楊柳

一、虛擬現(xiàn)實(shí)空間3R技術(shù)發(fā)展

目前，行業(yè)內(nèi)常常提及的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的3R技術(shù)是指VR,AR,MR。其中VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)真實(shí)世界的模仿與虛擬最常見的有兩種方式。一種是圖像，借助高倍率360度的照相技術(shù)將空間整個(gè)的拍照復(fù)制下來(lái)進(jìn)行成像技術(shù)，也就是目前應(yīng)用最多的720云全景展示平臺(tái)所呈現(xiàn)的那樣，相當(dāng)于高倍的全景拍照效果，這種仿真技術(shù)縮小了人與虛擬世界的距離，相機(jī)越高倍，像素越加清晰，當(dāng)人在虛擬現(xiàn)實(shí)空間觀看時(shí)就會(huì)越加顯得逼真。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地圖和繪畫類博物館展廳等等方面。（圖1）

另一種是虛擬模型，使用三維軟件制作等比例大小的三維模型。隨著目前3D掃描技術(shù)的進(jìn)步，建模技術(shù)不僅變得便捷而且更加的精準(zhǔn)。但這種技術(shù)目前也帶有一定的缺陷，模型的質(zhì)量與好壞直接影響參觀者的沉浸感。就目前三維模型的技術(shù)而言，與達(dá)到逼真的真實(shí)世界的效果尚有距離，主要的問(wèn)題存在于物體質(zhì)感，環(huán)境燈光等技術(shù)方面有待突破。（圖2）

圖 1 全景照片式

圖 2 虛擬模型式，引自u(píng)nity3d官方網(wǎng)站https://unity.cn/2021-1-release

AR及MR技術(shù)都在尋找虛擬與現(xiàn)實(shí)兩個(gè)世界直接的聯(lián)系與溝通。在這個(gè)過(guò)程中，技術(shù)的發(fā)展和突破將會(huì)直接影響到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的方向。VR技術(shù)在虛擬的環(huán)境中與參觀者盡可能多的產(chǎn)生互動(dòng)。因此，虛擬技術(shù)歸根到底是在探索意識(shí)想象空間與現(xiàn)實(shí)空間的交互與融合。

二、當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)空間發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題

虛擬現(xiàn)實(shí)世界中沉浸感是整個(gè)體驗(yàn)的關(guān)鍵所在，參與者能否進(jìn)入特定的虛擬環(huán)境，跟隨設(shè)定路線一直沉浸其中是整個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵所在。一旦意識(shí)和思維跳出，就會(huì)增加參與者的置身事外之感，而對(duì)整個(gè)環(huán)節(jié)毫無(wú)興趣。

（一）眩暈感

當(dāng)參與者帶上頭盔式的眼鏡時(shí)，有的人會(huì)隨著虛擬環(huán)境運(yùn)動(dòng)過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生眩暈感。比如在觀察天體的虛擬現(xiàn)實(shí)作品中，由于眼睛看到或大腦感覺到快速的下降過(guò)程，這時(shí)人體會(huì)發(fā)出下降的信號(hào)給身體，但是身體處在真實(shí)的世界空間中，卻無(wú)法對(duì)大腦做出的指令進(jìn)行相應(yīng)的回應(yīng)，會(huì)帶給參觀者以極大的不適感。

（二）視域

目前MR的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以達(dá)到360度的全景效果，但實(shí)際上人眼的視域是有范圍的。雖然虛擬環(huán)境的技術(shù)可以達(dá)到360度，但人的眼睛通常只能對(duì)45度角度內(nèi)的物體可以輕松地直接觀察到，超過(guò)120度以外的物體視角都不能夠觀察到位，這樣就會(huì)產(chǎn)生一系列的問(wèn)題，需要參與者聽到提示，轉(zhuǎn)動(dòng)身體至較大幅度才能夠觀察到120度以上的視域內(nèi)容，這種體驗(yàn)并不符合虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性，破壞了參觀者的體驗(yàn)流暢度。所以，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一直都在探索眼鏡或頭盔的研發(fā)，以適合人類的眼睛。

