[出处] 教育教学论坛_2022年第25期

[关键词] 虚拟现实;互动;课程思政

[基金项目] 2021年度浙江省高等教育学会高等教育研究课题“基于‘计算机辅助设计’课程构建虚拟‘党建展馆’的教学探索与实践”（KT2021115）

[作者简介] 虞光云（1976—），男，浙江宁波人，硕士，浙江树人学院艺术学院讲师，主要从事艺术设计研究。

[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）25-0112-04 [收稿日期] 2022-03-16

一、“计算机辅助设计”课程与思政结合思路

（一）设计课程思政体系

本项目的思想政治教育课程体系主要以“计算机辅助设计”为课题研究样本，通过课程内容与思想政治教育的融合，让学生学习并收集党建数据，使文化载体能够承载党的思想建设、组织建设、作风建设、纪律建设、制度建设，对学生的思想政治工作也具有示范、带动、辐射作用，文化元素在党建工作中的创新意义凸显，为文化载体纳入高校党建工作提供了理论支撑。逐步融合思政课程和课程思政，推动思政课程与课程思政同向同行、相互促进，形成课程思政教学体系，在课程教学中实现立德树人。

（二）思政元素在课程中的体现

通过VR（虚拟现实）党建文化展馆的设计制作，将最合适的思政元素和所承载的思想政治教育，以最恰當的方式融入课程内容[1]。凸显高校党建工作的导向、规范教化作用，同时把传播交流、教育与教化功能凝练在一起。在课程思政背景下使党建文化载体体系得到提升，思政元素在课程中更形象地与设计相结合，以课程思政为载体，通过项目化教学、情景式教学、沉浸式教学等多种教学方法，在多样化的课堂教学中以润物无声的方式实现课程思政的教学目标。

（三）爱国情怀培养

爱国主义教育是永恒的主题，通过课程引导学生以实现中华民族伟大复兴为目标，自觉把爱国情怀融于课程学习中，培养学生的爱国主义精神。让学生在课程与思想政治教育的无缝链接中学深悟透，坚定马克思主义信仰、中国特色社会主义信念、中华民族伟大复兴的中国梦，成为能担当民族复兴大任的时代接班人。

（四）专业技能的培养

“计算机辅助设计”是专业性和实践性较强的一门课程，在教学过程中，通过理论讲解和实践操作，让学生了解和掌握软件应用的基本知识，学会独立设计制作模型，能够把握空间布局、材质、灯光之间的关系，掌握虚拟空间技术的搭建，使美术、艺术、科学、技术相结合，将所学理论知识合理运用到实践中[2]。

二、虚拟现实技术在教学上的应用

作为“计算机辅助设计”课程内容的探索与研究，本课题研究的关键点在于，以党建文化为基础、结合VR（虚拟现实）技术进行设计研究，其关键是保证设计方法的科学性和可持续性。分析课程内虚拟展馆所需的内容模块，撰写流程图和策划脚本，运用三维技术进行建模、UV设置制作手段搭建虚拟场景，使用VR（虚拟现实）技术创建三维互动场景，最后根据脚本加入所需要的各个模块，建立党建文化电子资源，综合运用艺术学、信息学设计和搭建虚拟党建文化展馆。展馆不受时间和地域限制，融入党建传统文化、红色文化和地方特色文化，使党建和课程思政相结合，在课程学习过程中，完成党建知识文化从认知到实践操作的转化，从而推动思想政治教学工作。

传统的多媒体作品往往受到展示方式的限制，不能全方位、全视角进行观看，而VR（虚拟现实）可以使展馆的视野扩大到每一个角落，且与流媒体展示不同。VR场馆的展现不受时间的约束，任意时间节点都可以进行，还可以让视觉受众通过事件机制与虚拟对象产生互动，来完成一些必要的对象控制。目前，国际流行的VR（虚拟现实）技术有很多，因此，需要根据学生的专业特色确定搭建党建文化展馆制作的技术手段和最终项目展现的软件和硬件的环境。

