端图形工作站来产生三维交互场景的VR系统。和其他VR系统相比，桌面VR系统具有价格低廉、携带方便、操作简便、适用性强等特点[2]。这些特点，使其很适合在高校课堂教学中使用并推广。

游戏教学理论，又称为“教育游戏”，就是模仿游戏的形式和表现手法，使学生沉浸在合作或对抗的游戏环境中，不知不觉地学到课程的教学内容，或者学到必须掌握的知识[3]。游戏教学理论是一种全新的教学理念，它改变了传统“灌输式”的教学方法，采用启发式、协同式和情景式的教学模式，迎合学生的兴趣，寓教于乐，变被动学习为主动学习，变乏味为有趣，使学生在游戏中获得知识和技能。

传统高职景观设计课程教学主要是教师对书本知识的教授和自身经验的传授，专业知识的学习速度较慢，且缺乏直观性，学生主要是被动学习。借助桌面VR系统，通过课程的教育游戏设计，能够改善传统高职景观设计教学内容和教学方式，达到提高学生学习兴趣和学习效率，进而提高学习效果的目的。

2 桌面VR辅助景观设计课程的优势

目前高职景观设计课程教学中，还存在许多传统教学方式和手段无法解决的问题，如景观设计课程中的抽象概念无法表达，学生不容易掌握，传统的景观沙盘模型难以使学生有效地把握空间、尺度和构造等景观细节。此外，高职学生中还存在学习氛围不足，学习积极性不高等现象。桌面VR技术的特性和诸多优势能够弥补传统景观设计课程教学的不足（表1）。和传统教学相比，它主要有以下几方面的优势：

2.1 教学素材丰富，互动性体验感强

高职景观设计课程是一门实践性很强的综合性课程，目标是培养学生良好的景观空间把控和设计能力、景观素材筛选和运用能力。教学素材选择与传授是景观设计课程教学的重要内容，主要包括设计案例展示与分析、设计素材介绍与比较、景观项目构思与编排等。传统景观设计课程的教学素材虽然也不少，但其展示方式是平面式的，单一且缺乏直观性，不利于学生对教学素材的深入理解。VR技术运用到高职景观设计教学中，可以用于案例场景的仿真模拟，使学生能够身临其境地感受教学案例的设计意图，帮助学生感受景观材料的质地、颜色等物理特性，为学生提供逼真、感性的学习途径。同时，有利于师生的教学互动，激发学生的创造力和自主学习能力[2]。

2.2 教学维度多样，游戏性空间感强

传统高职景观设计课程中存在教学方式单调、教学维度单一、教学效果不佳等问题。将“教育游戏”理论引入到景观设课程的教学中去，重塑教学方式，激发学生的专业创造力，改被动学习为主动学习，使学生较快地掌握本专业的知识和技能，使所学专业知识能与市场需求紧密结合，提高学生的就业竞争力。VR技术所具有的沉浸感、交互性和想象力等特性，使教学维度得到扩展，教学手段得到丰富，可以有效地运用在高职景观设计课程的知识教授、探索学习和实验实训等各个环节。在虚拟场景中，学生可以扮演方案设计师、施工图设计师、施工员等多个角色，“游戏化”地沉浸在虚拟环境中开展学习活动，有利于学生体验景观项目全过程中的不同分工与协作。

2.3 教学效率提升，主动性想象力强

笔者在高职景观设计教学过程中发现诸多不易解决的问题。一方面，许多抽象的专业概念无法用传统的教学手段来直观地表达，也无法对设计方案在时间、季相和照明灯方面进行模拟，学生不能有效把握空间、尺度和构造等景观要素，课堂互动性、学生想象力不足;另一方面，学生的学习氛围不强，学习兴趣不高，缺少探究式学习的动力，也缺乏协作竞争的意识。传统的景观设计教学是以教师的教为主，学生始终处于“被教”的位置，主动学习能力的培养不足，已经不能满足现代职业教育的要求。基于桌面VR技术的“游戏”教学，切合学生的兴趣，寓教于乐，变被动学习为主动学习，变乏味为有趣，使学生在“游戏”中学习。通过桌面VR平台可以提高学生对空间尺度的把握、空间形态、建筑材料、景观植物等的感性认识，可以提高师生之间的教学沟通效率，还可以验证学生方案设计的严谨性和可实施性。另外，这一技术的应用还有助于学生景观设计作品评价体系的建立[5-6]。