（三）情節(jié)化

VR技術(shù)實(shí)際上是在由虛擬的意識(shí)空間創(chuàng)造并模擬真實(shí)世界的環(huán)境狀態(tài)，借助情節(jié)化的技術(shù)手段和設(shè)定，與參觀者產(chǎn)生交互與互動(dòng)的過(guò)程。模擬真實(shí)環(huán)境，使人在此虛擬的仿真環(huán)境下產(chǎn)生聯(lián)想與想象，進(jìn)而產(chǎn)生沉浸感。當(dāng)參觀者沉浸其中后，預(yù)先的情節(jié)設(shè)定就可以引導(dǎo)參觀者向前進(jìn)行探索。在此過(guò)程中，情節(jié)引導(dǎo)的重要性就充分體現(xiàn)出來(lái)。情節(jié)規(guī)劃得好壞，直接影響到參觀者的興趣和積極探索的心理。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)際上都在圍繞著實(shí)與虛兩種空間的交互進(jìn)行研究和發(fā)展，這兩種空間的協(xié)作發(fā)展也將成為今后的發(fā)展方向。隨著3R技術(shù)的發(fā)展與普及，大眾將逐漸接受虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的局限和由它所帶來(lái)的體驗(yàn)，這種技術(shù)將越來(lái)越多地影響到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗?/p>

三、虛擬現(xiàn)實(shí)空間設(shè)計(jì)原則

在對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)作中，意識(shí)成為主旋律，這種以意識(shí)為主的創(chuàng)作可以使人拋棄現(xiàn)實(shí)中的種種束縛，激發(fā)創(chuàng)造性的創(chuàng)意，但應(yīng)該注意的是，在虛擬的世界所進(jìn)行的無(wú)限創(chuàng)作，其終將應(yīng)該服務(wù)于真實(shí)世界的發(fā)展，而不是取代真實(shí)世界的創(chuàng)造和發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該是促進(jìn)與協(xié)助真實(shí)世界的發(fā)展，因此，虛擬現(xiàn)實(shí)世界的創(chuàng)造應(yīng)該積極正面，對(duì)參與者產(chǎn)生并激發(fā)興趣，最終回到真實(shí)世界加以應(yīng)用，對(duì)真實(shí)世界的參與者起到引導(dǎo)與返回現(xiàn)實(shí)的促進(jìn)作用，而非沉迷于虛擬世界，不能自拔。由于這些虛擬現(xiàn)實(shí)的特性，也就注定在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，用戶的認(rèn)知，情感和意識(shí)將發(fā)生巨大的變化。因此，在虛擬現(xiàn)實(shí)的世界之中，設(shè)計(jì)師在創(chuàng)造的時(shí)候應(yīng)該秉持三大原則：首先應(yīng)該創(chuàng)造性地建造虛擬世界；其次在虛擬的世界建造中注重對(duì)參觀者心靈的塑造；再次在交互中提倡并尊重參與者自我的創(chuàng)造體驗(yàn)。只有在尊重這些原則之下，才能創(chuàng)作出授人以心，幫人于現(xiàn)實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)作品。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)空間設(shè)計(jì)策略

藝術(shù)設(shè)計(jì)的根本在于解決所遇到的問(wèn)題，并且通過(guò)自身的藝術(shù)手法，減少甚至改變劣勢(shì)為優(yōu)勢(shì)。虛擬現(xiàn)實(shí)空間設(shè)計(jì)應(yīng)該從以下方面入手和研究：

圍繞人的五官感受形成并虛擬模仿，是虛擬現(xiàn)實(shí)空間設(shè)計(jì)的出發(fā)原點(diǎn)。針對(duì)五感的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在視覺方面主要包括虛擬空間中的設(shè)計(jì)色彩，UI界面設(shè)計(jì)等等；聽覺方面主要包括背景音樂等效果，通過(guò)聽覺上的特效配合并增加真實(shí)感；在觸覺味覺和嗅覺方面，可以參考繪畫作品中的方式，通常繪畫作品中是主要通過(guò)視覺的觀察建立對(duì)畫面中材質(zhì)的體驗(yàn)，比如文藝復(fù)興時(shí)期的作品，衣服上的絲綢感覺和玻璃，都是借助繪畫上的視覺聯(lián)想，使觀看者聯(lián)想到物體的材質(zhì)感覺。而目前的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要也是通過(guò)視覺上的聯(lián)想來(lái)激發(fā)并體驗(yàn)到觸覺的感知。在一些大型的虛擬現(xiàn)實(shí)空間體驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)，通常會(huì)借助機(jī)械噴出風(fēng)和水，以配合虛擬現(xiàn)實(shí)空間里面場(chǎng)景設(shè)計(jì)的刮風(fēng)和下雨。但現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)并不十分真實(shí)，因?yàn)橐曈X沉浸在虛擬空間中，而這種風(fēng)和水則將身體的知覺同時(shí)喚醒。這時(shí)，大腦就會(huì)瞬間回到現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)之中，產(chǎn)生意識(shí)和現(xiàn)實(shí)的瞬時(shí)錯(cuò)亂?？梢园l(fā)現(xiàn)，人在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中總是在以視覺體驗(yàn)為主導(dǎo)下來(lái)進(jìn)行的，而觸覺，味覺，聽覺和嗅覺則可以隨著視覺產(chǎn)生相應(yīng)的聯(lián)想。而觸覺，味覺，聽覺和嗅覺在虛擬現(xiàn)實(shí)空間的開發(fā)則更多依賴于設(shè)備的發(fā)展與進(jìn)步。

