《传统建筑榫卯结构虚拟仿真实验》平台登陆入口

《传统建筑榫卯结构虚拟仿真实验》由四川师范大学美术学院·书法学院周伟副教授主持于2016年开始研发，2017年校内上线，2019年获得四川师范大学校级金课，获得四川省教育厅2019年度省级示范性虚拟仿真实验教学项目立项，2020年获批教育部国家级虚拟仿真实验教学项目立项，2020年获得教育部高等教育司首批国家级一流本科课程认定。

一、本项目实施的目的

旨在让学生通过本项目达到如下实验目的：

1、了解中国传统建筑的发展历史。

2、认知传统建筑榫卯。

3、掌握榫卯结构制作原理。

4、解决设计学下设的《模型设计与制作》课程的瓶颈问题。

现行的模型设计课程全部由学生手工制作，由于时间短、耗材巨大、工作繁杂，工具繁多且有一定的危险性，所以同学们一般只能够制作较为简单的作品，没有时间与精力去了解更多的榫卯之魅力，故急需开始建设传统建筑榫卯虚拟实验室。

二、项目平台介绍

本虚拟仿真实验可以解决资源匮乏问题，项目利用Html+Javascript技术建立仿真实验教学平台，同时基于计算机Unity3D引擎的实时3D渲染技术，将传统榫卯结构进行了3D高精度建模，完整还原了唐代佛光寺的木构建筑。学生可以通过三维全景式的互动观察建筑的外观、去掉屋顶观察建筑顶面的结构，进入建筑内部观察建筑的天花部分的结构，甚至可以把建筑的墙面去掉观察建筑的梁架，逐个观察各种建筑斗拱的结构。这样的学习方式极大的提高了学生学习的直观性、互动性、参与性。

本虚仿实验知识点：木构建筑与传统家具2部分，共计64个。

1、实验仪器设备（装置或软件等）

（1）四川师范大学自主知识产权实验软件

（2）虚拟实验设备

涉及的虚拟实验仪器设备有

虚拟传统木工工具：尺子、墨斗、斧子、锯子、刨子、锤子、凿子、锉子、钻子、粘胶、打磨、大漆等。

（3）虚拟传统建筑榫卯部件：管脚榫、馒头榫、燕尾榫、大头榫、箍头榫、平身科斗拱、柱头科斗拱、角科斗拱。

（4）虚拟传统木构建筑：唐代木构建筑佛光寺

（5）实操实验设备

学校已经配备有高速网络出口、高性能服务器、大容量存储、网络防火墙、虚拟仿真实验管理平台等设备设施，用于传统建筑榫卯虚拟仿真实验项目运行。学生可使用学校现有的计算机及个人计算机等设备，在网络环境下完成实验。

2、实验材料（或预设参数等）

（1）虚拟耗材：

木材：杉木、松木、粟木、榉木、柏木、香樟、楠木、银杏木等。

其他虚拟耗材：鱼鳔胶、骨胶、大漆、木蜡等。

（2）实操耗材：

本虚拟仿真实验教学项目线上基于3D建模的虚拟实验环境及虚拟实验对象，不需消耗类或易损类实验材料。

3、实验教学方法

本实验教学项目坚持“学生中心、问题导向、学科融合、创新实践”的实验教学理念，在《模型设计与制作》课程中，强调理论的深度理解，选择能照顾到每位学生的学习进度和质量，采用数量按照人数1:1配置电脑。在帮助学生了解榫卯这一知识结构时，可通过虚拟实验室让学生快速了解中国传统建筑榫卯结构与传统家具多样性与构造方法。结合学校的实际教学情况，并实行了沉浸式、问题式、交互式、自主式、支架式、反思式实验教学方法，致力于培养学生的问题意识、创新精神、主动学习和自我反思的能力。确保学生通过简单的学习迅速掌握教学设备的使用，并通过输入设备教学软性内容能迅速做出反馈和调整。比如通过抓取、移动等动作。全方位观察、记录、设计、制作三维的榫卯、斗拱、古建模型等。

