摘要：（UE5）数字孪生飞速发展背景下的VR教育是新时代高校高工和艺术类专业教学改革重点方向之一，然而传统虚拟现实课程存在着技术门槛高、创作流程割裂、作品沉浸感差等问题，无法培养学生对于市场真正所需的“技术+艺术”的复合型人才。但是，得益于UnrealEngine5（UE5）引进的Nanite虚拟化几何体、Lumen全局动态光照、蓝图可视化编程系统等颠覆性技术，解决以上问题又重新迎来了良机。基于此，笔者选择了《高保真虚拟环境设计与实现》这门课作为实践载体，将UE5作为该项目的技术支持引入课堂教学，利用项目式教学手段以及跨学科的项目协作方式，将“目标—平台—项目—评价”的理念融入其中，并用“认知—模仿—创新—迭代”的闭环流程作为整个教学环节的基础教学步骤开展了一次完整的教研活动，教研课以“全国教育APP大赛国赛项目的决赛制作参赛作品”为具体案例，给所有师生提供一份实战教学示范。实证结果显示：使用UE5以后，学生对课程学习的兴趣大幅提高，以绝大多数专业学生都不擅长编程的现状下进行整套课程学习后可以收获较为满意的视觉保真度、良好的交互复杂度、较高的项目完成度的作品。U5En的使用使得这部分学生的平均成绩从该门课开始之初的标准分80.19升至实验结束时的86.75分，实现了以“人、课程及技能的提升”为核心的提升。

关键词：Unreal Engine 5（UE5）；虚拟现实教学；教学模式创新；项目式学习；高保真模拟；蓝图系统

一、引言

目前处于元宇宙、数字孪生的时代，作为通向以上这些数字世界的入口，虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，已经成为最重要的终端和环境呈现形式之一，并深入到教育培训、建筑设计、文化传承以及工业制造等行业中。而高校开设的相关课程就承担了培养具备当今时代前沿技术能力以及创新发展思维人才的责任。

文章表面风光的背后蕴含了更深层面的问题，传统虚拟现实课程教学一直陷入瓶颈状态，其中最大的问题是：技术高门槛难入行，学生很难掌握利用工作流：3ds Max＼/Maya等三维软件建立模型——再导出至Unity＼/UE的早期版本中进行烘焙——最后通过编程实现交互——然后将开发包打包进VR头盔的过程涉及到各个环节要使用不同的软件。这就需要学生掌握建模、烘焙以及程序上的多种知识技能，且各软件之间没有关联性，在学习上难度较大，容易让学生产生挫败感。其次是产品缺乏代入感，在受到设备和软件限制下，由以往模式所制作的VR场景基本上是没有强视觉冲击力，模型面数少，光线效果生硬，材质不够精致逼真，无法给观众带来强烈的代入感，距离真正的如临其境还有很大的差距，这是十分背离行业的高标准。第三是教学实际应用脱离行业现实，几门零散的技术课很难让学生具备完整的项目的开发逻辑，更别提学生利用掌握的知识技能去实现相关企业对UE5引擎的需求了。

（UE5）l Engine 5（UE5）的推出就解决了解决这一问题的曙光，而它的技术重点就是可以让大型到精度过高的大量细节直接由建模人员从建模软件中直接导出至引擎里面，无须再经过其他LOD（细节层次）来分不同的距离给出不同的模型精细度等级的情况，这就是技术方向的第一步。Lumen全动态全局光照系统具备当下先进实时路径追踪（DRT）的照明及反射效果，可让世界地图如同真实一样有着时时刻刻昼夜转换和光影变化的特效。最为重要的是：使用蓝图可视化脚本语言，用相连的接点来代表较为复杂的C++代码逻辑以达到自身的目的，大幅度的降低了对交互功能的需求以及使其变得极为容易上手，因此这些使用者大多数是艺术及设计专业方面的学生也可以完成自己本身所想要的游戏逻辑。

研究目的主要是结合UE5引擎创新探索了其在VR课程教学中的应用。以本人负责讲授的《高保真虚拟环境设计与实现》课作为试验田，试图回答以下问题：怎样用UE5的优点来重新构建虚拟现实课程的教学模式和实践途径？对于学生的技术素养培养、创意表达能力锻炼和团队协作水平的提高有何贡献？本课题通过实践、总结、提炼建立模型，希望为我国该类课程今后的改革提供前瞻性和可操作性的指导性方案。

二、虚拟现实课程教学基础与UE5的转型价值

培养学生的虚拟现实课程最终目的是使他们能构建出可信任的虚拟数字空间，并且能够在该虚拟空间中采用各种交互的形式来展示，将学生的发展目标分解成三大综合性的核心能力：三维空间感知和构建能力、交互逻辑的设计和实现能力、跨介质项目的管理与协作能力。