2.4 实践技能提高，安全性可逆性强

与传统景观实践课程相比，首先通过虚拟空间进行施工流程模拟练习，不仅大大降低学生初次施工实践的紧张感，而且提高学生实践的安全性。景观施工实践操作过程中，学生往往会出现操作失误和错误，为了尽量避免在实际操作过程中不必要的失误和可能带来的机器伤害，采用虚拟施工实践，在遇到失误时，可以及时调整操作，返回到施工的初始节点，大大节省教学实践时间，避免材料浪费，提高实践安全性。通过虚拟平台重复性操作，增加反复练习的机会，进一步增强学生安全施工的技能和意识。

3 桌面VR辅助高职景观设计游戏化教学的关键

3.1 选择适用教学的桌面VR平台

VR场景的构建首先需要建立场景模型，然后导入VR系统平台。在这一过程中，选择合适的三维建模软件和VR平台是关键环节。目前，存在着众多的VR平台，但由于功能侧重不同，并不是所有的VR平台都适合景观设计课程教学。选择经济适用、高效简便、趣味程度高的桌面VR教学平台，对景观设计课程的教学具有积极的意义。对于一个具备“游戏教学”特色的景观设计课程来说，选择出合适的VR场景建模和展示平台是关键的一步。根据“适用性”和“趣味性”的原则测试并筛选目前主流的建模软件和VR平台，得出最适合景观VR场景创建和教学的系统组合。

经过对目前多款主流景观建模和VR景观软件的测试和比较，在建模软件方面，SketchUp是一款面向设计师，面向设计过程的软件，使用者可以直接在其平台进行方案设计，简单易学，功能强大、修改方便，并拥有丰富的在线模型库，是目前景观设计师建模的最佳选择。在VR软件方面，Lumion不仅能与SketchUp无缝对接，而且功能强大，操作简洁，做到了“所见即所得”。它自带丰富的素材库，能生成高质量的效果图片和场景动画，并能创造出包括立体效果在内的特效，非常适合园林景观场景的使用[4]。因此，SketchUp与Lumion是目前桌面VR辅助景观设计课程教学的理想组合。

3.2 桌面VR辅助景观设计教学的实施流程

桌面VR辅助景观设计课程的教学流程主要包含以下几个关键步骤：首先使用SketchUp对景观实体进行建模，然后导入Lumion设置景观参数，添加景观要素和赋予景观材质等，并进行空间体验、场景模拟和角色转换等VR教学活动，最后可以进行教学结果的使用（图1）。

3.3 编排具有游戏趣味性的课程案例、素材和进程

在游戏教学课程编排中，一方面，可以吸收和提炼网络游戏等电子游戏中的资源精华，主要是景观场景的构建、景观要素的刻画、景观文化的展示和景观叙事的表达;另一方面，模仿和借鉴游戏活动中的编排方式和激励手法，结合高职景观设计课程的教学目标、教学要求和教学特点，科学合理地在课程教学中编排具有游戏趣味性的案例（角色、场景等）、素材（山地、水体、建筑、道路、小品和植物等）和进程（设计案例由简单到复杂）供课堂授课，重塑景观设计课程的教学方式，以提高学生对专业和课程的学习兴趣，激发学生的学习创造力，并培养学生的合作与竞争意识。

4 桌面VR辅助高职景观设计游戏化教学设计

景观设计课实践性较强，既需要理论知识和设计方法的掌握，也需要学生通过项目实践来提高设计能力。需要学生具备较强的个人学习能力，也需要具备团队协作能力。VR沉浸式项目案例教学，学生在VR空间里，通过“游戏机制”，挑战难度渐进的案例，协作配合完成“闯关”，具有沉浸性、交互性和可逆性的优点，满足学生个性化学习、自主化学习的需要。在VR“游戏化”场景中体验到学习的快乐、成功的喜悦，从而提高团队协作意识和学习的信心。

