鄧卉

摘 要：文章作者以實地觀察法了解長沙銅官窯譚家坡龍窯遺跡的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)在其陶瓷燒窯工藝的展示方式上，存在一系列需要改良的問題，并以實驗研究法在動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)和VR技術(shù)展示兩個方面將陶瓷燒窯工藝制作升華到所見即所得的層次，使參觀者進入虛擬的燒窯空間，體驗在不同溫度下泥與火的碰撞。

關鍵詞：VR技術(shù);陶瓷;燒窯工藝

中圖分類號：TB391.9 文獻標識碼：A 收稿日期：2019-06-26 文章編號：1674-120X（2019）32-0123-02

一、VR技術(shù)的特征

邁克爾·海姆從《韋氏詞典》中對Virtual和Reality的解釋出發(fā)，認為虛擬現(xiàn)實是實際上而不是事實上為真實的事件。在他提出的狹義的虛擬現(xiàn)實中，描述了虛擬現(xiàn)實作為一種主體認識的新技術(shù)所表現(xiàn)出三“I”的特征。

①沉浸性（Immersion）：沉浸感是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最基本的特征，指用戶感到作為主角沉浸到虛擬的空間之中，脫離現(xiàn)有的真實環(huán)境，獲得與真實世界相同或相似的感知，并產(chǎn)生身臨其境的感受。②交互性（Interaction）：交互性是通過軟硬件設備進行人機交互，包括用戶對虛擬環(huán)境中對象的可操作程度和從虛擬環(huán)境中得到反饋的自然程度。③構(gòu)想性（Imagination）：構(gòu)想性是指用戶在虛擬世界中根據(jù)所獲得的多種信息和自身在系統(tǒng)中的行為，通過邏輯判斷、推理和聯(lián)想等思維過程，隨著系統(tǒng)的運行狀態(tài)變化對系統(tǒng)運動的未來進展進行聯(lián)想，以獲得更多的知識，認識復雜系統(tǒng)深層次的運動機理和規(guī)律性。[1]

二、展示現(xiàn)狀

長沙窯陶瓷文化作為湖湘?zhèn)鹘y(tǒng)文化不可分割的重要組成部分，被認為是繼岳麓書院之后湖湘文化的第二大寶藏。長沙銅官窯譚家坡龍窯遺跡館已成為展示長沙窯千年陶瓷文化的標志性形象窗口，其中遺址的展示方式主要有三種：棧道式直接參觀挖泥洞和瓷器碎片堆積層、現(xiàn)場展示遺址和文物室內(nèi)陳列展示。陶瓷工藝生產(chǎn)是一個非常復雜且細致的過程，就其重要性來說，可以分為“一燒、二土、三制作”，從某種意義上來說燒窯就是關鍵之關鍵。展覽館傳統(tǒng)展示方法往往受制于空間、時間，要么無法呈現(xiàn)燒窯的工藝流程，要么呈現(xiàn)的效果不佳，使得燒窯工藝強烈的視覺震撼效果難以全方位地傳達給參觀者。這直接限制了長沙窯促進湖湘陶瓷文化傳播與交流的目標的實現(xiàn)。如果在“新長沙窯陶瓷體驗館”項目中使用VR技術(shù)，參觀者不受時間與空間的限制，無須借助任何實體的陶泥，就可以在虛擬的窯爐空間中漫游，感受泥與火的激烈碰撞。

三、動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

本項目的開發(fā)主要使用3ds Max2018的動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)搭建長沙銅官窯窯洞場景;游戲開發(fā)引擎Unity 3D整合多方面的特性展示VR交互。

“窯洞”的動態(tài)環(huán)境建模大致分為3個步驟，分別為清晰化思路并確定建模方法、建立基礎模型、完成模型。

（1）清晰化思路并確定建模方法。在制作模型之前，多方位實地拍攝銅官窯窯址中的古代窯洞模型，繪制出窯洞模型草圖。在創(chuàng)建模型時設置系統(tǒng)單位，以確保比例的準確。運用幾何體建模創(chuàng)建窯洞的石墻、石頭等物體;運用樣條線建模創(chuàng)建麻繩等物體;運用NURBS建模創(chuàng)建瓷瓶等物體。

