MR（混合现实）技术在建筑设计教学中的应用

MR（混合现实）技术在建筑设计教学中的应用

刘卓珺

湖北城市建设职业技术学院，湖北省武汉市江夏区藏龙大道28号

摘要：混合现实技术作为一项新技术，正在改变人们的学习、生活、工作、娱乐等各个方面，并已广泛应用于各个领域。在建筑设计领域中，混合现实技术作为一种独特的技术媒介，有效地解决了抽象人类思维与创造实体之间的关系问题。随着时间的推移，出现了新的教学概念，例如教学建构主义，这导致了对混合现实技术在教育中的需求。在建筑设计教育领域，一直渴望有一种情景生成工具来实现建筑空间环境的建筑设计和建筑空间环境的结构设计。实现空间环境的建筑设计和结构设计，在传授建筑设计的同时，要为学生创造有效的学习态度，让学生有充分的沉浸感和临场感。这使得基于此的面对面学习更加有效；研究增强现实技术在建筑设计教育领域的应用具有十分重要的意义。不仅鼓励了学生设计思维的转变，也促进了设计效果的提高，更有利于教学效果的提高。

关键词：混合实现技术；建筑设计；教育应用

一、引 言

随着计算机技术的发展，人类已经进入数字时代。混合现实技术作为一种高新技术，在各个领域得到了广泛的应用。而在建筑设计领域，混合现实技术已经作为一种独特的技术手段，可以有效的解决抽象思维与其所产生的建筑实体间的联系问题。让人身临其境的感受和体会建筑物落成后的效果，让业主或用户能充分理解建筑师的设计意图，达到有效沟通的目的。因而也逐渐受到一些规划师和建筑设计师们的青睐，并在建筑设计领域得到了初步的应用。而随着混合现实技术的发展，以及数字地球概念的提出和应用，对混合现实技术在建筑设计方面的应用得到了重视。在这样的形势下，首先，我们需要大量熟练掌握混合现实技术的建筑设计师，能将混合现实技术作为一种建筑设计的手段和方法，应用到建筑设计的过程中；其次，我们要求教师能将混合现实技术应用到教学中，很好实现教学中情境创设及自然交互性的要求，充分体现混合现实技术在建筑设计教学领域的优势。对混合现实技术在建筑设计教学领域的应用研究显得尤为必要。

二、混合现实技术相关概述

（一）混合现实的概念

混合现实是利用最先进的计算机技术、图像处理技术、人机交互技术和显示设备，打造信息圈，实现现实技术和虚拟技术用户之间的交互反馈，创造现实与交流的新环境。在这种环境中，物理（真实）和数字（虚拟）对象自然地聚集在一起并实时交互。1994年PaulMillgram的《Reality-VirtualityContinuum》以更直观、更精确的方式解释了混合现实技术，并被教育技术人员广泛接受。真实环境（RE）和虚拟环境（VE）是连续体的两端，混合现实（AR）是连续体的真实一端，将数字产品融入真实环境；混合现实技术是将材料导入混合世界环境。在任何环境中，以无限不同的大小混合，连续的物体被称为混合物体。

（二）混合现实与虚拟现实的区别

混合现实结合了现实和虚拟的最佳优点，是一种将现实世界与虚拟世界交织在一起的技术，打破它们之间的界限，以创造新的方式来实现真实和虚拟对象的实时交互。混合现实技术利用空间和位置扫描，在真实和虚拟环境之间创建一个三维空间，实现世界用户的动作和方向，在传感器上进行监控和实时开关显示。借助MR显示器，用户不仅可以看到真实的视觉环境，还可以通过声音、手势、等方式与MR环境中的元素进行交互。与混合现实的主要区别在于，现实世界和虚拟世界可以在MR环境中交互。

虚拟计算机模拟用于实时创建三维动态空间。用户与现实世界的连接受到VR设备的保护，而不是提供视觉、听觉、触觉和其他感觉的叙事体验的完整虚拟世界。虽然虚拟现实用户获得了良好的沉浸感，但虚拟现实设备的封闭性使用户难以体验真实环境，从而将用户限制在固定或狭窄的空间中。它只能与虚拟环境中的物体进行交互，因此虚拟现实无法满足用户的意识需求。

三、 MR（混合现实）技术在建筑设计教学中的应用

（一）通过混合现实技术提高学生对空间感的认识

建筑设计代表着三维空间的形成，在教学过程中，教师应鼓励对空间尺度、空间形态和学生想象力的正确理解。建筑设计专业的学生由于实践经验少或没有实践经验，普遍对空间尺度和空间形态的把握较差。在传统的教学过程中，由于建筑设计的教学形式受到诸多条件的限制，教师很难培养学生的空间感，对学生的空间尺度和空间形态的把握也没有得到充分的训练。更不用说为学生构建建筑空间情境了。相反，他总是依靠课堂材料、图纸和老师的直观语言课程来传达建筑设计工作的一些信息。为了了解草稿作品的所有信息，有必要依靠对图纸所有信息的综合和分析。学生在2D绘图和3D思维之间转换既费时费力又困难。建筑设计以空间为研究对象。建筑设计教学就是要给学生空间感，构建建筑场景，让学生对空间形态有感性认识。有必要研究不同空间状态引发的感受。本文通过构建虚拟建筑设计漫游系统，为学生创造建筑设计情境，增强学生的沉浸感和设计感；让学生从空间形式中走出来，然后过渡到空间形式中。当学生的建筑设计工作基本完成后，学生就可以了解自己设计工作的优缺点，让学生从三维空间的角度审视问题，这样我们的教学就可以更加有效。

