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摘要：新的時代背景下，線上教學(xué)的方式已經(jīng)常態(tài)化、普及化，虛擬仿真平臺教學(xué)改革不斷探索“線上虛擬+線下實踐”的教學(xué)方式，為高等教育設(shè)計類專業(yè)教學(xué)提供了發(fā)展契機。設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺的建設(shè)可以突破設(shè)計類專業(yè)科研“不深、不廣、不精”的瓶頸，有助于教師通過數(shù)字化平臺虛擬實現(xiàn)現(xiàn)實科研，同時在實踐中不斷完善專業(yè)知識，更好地為課堂教學(xué)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：設(shè)計模型；虛擬仿真；實驗創(chuàng)新

近年來，在文化產(chǎn)業(yè)和設(shè)計創(chuàng)新領(lǐng)域，我國不斷加強數(shù)字化產(chǎn)業(yè)對文化的內(nèi)容支撐、創(chuàng)意和設(shè)計提升。部分高校對于設(shè)計研究不斷深入，對成果產(chǎn)出的要求不斷提高，但存在設(shè)計創(chuàng)新研究條件不足的情況。設(shè)計模型是設(shè)計研究的基礎(chǔ)，河南科技大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院（以下簡稱學(xué)院）近8成的專業(yè)都需要設(shè)計模型的研究支撐。

一、設(shè)計專業(yè)實驗平臺現(xiàn)狀

學(xué)院現(xiàn)有工業(yè)設(shè)計創(chuàng)意坊、包裝工作室、數(shù)字媒體工作室、攝影室、模型制作室、用戶體驗與認(rèn)知科學(xué)實驗室、定格動畫實驗室、計算機輔助設(shè)計實驗室，其主要功能是幫助學(xué)院環(huán)境設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、包裝設(shè)計、動畫設(shè)計等本科專業(yè)的學(xué)生完成實驗、實訓(xùn)任務(wù)，為研究生提供查詢文獻(xiàn)資料等的平臺。目前，各個專業(yè)線下設(shè)計模型研究存在占用空間大、實驗效率低、耗材費用高、效果不符合預(yù)期等問題，這在一定程度上影響了設(shè)計科研的開展和對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。設(shè)計類專業(yè)模型中的實體模型存在制作周期長、不夠精良、設(shè)計效果不佳等問題，而設(shè)計模型中的軟件模型存在現(xiàn)實還原度不高、實際運用功能不足等問題。這些問題已經(jīng)制約了學(xué)院設(shè)計模型創(chuàng)新相關(guān)研究的深化和完善，需要學(xué)院優(yōu)化研究條件（硬件和軟件）。如，實體制作的設(shè)計模型難以精準(zhǔn)還原室內(nèi)燈光的設(shè)計，由于燈光設(shè)計可變性較強，在建筑模型制作中僅僅能模擬出亮燈效果，但空間中光的強弱、色溫變化、功能選擇、燈具選擇都難以進(jìn)行調(diào)節(jié)與制作。目前的裝飾材料研究方向只能通過軟件效果圖展現(xiàn)設(shè)計的材質(zhì)，動態(tài)化的材質(zhì)對比和交互都難以從靜態(tài)圖紙中表現(xiàn)出來，而且效果圖只能呈現(xiàn)設(shè)計的最終效果，并不能作為研究型圖紙。以上是實體模型和圖紙3D模型在不同專業(yè)方向中出現(xiàn)的難點、痛點。

二、設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺建設(shè)思路

設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺的建設(shè)思路為“一體兩面，專業(yè)共享，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”?！耙惑w”是指打造智慧引領(lǐng)的虛擬仿真綜合科研平臺?！皟擅妗笔侵敢环矫娼ㄔO(shè)包含理論知識構(gòu)架基礎(chǔ)、專業(yè)技能實踐并與企業(yè)平臺相結(jié)合的虛擬仿真基礎(chǔ)實訓(xùn)子平臺；另一方面建設(shè)具體的包含空間光環(huán)境推演模擬研究、人機交互設(shè)計研究、設(shè)計材料應(yīng)用研究等的設(shè)計模型創(chuàng)新研究平臺?！皩I(yè)共享”是指在“一體兩面”的基礎(chǔ)上，學(xué)院環(huán)境設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、包裝設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、視覺傳達(dá)5個專業(yè)的多個設(shè)計領(lǐng)域和研究方向。如，容器造型、陳設(shè)造型、雕塑造型、舞美設(shè)計、裝飾材料、人機交互、燈光設(shè)計等專業(yè)研究方向均可共享設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺。設(shè)計模型是設(shè)計研究的實踐根基，虛擬仿真實踐平臺在教學(xué)中可以應(yīng)用在不同專業(yè)、不同實驗等方面，形成具有交互效能、多維化的線上信息環(huán)境?！爱a(chǎn)學(xué)研結(jié)合”整體建設(shè)以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合理念為核心，一方面服務(wù)于教師的科學(xué)研究，教師可以借助平臺開展設(shè)計創(chuàng)新應(yīng)用研究；另一方面是設(shè)計相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的平臺，學(xué)生可以借助平臺進(jìn)行相關(guān)專業(yè)知識的虛擬學(xué)習(xí)和實踐鍛煉。多元化開放式管理平臺、VR（虛擬現(xiàn)實）資源、交互式快速開發(fā)平臺、硬件環(huán)境升級后，可以給學(xué)生帶來全新的沉浸式體驗，為學(xué)生提供“線上+線下”“虛擬+現(xiàn)實”的綜合性實訓(xùn)一體的現(xiàn)代化、信息化的教學(xué)實驗場所[1]。

