【摘要】由于美学内容的理论深度和建筑专业的实践与具体性差别，将虚拟现实技术（VR）与建筑美学课程的理论体系相结合，据此进行课程的应用研究，对于课程教育是一个有效并有趣的方法。VR在建筑美学课程教学中的运用，可更好地体现建筑的整体与环境美、感知建筑运动感的空间美、表现虚实关系和真实效果。
【关键词】虚拟现实技术 建筑美学 应用研究
【中图分类号】G71【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）07-0243-02
随着美学教育在高职院校美育中的发展，许多高校建筑类专业和其它相关专业（如，城市规划、室内设计、景观园林等）更加重视美学教育，相继开设建筑美学课程作为选修课，甚至被认为有必要成为一门必修课，安排在建筑历史与理论课程系统中。由于美学内容的理论深度和建筑专业的实践与具体性差别，将虚拟现实技术（VR）与建筑美学课程的理论体系相结合，据此进行课程的应用研究，对于课程教育是一个有效并有趣的方法。
一、虚拟现实技术与建筑美学的概念
虚拟现实技术就是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术，它利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，用户需要通过特殊的交互设备才能进入虚拟环境中。在最近十几年得到了飞速的发展，由于其特有的仿真特性，如，沉浸感、时实交互性、想象力和三维图形等，它正在成为解决工程问题的一种重要方法，也是实现计算机辅助教学的一个重要手段。
建筑美学是艺术美学和建筑学的重要分支，是建立在建筑学和美学的基础上，研究建筑领域里的美和审美问题的一门学科。主要通过对建筑美的产生发展和意义、建筑的构成形态、法则、审美意匠以及建筑所反映的理性精神等内容的介绍，全面而系统地阐述建筑美学的内容，既从分析具体的建筑着手，又使其体现美学和哲学的深度，从而实现陶冶学生美的情操，使学生对建筑具有学习美、欣赏美、分析美、把握美和创造美的能力的目标。
二、建筑美学课程教学中存在的主要问题和应用VR的意义
建筑美学是美学（门类美学之一），不是建筑历史，也不是建筑艺术。学生必须在感知美学和哲学的深度下，具体理解和掌握建筑美的相关知识，实现从感性认识到理性认识的飞跃。因此，建筑美学不能空谈，不能只在概念上兜圈子，而应从建筑实际出发进行研究。有了建筑美学的基本理论，还需从许多实际的建筑中进行剖析，从古今中外的大量建筑中分析它们美在何处。然而在实践教学中，这个重点，也是普遍存在的教学问题。例如，建筑美学课程中造型美的重要知识点——比例和尺度中的“比例”，授课时常会以纽约利华大厦作为典型，说明比例对建筑的重要性，其高层建筑正面的高和宽之比构成了一个近似于黄金比的竖向长方形（1:0.618），其长方形的顶部与底部的高度与中间部分高度之比的明显差别清楚地表达了主次关系，我们最初采用手绘方式来展示视觉效果，后来增加了静态图片，甚至有flash动画等形式，但是静态图片和flash动画都是属于二维图像，没有三维场景真实，学生对该建筑的结构停留在表面的设计和样式上，而对内部比例、立体结构、透视关系等更深一层的理解没有得到很好的体会，因此效果不是特别理想。又如，“虚实与层次”知识点，我们在以深圳科学馆为例时，虽然考虑使用了部分三维软件制作的效果图进行分析对比，进行墙实窗虚的讲解，但是建筑的虚实关系，不只是表层的纯手法，还有深层次的文化和哲理内涵，特别是典型的中国传统建筑更能体现此内容，而在这个学习的过程中，学生的理解受到了三维效果图的制约，而没有实时交互性，学生的参与性完全没有体现，更加谈不上对环境有沉浸感。三维软件制作出来的3D场景其运动已经固化，不能像VR技术一样可以鼠标交互或根据用户随意更改视角的那样灵活。