因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以視覺為主進(jìn)行虛擬空間的設(shè)計(jì)開發(fā)，主要包含以下幾個(gè)主要方面：

第一是模型的質(zhì)感。虛擬現(xiàn)實(shí)空間的營(yíng)造，不管是VR,AR還是MR技術(shù)，模型的建造都是該虛擬現(xiàn)實(shí)空間建立的基礎(chǔ)。因此，模型的精細(xì)程度和復(fù)原程度將極大影響人的視覺真實(shí)感，尤其是對(duì)模型材質(zhì)的營(yíng)造更是重點(diǎn)。目前，UNITY3D，3DMAX,MAYA等材質(zhì)圖片的精度普遍較低，還完全達(dá)不到完全復(fù)原的效果。在設(shè)計(jì)和制作時(shí)，應(yīng)該使用高精度的圖片，甚至使用高精度的拍照還原環(huán)境中原有的材質(zhì)效果，然后在三維軟件中，重新制作UV進(jìn)行貼圖，以求高精度的仿真原環(huán)境。在UNITY3D中共有十種材質(zhì)貼圖，如果僅使用標(biāo)準(zhǔn)著色器，如圖3中材質(zhì)較為生硬呆板，通過(guò)調(diào)整albedo反照率貼圖、metallic金屬度貼圖以及normal map法線貼圖后，就可使物體材質(zhì)的細(xì)節(jié)更加逼真接近真實(shí)，如圖4，Occlusion貼圖則可以更好地改善陰影，更好地表現(xiàn)出模型的細(xì)節(jié)。

第二是虛擬環(huán)境中光線的營(yíng)造。在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中，光線的真實(shí)感會(huì)直接影響到人們對(duì)環(huán)境的體驗(yàn)感。目前，現(xiàn)有的制作軟件都并不能將現(xiàn)實(shí)世界中真實(shí)的光源大小，冷暖和照度確定下來(lái)，大部分都是在場(chǎng)景中直接添加光源把環(huán)境照亮即可，這種不精確的“大概”方式并不能很好地滿足眼睛對(duì)真實(shí)光線的感知需要。另外，在AR和MR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，虛擬場(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)空間之間會(huì)有重疊和交叉，因此，在模型搭建初期就應(yīng)該根據(jù)實(shí)際光源進(jìn)行模擬和檢測(cè)，以適應(yīng)虛擬空間中多種場(chǎng)合的光線變化。

第三是環(huán)境的視角范圍。人的眼睛存在最佳視覺范圍，超過(guò)該范圍就會(huì)給人眼帶來(lái)不舒適的感覺，甚至造成變形的抽離感。因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到視野的極限角度。雖然虛擬空間搭建時(shí)是720度全景的效果，但當(dāng)眼睛進(jìn)行觀察時(shí)，超過(guò)或大于120度范圍的圖像就會(huì)給人帶來(lái)視覺模糊。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮并設(shè)定最大視角范圍，以免出現(xiàn)過(guò)于變形的圖像。圖5展示的是使用者進(jìn)入狹小的空間中所看到的畫面，使用者感到視角范圍狹窄，晃動(dòng)中產(chǎn)生頭暈不適的情況。

第四是物體運(yùn)動(dòng)速度的設(shè)計(jì)。人在陌生環(huán)境中，通常行進(jìn)速度會(huì)放慢，因?yàn)樵谛颅h(huán)境中眼睛和注意力都會(huì)不自覺地觀察周邊。而當(dāng)人逐漸熟悉該環(huán)境后，步行的速度則會(huì)加快。目前國(guó)內(nèi)的虛擬現(xiàn)實(shí)空間中，通常不會(huì)考慮人的行進(jìn)速度，也沒有模擬人的步行速度，在體驗(yàn)時(shí)通常會(huì)有飛一般的就進(jìn)入一個(gè)空間的感覺，這種體驗(yàn)常常會(huì)破壞人在虛擬空間的沉浸感。因此，在虛擬空間設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮人的行進(jìn)速度，比如轉(zhuǎn)彎、進(jìn)入等步行速度，避免產(chǎn)生過(guò)大的跳躍感。如圖6展示的是目前VR虛擬現(xiàn)實(shí)中移動(dòng)的方式，使用搖柄點(diǎn)擊想要前往的方向，圖中藍(lán)色圈距目前所站的位置約6米，當(dāng)點(diǎn)選按鈕后，瞬間即可移動(dòng)到藍(lán)色圈的位置。移動(dòng)中過(guò)快的速度與日常行為不符，引起使用者的不適感。尤其當(dāng)使用者從外界進(jìn)入內(nèi)部空間時(shí)，出于對(duì)內(nèi)部空間的好奇，會(huì)使使用者旋轉(zhuǎn)身體，觀察周邊環(huán)境。但畫面會(huì)隨身體旋轉(zhuǎn)而嚴(yán)重傾斜，這種傾斜度與現(xiàn)實(shí)感造成的極大落差，使人感到眩暈。