三、設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺教學(xué)研究

1.建設(shè)教研相長的綜合一體化平臺設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺是一個綜合性的設(shè)計平臺，針對學(xué)院環(huán)境設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、包裝設(shè)計等專業(yè)而開展虛擬互動教學(xué)科研與教學(xué)一體化設(shè)計。構(gòu)建設(shè)計模型研究、設(shè)計模型制作、設(shè)計模型創(chuàng)新、設(shè)計模型市場四大體系，特別是對實體模型和軟件模型難以做到的參數(shù)化光環(huán)境實驗、材質(zhì)材料實驗和五感模擬實驗，師生可以通過紅外觸摸一體機、VR仿真場景還原，在實驗室進(jìn)行各個專業(yè)設(shè)計模型的交互式虛擬推演實驗、實時可視化交互實驗，提升設(shè)計創(chuàng)新能力[2]。教學(xué)過程中，以設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺為依托，合理設(shè)置現(xiàn)代信息環(huán)境下設(shè)計專業(yè)模塊化教學(xué)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)師資力量邊界模糊化、資源共享化、實驗一體化。教師應(yīng)根據(jù)設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步做出相應(yīng)的調(diào)整，使設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺呈現(xiàn)動態(tài)、開放的形態(tài)。教師根據(jù)問卷調(diào)查和平臺使用反饋不斷地調(diào)整與更新平臺，在使學(xué)生具備扎實的專業(yè)理論知識與藝術(shù)素養(yǎng)的同時，在設(shè)計模型實驗環(huán)節(jié)提升學(xué)生的設(shè)計技能與創(chuàng)新能力。同時，學(xué)生可以自主選擇設(shè)計類專業(yè)選修課以拓寬知識面，實現(xiàn)多元化發(fā)展。2.建立“一平臺、三模塊”的虛擬仿真綜合研究平臺依托學(xué)院現(xiàn)有實驗資源，建設(shè)“一平臺、三模塊”?！耙黄脚_”即設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺；“三模塊”包括專業(yè)虛擬仿真推演模塊、實時可視化交互模塊、多方共建深度合作模塊。設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺體系如圖1所示。專業(yè)虛擬仿真推演模塊（以光環(huán)境內(nèi)容為例）：該模塊涵蓋工業(yè)設(shè)計模型光運用、產(chǎn)品設(shè)計中燈具光實驗、室外環(huán)境設(shè)計夜間光模擬、室內(nèi)空間人工光模擬、舞臺燈光模擬設(shè)計。實驗中，通過紅外觸摸一體機構(gòu)建體驗硬件環(huán)境，運用MARS虛擬現(xiàn)實模擬引擎平臺，結(jié)合Unity3D等軟件，完成現(xiàn)實中難以完成的設(shè)計的推演[3]。同時，學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論知識后，只需要具備三維軟件應(yīng)用基礎(chǔ)，就可直接在平臺上進(jìn)行實踐操作。專業(yè)虛擬仿真推演模塊的營建重心是設(shè)計過程中的推演與研究，更注重不同環(huán)節(jié)與選擇的對比設(shè)計。目前，環(huán)境空間燈光設(shè)計虛擬仿真平臺已初具規(guī)模，環(huán)境燈光設(shè)計虛擬仿真實驗屬于專業(yè)虛擬仿真推演模塊，在這個實驗中，學(xué)生根據(jù)不同功能進(jìn)行變換的燈光環(huán)境交互，可根據(jù)自己的直觀感受選擇燈光的色溫與亮度。這些交互操作均屬于推演研究階段。環(huán)境空間燈光設(shè)計虛擬仿真實驗平臺界面如圖2所示。實時可視化交互模塊：實驗室內(nèi)，通過大屏幕投影顯示技術(shù)構(gòu)建仿真體驗的硬件環(huán)境，以虛擬仿真技術(shù)和實景視頻技術(shù)為主導(dǎo)，把應(yīng)用場景直接搬進(jìn)課堂，如室內(nèi)設(shè)計中的室內(nèi)空間場景，使學(xué)生獲得身臨其境般的體驗。這樣可以使學(xué)生真實感知到不同設(shè)計尺度直接的差異，在虛擬空間中，通過五感差異化體驗，感知不同空間的大小、虛實、氛圍等，并通過A.R.T交互系統(tǒng)與場景進(jìn)行人機交互，完善可視化的教學(xué)實驗研究。多方共建深度合作模塊：高校要開展交互、連通的虛擬仿真實驗。在實際建設(shè)過程中，高校需要進(jìn)行虛擬仿真實驗頂層設(shè)計，校企聯(lián)合搭建實驗平臺，企業(yè)提供成熟的虛擬仿真軟件平臺搭建技術(shù)和實踐經(jīng)驗。圖1如，設(shè)計模型虛擬仿真實驗中，企業(yè)提供成熟的“平臺（VRP等虛擬仿真引擎）+內(nèi)容（豐富素材資源庫）+終端（AR臺、全息臺、CAVE、頭盔等）+應(yīng)用（深入行業(yè)）”，學(xué)校通過平臺開展研究，將在平臺應(yīng)用過程中的技術(shù)問題和設(shè)計構(gòu)建不足之處反饋給企業(yè)[4]。雙方通力合作，以專業(yè)共建、師資培訓(xùn)、實驗室共建共管、專利技術(shù)開發(fā)、高精尖技術(shù)合作研究等校企合作方式，建設(shè)虛擬仿真實驗室。