（二）通过混合现实技术的临场感改进师生教学沟通

在建筑课上，学生对设计图进行注释和比较是教学过程中的一个重要环节，也是学生们非常感兴趣的部分。在传统的教学过程中，师生或学习伙伴经常通过图纸（平面图、视图、剖面等）进行交流，因此每个参与者都必须具有二维的空间形态和三个维度。转换过程因人而异，所有参与者的转换结果也不尽相同。而这种转换往往是抽象的，缺乏彻底性和严谨性，使师生之间的交流更加困难。由于对工程图纸的反应不完整，学生也经常忽略一些可能需要注意的问题。通过混合现实技术等交流平台，可以大大改善师生之间的交流。在混合现实技术等交互平台下，学生可以根据自己对环境的理解，通过3D模型在虚拟场景中设计和探索自己的创意想法，并以身临其境的方式体验自己的设计作品。并且通过混合现实平台，师生在课堂上交流时，学生可以展示自己的3D建筑作品，让老师或同学通过虚拟漫游多角度互动观察，展现动态场景效果，同时通过混合现实技术可以展示建筑与环境的关系以及物体在不同天气条件下不同时间的视觉效果系统。通过混合现实技术，学生的设计成果更加丰富直观，除了传统的平面图、立面图、剖面图、3D模型等，设计作品还可以提供完成后效果建筑的沉浸式体验。得到充分体现。老师对学生计划调整的反馈也能实时反映，学生也容易理解和接受。同时，还可以对不同学生设计的不同图表进行图片对比，让学生在课堂上充分了解建筑设计工作的优缺点，充分达到协同学习的目的。

（三）通过虚拟现实平台建立和培养学生设计作品的积极性和主动性

在传统的建筑教育中，教师总是以一种蹒跚的教学方式教给学生大量的建筑结构、材料选择、阴影效果等信息，学生处于被动接受的状态，常常感到枯燥乏味。在设计课程或设计作业时，很多学生觉得自己无从下手，设计过程中经常会出现很多困难和问题，老师不可能全程跟踪学生的设计过程。未能及时解决学生的疑虑，往往会打乱设计思维或出错，给设计工作留下遗憾。因此，在设计过程中，学生需要一个渠道，根据自己的设计需求，随时获取大量有效信息。使用虚拟现实平台，学生可以创建与其设计工作相关的信息数据库。该数据库为学生设计过程提供后端支持。内容：材料样品、环境设施、植物、花卉等。数据库提供同一物体的图像、文字和3D模型等完整信息。在设计过程中，学生根据设计方案的要求，选择合适的材料、环境设施等。这些项目的选择可以通过表格实时更换。

（四）通过混合现实技术实现课堂场景的构造

混合场景是指现实生活中可能出现或已经发生或将要出现的特定场景，通过混合现实技术呈现。在传统教育中，学习情境只能通过教师的文字、图片、展示板、幻灯片或某些视频来规划。大多数学生只能被动接受，在某些情况下老师的描述可能与学生的理解相去甚远。比如老师在介绍一些古建筑的时候，虽然老师介绍了很多这些古建筑的造型和设计理念，或者提供了图片或者视频，但是学生们的理解和建筑本身的风格还是有很大差别的，所以他们做了不理解 建筑风格和特点仍然难以理解。当使用混合现实技术让学生在古建筑场景中穿行时，让他们自己动手，参观古建筑，看看楼阁、台、形、楼、阁等建筑形式体验，然后根据老师的语言，教学效果肯定会更好。在条件允许的情况下，将采用沉浸式虚拟现实系统，让学生戴上头盔和手套，让学生“沉浸”在建筑理论的体验中，通过对比和感受电影的方式探索古建筑平面图的概念。这些感受和经验是传统教学无法传达的。混合现实技术创造的虚拟场景，不仅在课堂教学中起到营造情境的作用，还能让学生真正沉浸在未来的建筑环境中，对公寓的结构、结构和陈设进行分析，从而学生可以了解建筑设计的效果更加明确。

四、结束语

教育应用中混合现实的关键问题是它支持什么样的教育内容以及混合现实如何用于教育。混合现实技术学习场景的最终目标是知识转移和技能培养。将有限的教育资源用于与教学直接相关的活动，并使互动学习变得流畅自然。它表明混合现实技术学习场景的创建、学习资源的使用、有意义的对象与专业的教学设计相联系，并遵循学生的认知素质。然而，混合现实技术工具的开发需要掌握许多教师难以学习的混合技术，而目前的开发者对内容和“教育”内容一无所知。由于缺乏相关专业知识或技能，混合现实技术工具无法满足学生的实际学习需求。因此，有必要加强企业与学校的结合,充分发挥各自的优势,进一步探索教学策略与混合现实技术环境的有机结合,MR混合现实技术和混合现实技术MER混合来设计和构建更符合相关课程教育要求的现实技术环境。

参考文献

[1] 陈一.混合现实技术在 STEAM远程教育中的应用探析[J].信息通信，2019，（03）.

[2] 朱丹丹.虚拟现实技术与教育游戏结合的发展前景初探[J].当代电影，2018，（02）.

[3] 范文翔，赵瑞斌.数字学习环境新进展;混合现实学习环境的兴起与应用[J].电化教育研究，2019，（10）.

[4] 孔玺，孟祥增等.混合现实技术及其教育应用现状与展望[J].现代远距离教育，2019，（03）.

[5] 兰国帅，郭倩等."智能+"时代智能技术构筑智能教育—《地平线报告（2019高等教育版）》要点与思考[J].开放教育研究，2019，（03）.