当我们涉及审美时，不同的审美主体对于相同的审美客体会有不同的感受，这往往会影响创造性的发挥，而艺术范畴也往往没有固定的审美标准。我们在教学中要培养具有美的情操，对建筑具有学习美、欣赏美、分析美、把握美和创造美的能力人才，应该在学生学习的过程中增强学习的实时交互性，充分发挥学生的主观能动性、想象力等，激发学生潜在的创造力。
此外，如今高职高专的学习过程虽为三年，但实际授课时间较短，往往只有两年或两年半的在校学习时间，所以专业选修课的授课时间更少。如建筑美学课程采用同济大学沈福煦老师的教材，为我院大一开设的课程，只有16个课时，仅为本科院校课时设置的一半，这就要求教师在授课过程中提高效率和教学质量，因此非常有必要利用更加先进的教学理念和教育技术手段进行辅助教学，从而提高学生的理解速度和深度，才能增强学生的创新能力和社会竞争力。
教育技术就是把当前先进的媒体技术、计算机技术和教育理论、理念运用到教育教学的过程中，优化、改善教育教学过程。建筑美学在教学的过程中因其抽象且视图角度固定而不容易分析，而VR技术是基于三维软件的基础综合了静态、动态图像、视频的优点和特色，并实现鼠标交互等优势，具有可以自由地观察虚拟空间内的事物，可以按使用者随心所欲地改变所需视角来观察和分析，因此在弥补抽象知识不易理解和教授的环节上有良好的效果，从而提高教学质量、激发学习兴趣、培养想象力和创造力等让学生更好、更有效地掌握建筑美学知识。
综上所述，充分依托现代先进技术理念，利用VR技术进行建筑美学课程的辅助教学是很有必要的。
三、现有有效利用VR进行科研、教学的例子
1.应用于城市规划。可用于处理现存的地理信息系统数据以生成地形图，多角度进行观察。也可用于各个子系统的集成，方便虚拟规划方案。
2.应用于建筑遗产保护。使用GIS空间数据库的技术保存历史建筑的空间分布及其属性，通过近景摄影测量的方法数字化地保存建筑物的局部细节和立面纹理，对文物建筑进行历史建筑数字化保存和历史建筑信息化管理等方面研究。
3.应用于土木建筑工程。实时动态演示和控制设计和施工的过程、实时动态控制结构的重分析和获取施工控制数据时，可以借助图形或图像进行，能够达到形象直观的效果，既具有说服力，又能有效传达设计意图。
4.应用于航天仿真研究。利用对虚拟设备的操作，可大大提高航天员的操作水平。而且仿真技术具有经济、安全、可重复性的特点，若想提高航天员工作效率、通过航天器系统可靠性，通过飞行任务或操作的模拟就可以实现。
5.应用于水力机械制造工艺教学。为帮助学生直观地观察零件结构，理清零部件的装配关系，可将抽象的零件和加工过程形象化，将加工过程中所涉及的素材通过虚拟现实技术融入到教学课件中，有助于进一步理解结构设计与加工工艺的关系，缩短理论与实际的距离。
6.应用于采矿工程课程教学。若应用虚拟现实技术，为学生创造其身临其境的体验式条件，能使他们迅速熟悉矿井三维生产系统各个环节，通过在计算机上实现对全矿井各个部分的漫游，有助于提高学习效率和在将来工作时快速适应矿山环境。
以上应用案例充分说明当前VR技术的优势和不可替代的作用，也说明了VR随着其普及渗透到越来越多的领域中，并给各领域带来了新的发展机遇和前景，也为教育教学改革、人才培养模式和提高教学质量带来了不可限量的前景。
四、VR在建筑美学课程教学中的运用
这里我们主要推荐VEStudio这个软件，对VR在建筑美学课程教学中的运用进行介绍与研究，原因是VEStudio是一个从事多年虚拟仿真系统制作、三维GIS系统构建、虚拟现实技术（VIrtual Reality）应用的团队开发而成的专业虚拟仿真平台软件。该平台可应用于规划、三维地理信息、虚拟旅游、地产、产品展示、军事、古迹复原、工业设计、仿真教学等领域。VEStudio于2009年正式推出VEStudio虚拟仿真平台全免费版，提供给广大虚拟现实制作者、三维GIS应用者、虚拟仿真的业余爱好者以及相关专业人员无任何限制地使用。