圖 3 修改材質(zhì)前

圖 4 修改材質(zhì)后

圖 5 引起視覺不適的視角感受

圖 6 虛擬現(xiàn)實(shí)中的移動(dòng)方式

圖 7 畫面不穩(wěn)引起眩暈感

第五是情節(jié)的設(shè)定。在虛擬現(xiàn)實(shí)的世界中，整體的情節(jié)設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)出易理解，易感知，易使用的特點(diǎn)。情節(jié)的設(shè)定勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)果，第一種是參觀者追隨設(shè)定的情節(jié)發(fā)展，參與整個(gè)體驗(yàn)環(huán)節(jié)。另一種則是不能夠融入情節(jié)的發(fā)展之中，時(shí)刻在情節(jié)的聯(lián)想之外發(fā)展。針對(duì)這種情況，對(duì)情節(jié)的設(shè)定不僅僅是對(duì)真實(shí)世界的仿真環(huán)境的建造和模擬，而且應(yīng)該在情節(jié)的設(shè)定中加入偶然性；不僅僅停留在對(duì)真實(shí)世界的復(fù)制，也不應(yīng)該僅僅是設(shè)定一些預(yù)定的情節(jié)環(huán)境。當(dāng)情節(jié)中增加未知的偶然，就會(huì)增加參與者的興趣與好奇心，也為參與者的多種互動(dòng)方式提供可能性。因此，情節(jié)的主線可能不止以往博物館或電影中的一條主線，而有多條主線，但這些主線的發(fā)展和互動(dòng)環(huán)節(jié)的展開不能偏離設(shè)計(jì)的主題和設(shè)計(jì)的功能。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的當(dāng)下反思

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其在現(xiàn)實(shí)和虛擬之間所產(chǎn)生的聯(lián)系與互動(dòng)，將給人們的意識(shí)層面帶來(lái)巨大的變化。首當(dāng)其沖的是對(duì)審美意識(shí)的改變與沖擊，當(dāng)藝術(shù)設(shè)計(jì)可以完全拋開現(xiàn)實(shí)世界中技術(shù)的局限，以網(wǎng)絡(luò)代碼為支撐時(shí)，藝術(shù)創(chuàng)作和虛擬的環(huán)境可以拋開當(dāng)下的技術(shù)建造，以意識(shí)創(chuàng)造為主，出現(xiàn)新的虛擬世界與景觀環(huán)境。這就像在游戲世界中場(chǎng)景，很多在現(xiàn)實(shí)世界中都是不可實(shí)現(xiàn)或者存在的，這些游戲場(chǎng)景的創(chuàng)造都是依靠游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)師的意識(shí)想象，所構(gòu)建出別樣獨(dú)特的游戲場(chǎng)景，而這種前所未有的場(chǎng)景和虛擬世界的建構(gòu)勢(shì)必會(huì)反過(guò)來(lái)影響我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中的審美觀念。

虛擬現(xiàn)實(shí)空間設(shè)計(jì)雖然是在虛擬的世界里進(jìn)行設(shè)計(jì)，但它終將為真實(shí)世界所服務(wù)。任何數(shù)字化和信息化的技術(shù)都應(yīng)該成為人類發(fā)展和進(jìn)步的工具和手段。因此，不斷提升我們的設(shè)計(jì)認(rèn)知和獨(dú)立思考的能力，才能“外師造化，中得心源”。尊重參與者，秉持以人為本的設(shè)計(jì)原則，在設(shè)計(jì)之前應(yīng)針對(duì)適用人群重點(diǎn)分析，揚(yáng)長(zhǎng)避短地進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)用戶的身份，喜好等等特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查走訪。實(shí)地調(diào)研需要模擬的環(huán)境或需創(chuàng)造的環(huán)境，如果是仿真環(huán)境，就需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行一比一的等比例測(cè)繪，以方便后期模型的制作。如果是藝術(shù)創(chuàng)造的環(huán)境，則需要設(shè)計(jì)師外師造化，畢竟設(shè)計(jì)創(chuàng)造來(lái)自生活。