四、“突出優(yōu)勢+形成集群”的教學(xué)改革方向

1.強化設(shè)計專業(yè)學(xué)科優(yōu)勢，逐步形成科研特色我國曾提出過教學(xué)信息化的方向，教育部還專門針對虛擬仿真實驗室的特性、環(huán)節(jié)、適用學(xué)科方向進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。雖然高等院校設(shè)計類專業(yè)學(xué)生雖然開展了有關(guān)專業(yè)的理論學(xué)習(xí)和社會實踐，但部分學(xué)生對于設(shè)計研究不夠重視，認(rèn)為設(shè)計研究脫離市場，不夠與時俱進(jìn)。實際上，設(shè)計研究不僅可以拓展設(shè)計的廣度，而且可以拓展設(shè)計的深度。設(shè)計研究往往難以脫離設(shè)計實驗，設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)打造的集專業(yè)課程實驗實踐、教學(xué)研究、教學(xué)資源、科研、國際范圍內(nèi)設(shè)計類競賽于一體的多媒體實驗平臺。設(shè)計行業(yè)朝著“精細(xì)+智能+底蘊”的方向發(fā)展，設(shè)計品質(zhì)更為精細(xì)，以人為本，更加智能。文化底蘊是設(shè)計的靈魂。高校設(shè)計類專業(yè)要緊跟設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，不斷強化自身作為研究類學(xué)科的優(yōu)勢，形成以設(shè)計模型帶動設(shè)計研究的一體化平臺。2.打造設(shè)計相關(guān)專業(yè)共享平臺，形成優(yōu)勢專業(yè)集群設(shè)計模型虛擬仿真平臺項目可以支持學(xué)院現(xiàn)有的環(huán)境設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、包裝設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計4個本科專業(yè)，容器造型、藝術(shù)雕塑造型、陳設(shè)藝術(shù)造型3個專業(yè)領(lǐng)域，機械（工業(yè)設(shè)計工程）和藝術(shù)碩士2個專業(yè)碩士學(xué)位，使現(xiàn)有專業(yè)、學(xué)科向?qū)I(yè)集群化發(fā)展，針對每個專業(yè)的設(shè)計模型發(fā)展重心整合專業(yè)優(yōu)勢和資源。環(huán)境設(shè)計專業(yè)模型著重研究室內(nèi)與室外空間營造，工業(yè)設(shè)計模型注重外觀和使用功能設(shè)計，陳設(shè)藝術(shù)模型則偏向造型和藝術(shù)化。近年來，學(xué)院注重研究平臺建設(shè)，平臺建設(shè)是落實學(xué)院科研發(fā)展思路的具體路徑，將通過智慧引領(lǐng)，推動各專業(yè)人才培養(yǎng)模式與課程體系變革，引領(lǐng)學(xué)院專業(yè)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺運用如圖3所示。

結(jié)語

河南科技大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院以美育為己任，努力實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。當(dāng)前，國家對設(shè)計人才的需要不斷加大，設(shè)計模型虛擬仿真綜合研究平臺建設(shè)貫徹落實相關(guān)部門的決策部署，實施文化產(chǎn)業(yè)數(shù)字化戰(zhàn)略，同時積極應(yīng)對近年來藝術(shù)設(shè)計的數(shù)字化傳播大量出現(xiàn)的情況[5]。此項目運用數(shù)據(jù)驅(qū)動思維進(jìn)行實時預(yù)演和設(shè)計測評，有效結(jié)合基礎(chǔ)人工交互智能技術(shù)與藝術(shù)設(shè)計研究，將有效解決新時代背景下產(chǎn)生的物理聯(lián)絡(luò)障礙，利用數(shù)字平臺的優(yōu)勢，通過加強與高校、藝術(shù)機構(gòu)的合作，進(jìn)一步實現(xiàn)對專業(yè)性人才的培養(yǎng)?；痦椖浚涸撐南?021年河南科技大學(xué)虛擬仿真實驗項目A級校級立項（環(huán)境空間燈光設(shè)計虛擬仿真實驗）；2021年度河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目立項，項目編號：2021BK185。

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作者：楊曉帆 廖亮 魏夢瑤