通常的教学模式已不能达到此要求，由于教学过程包含“软件操作讲授-功能模仿-最终作业”，故存在流程割裂、反馈滞后、创意瓶颈等问题。

UE5引擎导入，可以让教学转型从根本上解决困难，体现出的三个方面的作用。

2.1技术的民主化和蓝图可视化的编程方式是本课改革的先行者，通过学习它可以把极难理解的编程语言转为十分简单的“事件—函数—变量”的直观的节点形式，以课程中教的“开门”为例：只需要把“按键事件”连接到“门的旋转”，设置旋转角度就可以完成，这就给环境艺术、数字媒体等非计算机专业的同学集中精力对整个交互逻辑的设计提供极大便利，不需要再过多考虑技术的问题，真正实现了技术普惠的能力。

2.2保真度革命，用Nanite做极致表现，用Lumen做细腻表现，为极致的画面带来了可能。Nanite让学生可以在Quixel Bridge直接调用Quixel提供的影视级的PBR扫描素材，直插场景中实现当时只有一个资深美术师数周才能做出的效果；而Lumen则让学生可以像真实世界中一样去随时调用变更光源位置、大小、颜色和强度等变化时即时的变更整个场景的全局光效及光影反射效果。这不仅是一个工具上的飞跃，也是一次审美教育，能在很大程度上培养学生对于真实光线、材质物理性质的感受与把握。

2.3一体化工作流，引擎内全流程，不管是从概念设想到白模搭建，不管是Nanite/Lumen效果调优还是蓝图交互实现再到最后打包推送给PCVR/一体机VR都拥有完整的全流程支持，完全能复现当下主流游戏和虚拟仿真项目的游戏开发流程。与实际工作更加贴近的流程。整个流程与当下主流游戏或VR项目开发的一致，在让学生完成规定学习任务的基础上能很好的为以后的职业实践做好对接。

三、UE5赋能虚拟现实教学的实践路径与案例分析

课程共16周，在16周的教学当中，设置了从浅入深，层层递进的3个实践性模块，不断对学生能力提要求，让学生一步一步提高能力。

3.1本模块的主要目标在于破除学员对“三维空间=低模卡通”这一传统的刻板认知。课程前期教学引导学生打开官网资源库Quixel Bridge（也是一款拥有百万级免费、高精度照片扫描的线上素材库），以最短的时间搭建完成一组“虚拟书房”或者“森林一角”，并将包含上千万个多边形的岩石、植被、家具等高精度素材拖拽至场景内。教师指导学员认识PBR（基于物理渲染）材质库，实时调节Lumen光源，对比同一场景正午、黄昏时刻光线对氛围的营造作用，进而带领学员理解保真度高的数字化场景下氛围的营造之道。一学生感叹道：“我第一次通过VR头显看见自己搭建出的具有真实木纹质感、纺织质感的书房的那一瞬间所产生的震惊是我无法用语言去形容的，这才真正地明白了何为‘沉浸感’。”

3.2（UI）化系统的应用能教出“能动”的教学逻辑在掌握了画静态美景之后，在后面就可以给学生上动手实现化的交互逻辑了，抛开以前C++语言的教学方式，全程利用蓝图系统来教导。以最低级的“触发器”为例，当人物走入某一个范围触发区时，就会使附近的灯亮起来；提高难度，例如做“物件抓取和放置”，或者涉及“用户界面（UI）”的交互（点一下虚拟的按钮就会变更一个场景的天气）；最后就是使用“角色状态机”的建立。“可交互式文物展柜”案例，要求达到的任务为：当玩家看着一件展品3秒以后，该展品旁会出现对应的介绍UI;通过手柄抓取展品能对其进行360度观察；按相应的按键可以让展品进行复位。上述操作都需要依赖于在“事件图表（Event Graph）”中搭建的节点网络实现。所以，蓝图教学就是把编程思维从“语法记忆”转变为了“逻辑流程图设计”，从“唯我原则”变成了“团队协作”，从逻辑实现上让学生学会了将一个复杂的功能进行拆解，形成若干个模块的功能，如将“观赏文物”功能拆分成“检测凝视”、“创建UI”、“抓取逻辑”、“复位功能”等多个功能点进行实现。最后，这门课程下半部分内容都是以项目式学习（PBL）来进行授课，要求每一位同学都要组成3-4人的小组去制作一个“XX大学数字校园漫游系统”期末项目的成果。根据任务要求，完全还原某个校园内典型的校建场景（比如图书馆、教学楼中庭），并能提供漫游、信息点互动和日夜变换等功能。

四、构建“目标—平台—项目—评估”一体化教学模式

为将分散的实践系统化，我们构建了以下四位一体的教学模式：

4.1教学模式四维模型设计

文中明确了知识、技能、素质三个层面目标，分别是UE5核心模块，高保真环境搭建、蓝图交互开发以及团队协作、创新能力。

基于UE5.3集成QuixelBridge、Perforce版本控制器，形成了稳定的教学技术栈。设置了按难度递增式进展训练项目的训练链，包括基本场景搭建、单人实现某个功能点、多人合作完成一个大项目。并设计了与项目维对应的、多样的、过程性的评价体系。