从授课的过程来说，在景观认知阶段，借助桌面VR平台，一方面，让学生直观地了解国内外著名景观设计案例以及景观场景构建与表达的方式;另一方面，以沉浸性和交互性的方式让学生理解空间尺度、景观要素、材料特性、建筑构造和行业规范等知识。在景观设计阶段，根据课程进程，设计由简单到复杂的、故事进阶式的VR景观案例，让学生组成方案设计小组，根据游戏规则，通过团队协作、自由讨论，完成“闯关”和“晋级”，在潜移默化中引导学生提高方案设计能力。在方案评价阶段，完成各级别“闯关”和“晋级”后，由任课教师和学生代表组成评判小组，利用VR平台对各小组的作品进行验证、推演和评价。在这一过程中，使学生形成合作与竞争、学习与借鉴，你追我赶的学习氛围。

以课程实践项目“庭院设计”为例，在景观设计阶段的课程导入时就开始运用游戏或游戏元素，将情境导入到真实世界，进入角色扮演，结合一定的材料清单，学生可以运用VR技术进行项目的推进。在游戏中每个角色都有各自相应的任务要求：首先，“方案设计师”可以根据任务书中虚拟的“庭院业主”提供的设计要求和材料要求进行“虚拟现场”调研，并完成前期阶段性的资料分析。进入到方案设计环节，通过VR技术进行方案设计、方案展示、汇报和修改。其次，“施工图设计师”根据方案设计图纸和虚拟的材料特质进行施工图纸的完善，完成符合施工要求的全套施工图纸的绘制和“虚拟现场”交底。最后，“施工员”根据施工图纸进行VR场地景观的施工模拟操作。这个过程是一次“游戏”化的虚拟项目全流程推演，过程中的“角色代入”培养学生团队合作意识，提升学生不同角色的胜任能力，使学生对于景观项目推进过程有更明确的认识（图2）。通过游戏化教学模式角色互换，有利于学生对自己未来从事的专业岗位做出快速准确的认知，明确岗位和项目阶段需要面对的工作，有利于学生明确将来就业职位的选择。

5 结语

艺术设计专业的学生都具有很强的艺术思维能力，在创作和表达方面都有许多新颖的想法。通常学生对于艺术设计基础课程接受度都比较高，通过大量的练习可以取得一定的成果。但在后续的专业课实践学习过程中就会发现学生设计的作品会不尽人意，学生会对专业实践课程产生一定的抵触心理，进而影响了专业实践课程的学习。在虚拟游戏过程中，学生也会遇到失败，他们不仅不会放弃而且还会进行多次的尝试，这就说明VR的游戏模式可以与单纯课堂授课进行融合，不仅能调动学生学习的积极性，而且也能丰富课堂的学习氛围。

游戏的核心教育价值可以概括为游戏动机、游戏思维和游戏精神[7]。基于桌面VR技术的教育游戏，在景观设计课程教学中进行教育游戏设计，使理论直观化、形象化，方便学生对抽象概念的理解，将景观材料、建筑构造直观地展示给学生。沉浸式的交互体验，可以弥补传统教学难以克服的不足，通过营造游戏化的学习环境和实践场景激发学生的学习兴趣，使学生的理论知识、实践能力、协作意识和职业素养都得到显著提高。

参考文献：

[1] 申蔚，曾文琪.虚拟现实技术[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2] 祝晓.基于大学生实践创新项目的园林虚拟实验室建设研究[J].中国教育信息化，2017（2）：22-23，27.

[3] 百度文库[EB/OL].https：//wenku.baidu.com

[4] 祝曉.虚拟现实技术辅助园林规划设计研究[D].南京：南京林业大学，2011.

[5] 赵兵，韦薇，李红宇.虚拟现实技术在风景园林教学中的应用[J].中国林业教育，2009，27（5）：72-75.

[6] 文铮.虚拟现实技术在景观设计教学中的应用前景[J].中外建筑，2006（5）：89-91.

[7] 尚俊杰，裴蕾丝.重塑学习方式：游戏的核心教育价值及应用前景[J].中国电化教育，2015（5）：41-49.

【通联编辑：代影】

收稿日期：2021-03-20

基金项目：江苏省现代教育技术研究2020年度课题“基于桌面虚拟现实的教育游戏设计与研究——以高职景观设计课程为例”（2019-R-77594）

作者简介：赵萍（1978—），女，北京人，江苏海事职业技术学院人文艺术学院高级工程师，硕士，主要研究方向：计算机辅助园林景观设计、环境艺术设计。