1.体现建筑的整体与环境之美
现代建筑的整体观念往往不在于求得建筑自身形象的“尽善尽美”，而是在于求得它在整体环境中的和谐结合。因此我们在欣赏建筑艺术时，必须善于把握美的整体特性，这就要求我们能通过把握事物的整体或统一结构来实现。对于现代建筑来说，这种整体的“统一结构”往往不是毕业生首先表现在个性建筑的自我完善上，而是在建筑环境的整体关系上。建筑艺术所谓的“个性”、“特色” 、“生动”、“鲜明”等，都应纳入建筑美的整体环境之中。
我们在教学时可以准备通过VR制作出的作品，分别定格在全视图的角度和城市内部的任意一个视角，当我们想仔细研究整体的建筑分布或局部其中的美学原理时，使用者可以利用鼠标可以随意改变视角或者缩放进行观察，也可以对局部某个建筑进行全方位的研究，这样才能充分发挥学习者的主观能动性。
2.感知建筑运动感的空间之美
建筑的审美对象中，建筑内外的空间造型一直都是占主要地位的。由于建筑外壳包容着庞大的内部空间，因此建筑的实体形态，同它的空间一样，总是呈现出“三次元”，“三项量”性质。所以，从本质上看，建筑造型就是三维空间的立体造型。
建筑非常讲究空间感,职业教育在培养学生的空间感知能力时，常用一些小比例的实物建筑模型展示，只能提供立体物体的某一个视角或者某几个视角,学生无法见到提供的图片以外的视角，存在的局限性不少。采用VR对举例建筑进行虚拟仿真，更形象地让学生感受三维物体的信息，可以在不同角度，真正体会到其空间结构之美。
我们知道从小空间进入大空间，会感受到奇妙的戏剧效果，给人以独特的美感享受。美国国家美术馆东馆的内部有个高达80英尺的玻璃顶大厅，参观者可以穿越那仅有10英尺高的低矮门廊进入其中。而进入空间不能用平面图凭空想象，否则学生便不能实现仔细揣摩、用心体会，因此我们采用VR技术进行真实的空间模拟，让大家站在矮门廊下再迈入大顶范围，顿时能进入生气盎然、极富动感的中庭空间，于是会对空间产生豁然开朗、心旷神怡的感觉，精神也会为之一振，自然发出对空间美的惊叹。
此外，曲面比平面更容易产生流通感，弯曲走廊的空间的运动感是很明显的，人会自然而然地沿着曲面前进，这也被有些人称为动态空间。如北京颐和园的长廊，长达728米因此被称为具有皇家建筑气质的“世界第一长廊”，其建筑手法的成功毋庸置疑，即便是使用照片教学也能让学生从中体会，而增加了VR技术教学后，如图5，学生通过“廊”游动性的空间，因其弯弯曲曲的设计，可以从不同角度去感受情趣之美，增强空间的动感，使视线得到连续。
3.表现虚实关系和真实效果
建筑的“虚”就是空，“实”就是有物。建筑形象的虚与实的手法，也很有讲究，它直接影响到建筑的美。建筑的虚实关系，不只是表层的纯手法，还有深层次的文化和哲理内涵。
美国“流水别墅”，它挺拔的墙体，舒展的挑台和三度空间的几何形体有机地结合在一起，组成高低错落、纵横穿插的几何形体，对比十分强烈，VEStudio 3虚拟仿真平台拥有先进的高效率的实时阴影效果，如此这般显示了明暗变化和虚实对比，使作为视觉的主体建筑形象更加突出，起到了渲染和强化艺术效果的作用。
VR强大的凹凸贴图、天空效果、云彩云层效果、喷泉效果、水面效果、交互能力等，为模拟真实世界事物奠定了强大的基础。模拟环境使用户难以分辨真假,如同置身于现实世界中，无论是看，还是听,甚至是动，都给人以真实的感受和效果。
五、小结
随着虚拟现实技术在现代社会的发展，其应用的层面越来越广。研究虚拟现实技术在具体课程中的应用，有利于发现、使用新的教学手段和教学方法，提高课程教学质量，使学生能更好地感知建筑的美、体会其中的内涵并掌握相关的理论知识。
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作者简介：
周春媚，硕士、讲师，广西建设职业技术学院教师，主要研究方向：城市与建筑美学。