（2）建立基礎模型。第一，運用幾何體建模創(chuàng)建“石墻” 和“石頭”模型以搭建整體燒窯場景。首先打開3ds Max，創(chuàng)建幾何球體和立方體，繪制一個幾何球體和一個立方體。利用降噪修改器進一步給石頭和石墻制造不規(guī)則的形狀，將給強度的X、Y、Z軸以一定的參數(shù)。利用松弛修改器，使石頭和石墻表面看上去不那么尖銳，顯得更光滑。然后按Shift的同時拖動復制多個石頭，在彈出的克隆選項對話框中輸入數(shù)量。第二，運用樣條線建模創(chuàng)建“麻繩”模型。這里主要應用“放樣”將兩個二維圖形轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型的效果。在前視圖中繪制一條線，命名“masheng”。然后，繼續(xù)在頂視圖和左視圖中調(diào)整頂點的位置，使“masheng”線在三維空間內(nèi)產(chǎn)生不規(guī)則扭曲，在創(chuàng)建面板中執(zhí)行創(chuàng)建幾何體中的放樣，接著單擊獲取圖形按鈕，在視圖中單擊拾取圖形“mashengjiemian”，得到麻繩的形狀。最后，使用插入角點和移動控制點工具調(diào)節(jié)曲線，使麻繩的整體效果更加自然。第三，運用NURBS建模創(chuàng)建瓷瓶、水缸等模型。首先，在創(chuàng)建面板中單擊圓形按鈕，設置圖形類型為樣條線，在頂視圖中繪制5個半徑不一樣的圓。在NURBS工具箱中拾取曲線完畢后單擊右鍵完成操作。在NURBS工具箱中單擊創(chuàng)建封口曲面按鈕，然后在視圖中單擊底部的截面，最終完成瓷瓶、水缸等模型。

（3）完成模型。本項目中的模型制作，全部是用3ds Max2018建立的模型，對于程序控制管理來說，一個歸類清晰、面數(shù)節(jié)省、制作規(guī)范的模型文件是非常重要的。第一，模型UVW調(diào)整。首先將3ds Max2018創(chuàng)建的石墻場景模型進行UVW展開，將貼圖通道置為2，通道切換時選擇移動，否則紋理映射會改變。第二，烘焙。在渲染菜單下選擇渲染到紋理。設置中，選擇貼圖坐標為通道2;輸出添加LightingMap。選擇將文件名和類型保存到一個文件夾，將烘焙后的紋理拖到Unity 3D中。第三，烘焙后處理。因為max導出不支持2種材質(zhì)，所以需要選擇其一，否則石墻的兩種材質(zhì)都丟失。所以，我們發(fā)現(xiàn)烘焙之后石墻等場景模型沒有紋理了。第四，導出時直接選擇對應unity的文件地址，將3ds Max2018建立的場景模型全部自動導入Unity 3D中。

四、VR技術(shù)展示

本項目的VR開發(fā)引擎主要使用的是游戲開發(fā)引擎Unity 3D。

（1）快速實現(xiàn)Low Poly地形。第一，World Machine流程。在World Machine中，生成所需要的地形高度圖，地形梯度變化盡量明顯一些。第二，Blender流程。在Blender文件—用戶設置—插件 界面，啟用Imports Images as Planes插件。Blender—導入—Imports Images as Planes，將高度圖作為圖片導入，并在物體標簽將旋轉(zhuǎn)軸X置為0。選中物體，Tab鍵切換到編輯模式，按W鍵選擇細分，將切割次數(shù)設為100。在修改器標簽下，繼續(xù)添加精簡修改器，選擇反細分頁簽，調(diào)整迭代次數(shù)并應用。將模型導出為FBX格式，導入引擎中，完成。