选择搭建展馆的软件环境，是因为VR引擎是直接产生虚拟场景的主要工具，不同的引擎在流程和制作都有所不同;因此，如何结合学生的专业特点和专业优势来选择制作引擎，显得尤为重要。目前，主流的VR引擎有Unity3D和Unreal Engine。Unity3D是一个用于创建三维互动程序的引擎系统，可以发布到Windows、Mac、iPhone和Android等平台，能够创建实时、可视化的2D和3D动画。但是，由于Unity3D引擎开发VR场景需要有一定的代码量和编程知识，对艺术类专业的学生存在一定的难度[3]，而Unreal Engine引擎则很好地解决了这个问题。首先，Unreal Engine提供了一整套可视化开发工具，集成了开发虚拟场景所必需的功能：渲染引擎、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本编辑工具、动画及场景管理等。同时Epic公司基于Unreal Engine提供了Twinmotion软件，该软件是一款专为建筑需求而设计的独立工具软件，使用方便灵活，能够完全集成到VR虚拟工作流程中。作为一款虚拟引擎的解决方案，可运用于设计、可视化和虚拟建筑漫游等领域。这种可视化工具的优点就是让美术设计人员可以在不用编写代码的情况下来完成虚拟场景的制作[2]。

三、虚拟党建文化展馆在“计算机辅助设计”课程中的搭建流程

（一）前期素材收集与整理

素材整理是项目前期准备工作中很重要的一环，在制作前期需要进行主题内容的设定，整理视频、图片和文字;需要结合实际场馆进行素材收集，记录或者测量真实场馆的数据信息，得到相关图书、视频及文字资料，并将书籍中的图像和文字进行扫描，将拍摄的图片进行筛选和分类。由于图片需要通过三维软件贴图的方式进行整理，所以图片通常选择较高的分辨率。当处于虚拟场景的时候，由于参观者可以自由在场馆里行走，虚拟镜头可以被当成“眼睛”无限接近图片，如果此时图片分辨率较低将会出现马赛克，从而降低观感。

VR虚拟场馆需要从现实场馆实地调研、展览内容设置、规划路线灯光三方面进行设计。要求学生共同探讨VR虚拟场馆的展示内容分类、虚拟展厅的平面布局、展馆功能区块的划分及参观路线等，其中包括展品和内容的文字说明以及相关图片或者视频的整理，然后利用“计算机辅助设计”课程中的AutoCAD绘制出平面图纸。

（二）三维场景基础搭建

虚拟场馆的搭建依赖于“计算机辅助设计”课程中的三维软件，在建筑、环境、室内空间设计中通常会使用3D MAX或者Sketch Up等软件进行设计和制作。在上一步骤中已经使用AutoCAD进行了平面图纸的绘制，那么，搭建三维模型就有了可靠的依据，但需要严格把握好空间布局、展品的大小比例关系。与此同时，还应注意导入展品模型的面数，如果面数过多，会给虚拟空间带来较大的负担，此时需要尽可能在三维软件中优化和缩减面数（在不破坏原展品造型的基础上进行）。如果模型相同（如相同的椅子），只需要导入一次，其余的在虚拟环境中进行复制即可，最后输出通用格式，例如fbx或者obj[4]。

（三）三维场景导入VR引擎

3D MAX构建三维模型后，并不能直接导入到VR引擎，需要对文件进行格式转换。除此之外，场景内部模型搭建完成后，还需要对场景外部环境进行设计，因为从虚拟展馆内部向外看到的室外场景，一定程度上可以增加整个环境的真实感。室外环境的制作必须符合室内场景的气氛，其中涉及实体模型和全景图。通常外景基本以树木植物和建筑为主，使用光照贴图或者低多边形模型较为合适，一般遵循由近到远的原则，距离視觉受众近的部分使用较高精度模型，远处可以使用低多边形模型或者面片贴图进行替代。模型的导入需要分批、分类进行，不能一次性全部导入，否则后期修改会比较麻烦。例如，导入展柜模型和展品模型要分开导入，后续展品模型如果需要更换或者修改比较容易，不会涉及展柜。

（四）VR虚拟场景的材质制作

虚拟场景中的材质，也就是每一个物体的属性，需要根据不同物体的基本属性赋予不同的材质，如在展馆设计中的地板、墙面、柜子，以及各种金属或非金属的附件等。在设置材质的同时也要注意三维物体比如地砖、墙上挂画或者各种纹路机理效果UV的正确性，这项工作较为繁复，需要尽可能在三维软件中把UV调试好再导入到虚拟引擎，减少反复修改。

（五）VR虚拟场景的灯光设置

VR虚拟场景的灯光首先要起到照明作用，让视觉受众可以看到场馆内的展品，但同时又要美化环境，营造意境、气氛，甚至结合背景音乐让人感受不同的情感变化。在设置灯光的时候要考虑外部自然光和室内光相结合，带来明暗和冷暖层次的变化。除了主光源也就是负责照明的灯光以外，还需要有其他一些氛围灯，比如灯带、射灯、灯槽，此类灯光不负责照明，因此在设置上其亮度不应该超过主光源，并且需要保证该类灯光是处于无阴影输出的状态。

