朱正宇 袁蔚 上海工藝美術職業(yè)學院

傳統(tǒng)工藝美術中VR虛擬現實技術研究及應用

朱正宇 袁蔚 上海工藝美術職業(yè)學院

近年來，虛擬現實技術興起，越來越多的行業(yè)使用VR技術作為賣點，它可以讓用戶進入到虛擬的3D世界中，感受到身臨其境的沉浸式體驗。在這個發(fā)展的勢頭上虛擬現實交互技術賦予了圖像呈現模式以嶄新的面貌。隨著該技術的成熟，它開始被廣泛運用于游戲及產品模擬等領域，并逐步受到市場的認可，但是如何將虛擬現實及傳統(tǒng)工藝美術相結合，就需要在虛擬現實技術及用戶體驗等方面進行研究。

虛擬現實 VR 工藝美術 手勢識別

本文主要探討的內容是基于VR虛擬現實交互技術在傳統(tǒng)工藝美術上的應用研究，并且將以案例的形式以陶藝制作的形式虛擬現實程序的開發(fā)驗證，它是一款全新概念的交互技術應用程序，能夠提供用戶集陶藝模型制作及教學于一體的系統(tǒng)，不僅注重圖像展示效果也同時兼顧用戶體驗。

研究初期首先需要了解傳統(tǒng)陶藝，傳統(tǒng)的陶藝制作都需要經歷：肉泥、做坯、印坯、蕩里釉等復雜的制作工序，制作之前需要對材料和器材進行準備，制作過程講究技術和手法。如在制作過程中如出現錯誤，將會造成材料的浪費。而使用了VR虛擬交互技術，可以使得這種傳統(tǒng)的制作變得簡單，既能夠節(jié)約材料成本同時又能夠體現到完全不同的制作環(huán)境。但如果要達到完全擬真的交互效果，除了VR設備，還需要輔助設備的支持，通過輔助設備將手部掃描到虛擬世界，從而更好地進行虛擬陶藝制作。

圖1 VR頭部設備附加手部感應器

目前VR手部的感應出現了很多種實現的方式，有些VR設備采用類似游戲手柄的方式來識別手部，有些則采用特定的感應方式，例如紅外探測。Leapmotion設備是一款利用紅外探測識別手部的設備，可以將它粘附于VR頭盔上使用（如圖1所示）。

使用此解決方案可以同時偵測人的左右手，只要將手置于設備的前方，電腦程序的虛擬空間中便會出現虛擬的手，它按照現實中的手的動作進行運動，可以在虛擬手上添加代碼與碰撞控制，從而進行功能上的二次開發(fā)。

VR設備方案組合完成后，便能夠進入軟件設計的環(huán)節(jié)了。項目制作選用時下流行的交互引擎Unity3D，它能夠支持世面上所有主流VR設備的軟件開發(fā)。

由于需要在虛擬的世界中進行陶藝制作，為了達到擬真的效果，所以項目中特別進行了虛擬場景的3D建模，場景設計成中國特定風格的院子。

虛擬場景使用3D圖形設計軟件進行建模，建模時考慮到整個模型需要用在實時運行中，所以對模型的多邊形數量進行了嚴格的限制。模型完成后收集貼圖素材進行貼圖制作，貼圖取材盡量使用真實照片素材，并配合中國古建筑的風格采用石墻、木門等素材。

圖2 貼圖之后的模型渲染效果

由于需要制作交互，所以模型貼圖完成后，導入交互引擎調節(jié)材質及燈光。使場景盡可能保持良好的視覺效果，從而給用戶帶來更好的虛擬現實體驗，經過光影調節(jié)之后的場景效果（如圖2所示）。

同時準備好陶泥的材料模型，交互的主要對象是虛擬工作臺上面的陶泥材料，需要將場景視角定位在工作臺前，方便用戶制作。

整個場景及美術資源配置完成后，進入交互程序的制作過程。

除了虛擬現實的功能以外，最最重要的功能部分是手部識別及交互。Leapmotion作為一個手部探測設備，提供了一套完整的開發(fā)工具及開發(fā)手冊，用戶只要接入設備后通過SDK中的Api代碼調用，便能夠實現手部控制。

圖3 手部測試效果

當實現了手部的控制后便可以在手部識別的基礎之上進行二次開發(fā)了，首先需要讓陶泥材料旋轉起來，以模擬真實陶藝制作的效果。

陶泥旋轉代碼如下：

public float rotateSpeed；//定義物體旋轉速度

圖4 陶泥配置

陶泥除了需要制作出模型外，還需要制作交互，所以相對簡單的方法是將陶泥模型縱向綁定若干骨骼，將模型蒙皮到該骨骼，并給每根骨骼配置碰撞體，如果手的模型碰到了某個骨骼，讓該骨骼實現縮放，從而達到捏陶的效果。

在具體制作思路上，給陶泥從上到下的多個范圍指定了多個碰撞范圍。

該程序將信號傳給主程序，并進行每個部位的大小控制。

目前，虛擬現實技術在工程模擬及漫游等領域已經涌現出大量高質量的作品。尤其是歐美國家，在這方面的發(fā)展更是走在了領先地位。我國虛擬現實行業(yè)發(fā)展迅速，逐漸涌現出了一些有發(fā)展?jié)摿Φ淖髌?，希望利用虛擬現實技術和工藝美術相結合項目能夠普及，并為我國虛擬現實行業(yè)作出一份貢獻！

[1]Unity Technologies.《虛擬仿真及游戲開發(fā)實用教程》.上海交通大學出版社,2015

[2]Unity Technologies.《Unity 5.x 從入門到精通》.中國鐵道出版社,2015

朱正宇，1982—，上海人，adobe中國認證教師，文學學士，研究方向：交互多媒體及平面設計方向。袁蔚，1982-，男，上海人，講師，工程碩士，研究方向：交互多媒體及游戲開發(fā)。