4、实施过程：

在仿真平台上，虚拟仿真实验教学一共设置了2个部分，分别为教学部分和实验部分。

教学部分：欣赏、漫游、材料三个板块。

实验部分：制作、考核、报告三个板块。

实验部分有137个实验步骤，共计4个课时的虚拟实验课程。

5、实施效果：

① 提高人才培养质量

本项目的开发突破了时间和空间的限制，学生可以随时随地进行实验。同时，软件有多种学习功能，学生可以反复进行练习。大量虚拟实验环境里对虚拟实验对象的“观察、记录、组合制作等练习”，练就了学生的熟练设计能力。本项目的应用，大大提升了学生学习方式的科学化和实践能力的专业化。自2017年9月以来，本校已有1630人次学生完成了该项目的实验。

② 提升教学效率

本项目建构了一个类真实环境，目前支持并发访问100人，解决了古建榫卯实验不可逆、实验环境匮乏、实验资源不足等问题，学生能够在反复练习中习得传统建筑榫卯制作实践能力。在虚拟仿真实验里，学生在虚拟制作、虚拟组合中进行互动，不仅能把线下课堂中所学的知识应用于线上实验中，而且激发了学生对专业的热情和兴趣，大大提升了教学效率。

③ 降低教学成本

本项目使学生足不出校就能三维全景观察中国传统建筑以及传统建筑的榫卯结构，节省了学生往返全国各地寻访古建遗存的时间和交通成本。不仅如此，学生通过与虚拟的实验对象和实验材料进行互动，大大节省了实验设备与材料的购置费用。

④ 共享教学资源

该项目可通过互联网访问使用，能够方便地开展大范围班级实验并向社会开放。目前，该虚拟仿真教学资源不仅惠及本学院的师生，也支持了我校其它相近专业的虚拟仿真实验教学。

⑤ 服务社会效果明显

本项目在培养专业化设计人才上具有显著优势，吸引了许多社会人员主动接受该项目的培训。大大提升了从业人员的专业化水平。同时，通过软件，吸引了许多非设计专业学生自主学习，引导学生爱上传统建筑设计，进而喜欢上中华传统文化。

学生交互性操作步骤说明：

6、实验项目流程

通过观察-欣赏-浏览-5种不同的榫卯结构仔细的三维观察→选择设计不同的榫卯→计算尺寸→划线→锯割→刨削→划线→锯→凿→挫→装配连接→表面处理等，3种斗拱的复原组装练习，完成传统建筑榫卯结构的观察学习与设计加工实验。（总共包含137个小步骤）。

7、实验项目应用及共享情况

（1）    本校上线时间 ：2017年

（2）    已服务过的本校学生人数：1630

（3）    已经纳入到教学计划

（4）    已经面向社会提供服务

（5）    有效链接网址：http://www.ilab-x.com/details/v4?id=3692&isView=true

社会开放时间 ：2019年10月    已服务人数: 9503人次

8、网络条件要求

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

   1）基于公有云服务器部署的系统，5M-10M带宽

   2）基于局域网服务器部署的系统，10M-50M带宽

（2）说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）

支持100个学生同时在线并发访问和请求，如果单个实验被占用，则提示后面进行在线等待，等待前面一个预约实验结束后，进入下一个预约队列。

7、实验教学项目特色

现今的建筑模型设计课程全部由学生手工制作，由于课程时间短，工作繁杂，又有一定的危险性，所以同学们一般只能够制作较为简单的作品，没有时间与精力去了解更多的榫卯之魅力。通过传统建筑榫卯结构虚拟仿真实验学生可以得到以下收获：

1、学生通过观察中国各个朝代的建筑与家具的演变与制造工艺，到达了解中国传统家具与建筑的审美与内涵。

2、学生通过掌握各种榫卯的制作方法与各种榫卯在建筑与家具不同节点的应用，达到了解建筑模型设计的深入了解与理解，并掌握在模型制作过程中的学习与制作方法。

3、学生探究在模型制作过程中出现的各种问题，使学生在了解问题，探究问题、解决问题的过程中逐渐学习解决问题的方法。