（六）VR虚拟场景输出

虚拟场景搭建完成后，最终需要脱离VR引擎的制作环境而独立运行，以Windows平台为基础，在Twinmotion中设定好初始位置，并创建“演示文稿”，将“演示文稿”的场景输出为“EXE”可执行文件作为单机的PC版面。该部分制作的优点是可以将展馆的内容作为沉浸式体验进行，参观者可以利用鼠标和键盘游走于虚拟展馆的每一个角落，可以最大程度上让展馆的设计内容得到充分体现。通过VR技术把展馆扩展到特定的虚拟领域，有助于了解党建的背景知识，同时也避免了文物被损坏的风险。增强现实技术和展馆的对接，更加激发人们了解新事物的兴趣，让展馆的党建文化活起来，无论从物品展示，还是用户体验上都彻底改变了受众在视觉上的交互体验。

除了“演示文稿”的输出之外，还有一种360度全景图的方式也可以作为虚拟展馆的另一种展现方式（见图1）。通过Twinmotion软件渲染过的全景图片，使用特定的软件进行图片拼合，并用专门的播放器进行播放，全景图变为360度，用于虚拟现实展示，把二维的平面图模拟成真实的三维空间，呈现给参观者。

四、虚拟现实技术在教学上的探索

（一）课程教学前期基础知识

虚拟现实技术是一种综合性较强的技术与方法，涉及的专业内容较多，是数字多媒体技术、虚拟现实技术和艺术设计的具体应用。本课程基于虚拟党建文化展馆的案例教学是使学生掌握三维建模、场景地形编辑、空间设计灯技术方法;因此，在课程教学前期，学生需要有一定的专业基础知识储备，如CAD辅助设计、室内空间设计、环境艺术设计等。

（二）课程教学实例的选择

在课程教学中，虚拟现实技术应用在实际空间中是较好的选择，设计步骤中可以增加实地测量环节，让学生在真实的场馆中测量数据，并利用虚拟技术还原到计算机中。在还原的过程中，学生可以对场馆进行再次设计，并充分应用了课程前期的基础专业知识。

（三）课程教学内容设计

教学内容不仅是最后的设计结果，更是整个设计和制作的过程。在本课程案例中，学生还需要完成以下内容：（1）PPT汇报。汇报的内容包含了前期调研、设计构思及资料汇总。在制作的过程中，需要相关内容的贴图，部分贴图可以通过平面设计软件来完成，但另一些贴图内容需要寻找资源，并且尽可能地以较高精度的图片作为贴图。（2）CAD图纸制作。当实地测量或者拟定平面尺寸后，需要制作平面图纸，其中包括总平面图、吊顶平面图、铺装平面图、剖（立）面图等。（3）撰写和制作设计说明、草图、交通流线导向图、方案构思分析图、功能空间分析图等。（4）在虚拟展馆设计完成后还需要制作展板，因为虚拟展馆仅在计算机中可以展现，脱离了计算机环境，就要通过展板来体现学生的设计制作过程和结果。

（四）如何解决课程教学过程中的问题

虚拟展馆的设计制作是一个综合性案例，教学中的任务导向就是让学生通过实例完成虚拟展馆的制作，需要学生灵活运用专业知识提高分析问题的能力，起到发现问题、拓展思路的作用。在规划平面图纸的时候，对学生的功能空间划分进行分组探讨，主要解决可行性和功能性优化。当进入三维制作的时候，需要考虑到各个物体模型之间的比例关系，同时也要考虑三维环境下的光影灯效，突出和强化各种灯光的运用。

结语

综上所述，在信息化时代，虚拟现实技术已经越来越多地应用于现实社会中。随着元宇宙（Metaverse）概念的提出，利用科技手段进行链接与创造的现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间，更把VR虚拟现实技术提升到更高的层次。它不仅运用于虚拟场馆，也应用到医疗、军事、教育、建筑、电子商务等领域。

通过“计算机辅助设计”课程制作虚拟展馆来传播党建文化，既是专业课程，又结合开展了思想政治教育。在学习专业知识的同时，学习了党建成果、黨的历史及党组织的建设和发展;同时拓展了研究的深度与层次。该课程涉及空间设计、光环境等专业领域，需要不断创新教学内容和呈现方式，优化教学方案，让学生从被动学习转为主动学习，使学生通过课程的项目式内容了解如何协同工作，在课程体系和结构上综合运用艺术设计学、信息学等多学科理论和方法开展跨学科研究内容，为进一步探索和研究奠定了基础。