（2）光影烘焙。第一，把在3ds Max里做好的窯洞場景文件（FBX格式）直接拖入unity， 選中所有材質(zhì)球，將材質(zhì)球類型更改為Mobile—Diffuse。然后，為窯洞場景布光，布置一組平行光。燈光布置完后，將燈光效果烘焙到貼圖上。第二，光影烘焙時，首先對窯洞場景的渲染進行設置。在Amblent Lignt設置環(huán)境光、霧氣的范圍以及光暈的強度與范圍。第三，設置完成開始烘焙。為節(jié)省資源，選擇生成貼圖的張數(shù)為single。貼圖品質(zhì)選擇high。再選擇燈光的反彈次數(shù)，反彈強度和最終收集光線。燈光貼圖的分辨率選擇高清晰。將窯洞場景的靜態(tài)模式改為Batching Static。最后，點擊Bake Scene。

（3）粒子特效。對于移動平臺來講，一般不建議大量使用粒子特效。因為對CPU和GPU來說，粒子系統(tǒng)是一個性能消耗的大戶。但是現(xiàn)在粒子特效在游戲中的需求越來越高，因此做了一些Unity粒子優(yōu)化方面的嘗試。拿來做優(yōu)化實例的粒子特效，包含5個粒子發(fā)射器。其中一個Billboard粒子和一個mesh粒子共用了一個材質(zhì)。對于這個粒子特效來說，5個DrawCall，一個都沒有Batching掉。然后我們將這個粒子復制10個，發(fā)現(xiàn)成功Batching的只有billboard粒子，Mesh粒子沒有動態(tài)Batching。

五、其余的技術(shù)嘗試

首先是合圖，這也是Unity的文檔中動態(tài)合批時給出的建議，在多個不同的粒子中使用一個材質(zhì)球。但是根據(jù)筆者的嘗試，在Mesh粒子中并不適用。Mesh粒子雖然有UV，可以進行合圖。但是如上述所說，并不會動態(tài)合批，最終的結(jié)果只是減少了一個材質(zhì)球而已。Billboard粒子通過Texture Sheet Animation中的設置可以實現(xiàn)有限制的UV分割，不過用于UV分割是均分，合并后的紋理不能公用空白區(qū)域，會有些浪費空間。嘗試使用Shader+腳本的方式來代替粒子效果。對于一些簡單的粒子效果，理論上完全可以使用Shader加腳本的方式來簡單模擬。因此，筆者嘗試寫了個Shader，通過頂點著色器來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、放縮、Billboard效果。用Shader的方式代替之前特效中的幾個粒子發(fā)射器，然后復制多份，打包到安卓平臺監(jiān)視性能。根據(jù)新的嘗試，使用Shader通過頂點著色器實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、縮放、Bllboard，在片段中實現(xiàn)閃爍和序列幀播放效果，從功能上來說，這樣沒有問題。

六、結(jié)語

VR技術(shù)融入傳統(tǒng)行業(yè)，必然會給各個行業(yè)帶來新的沖擊。傳統(tǒng)的陶瓷燒窯工藝的展現(xiàn)形式雖有其特點，但一定不要故步自封，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)要用于融入信息化時代浪潮，以尋求突破。本課題通過對銅官窯窯址中的古代窯洞模型的虛擬，實現(xiàn)了使VR技術(shù)融入燒窯工藝的虛擬體驗。在項目成果中，捕捉全方位視角，觀看者可以擁有視角調(diào)整和選擇信息的主動權(quán)，給人身臨其境之感。

參考文獻：

[1]韋艷嬌.沉浸式虛擬現(xiàn)實課堂設計方案研究[D].上海：上海師范大學，2017.

[2]李明珠.2016VR元年：虛擬現(xiàn)實在藝術(shù)教育中的應用展望[J].藝術(shù)教育，2016（10）：36-39.