4.2教学流程重构：“认知-模仿-创新-迭代”。

教师可直接使用UE5编辑器中的功能进行编辑，学生通过“所见即所得”知道各个参数的意义，例如改变Lumen日光角度时就能看到整个场景随角度发生改变；教师可以通过提供“模板工程包”让学生从“反向工程”的过程中理解模块的具体作用并能够在模板的基础上进行修改；并且要求每个学生在期末完成一定的作业基础上增加相应的“加分项”，如动态天气、基于语音的交互和多人在线等功能；提出“敏捷开发”理念，即让学生按照每周计划进行VR创作，并将每周的作品进行上传，同时小组每2天前往VR设备开展一次评审，根据当天评审结果进行调整并记录每天评审所涉及到的功能迭代日志，提升项目整体进度。

4.3多元化教学评估体系构建

为全面反映学生在跨学科项目中的综合表现，我们摒弃了单一的期末作业评分制，采用了以下评估方案：

评估内容与权重：

技术实现与视觉保真度（40%）

交互逻辑的完整性与用户体验（30%）

创意设计与主题表达（20%）

团队协作与项目管理（10%），依据项目文档、Git提交记录和组内互评。

五、教学成效、反思与未来展望

5.1经过一学期的教学实践，改革取得较好的效果。

本届学生作品的视觉冲击力、交互复杂度和整体完成度有数量级的提升。多个小组的“数字校园”项目达到了接近商业演示片的水平。

学完之后，学生的信心和能力都有所增长，有85%以上的学生表示，在学习完课程后已经不再害怕游戏引擎了，同时也有足够的信心去完成一项完整VR体验制作；“蓝图让我意识到，我虽然不是程序员，但我可以成为一位逻辑的设计师。”

这门课的优秀作品在学院作为信息化建设成果展出，并且正在同校史馆商谈是否可以利用数字校园项目让线上校史漫游成为可能。

5.2实践中面临的挑战与反思

改革之路并非一帆风顺，我们面临的主要挑战包括：

运行动感十足的UE5高保真场景要依赖一些较为高端的显卡（如RTX3060）及较为充足的RAM，这样的配置对于学校的公共机房来说无疑是一笔不菲的开销。

由于利用蓝图降低门槛，再加上UE5编辑器中存在大量的工具和模块，所以学生开始上课学习之前还是需要花费一定的时间来掌握基础的操作。

教师不再是知识的传授者，不是单一的权威人物，而是变成项目型的导师型教师、技术型咨询顾问和团队型的协凋者；这就需要我们不断提升自身，使自己更具课堂驾驭能力。

5.3未来的展望计划是把那些优秀的学生成果集萃，并发布于UE5元宇宙社交平台上（如VRChat社区），将学生成果带出课堂教学场所、走向更为广阔的舞台，经受广大网友更为严谨的评判。

融合AI技术，并引入UE5的AI工具套装，可以用行为树完成虚拟场景中NPC的智能动作；运用MetaHumanCreator制作带有面部捕捉的真实虚拟数字人导游，以达到增大地表生命活力的目的。

六、结论

研究表明，在虚拟现实课程中系统应用UE5，不仅仅是教学工具的更新换代，更重要的是一场用匠心精心布置的教学范式的改革，利用Nanite、Lumen解决虚拟现实“真伪难辨”的问题；利用蓝图语言帮助学生解决“高深莫测”的技术障碍；运用一体化的工业级工作流程贯通教和学的过程。该文中的“目标—平台—项目—评估”的教学方式以及“认知—模仿—创新—迭代”的教学步骤能够真正落实下去并得到有效运转。

UE5赋能下VR虚拟现实教学将一节课程从单一技能向激发创新、锻造协同、对接产业综合化的实践平台转变。让课程成为培育一批瞄准元宇宙时代前沿，脚踏实地学技能练本领，并有视野高瞻远瞩、对新技术新产业实践应用提出自己新想法、真见解，站到新时代前沿的新型数字内容创作者的新途径，未来前景非常广阔。随着技术和教学实践不断发展，UE5-VR虚拟现实教学模式必将在产教融合，协同育人方面发挥巨大作用。

参考文献

[1]胡虚怀，陈永强.基于Unity与UE4的虚拟现实课程教学对比研究[J].实验技术与管理，2022，39（5）：210-214.

[2]王琼，苏彦君.基于项目式学习（PBL）的工科教学设计研究[J].高等工程教育研究，2023（02）：145-150.

[3]王滨，李振华.游戏引擎技术在教育仿真中的应用研究综述[J].计算机仿真，2024，41（1）：1-5.

作者简介：李俊颖（1995.6——），女，广州工商学院美术学院专任教师，硕士学位，专业：艺术设计，研究方向：视觉艺术。

基金项目：广州工商学院2024-2025学年校级质量工程（综合性）立项建设项目通识选修课程项目建设《虚拟现实设计（UE5）》（项目编号为：TSKC2024043）