許 超 Xu Chao
(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院生態(tài)宜居學(xué)院,湖南衡陽(yáng) 421005)
建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)對(duì)空間技術(shù)要求較高的設(shè)計(jì)門(mén)類(lèi),隨著設(shè)計(jì)理念的不斷更新與創(chuàng)新要求的不斷增強(qiáng),建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)也有了更高的要求。但在目前的實(shí)際操作中,存在著可視化與互動(dòng)性較差等問(wèn)題,如空間設(shè)計(jì)效果、工藝內(nèi)部結(jié)構(gòu)等專(zhuān)業(yè)核心問(wèn)題與大多通過(guò)效果圖圖片、模型、視頻等常規(guī)模式展示在空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力不足與可視化較差等問(wèn)題,從而影響設(shè)計(jì)人員專(zhuān)業(yè)能力與設(shè)計(jì)水平的提升。實(shí)景化與實(shí)操性較差也會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際操作脫節(jié),因此嚴(yán)重束縛設(shè)計(jì)人員的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。運(yùn)用MR技術(shù)進(jìn)行建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)并進(jìn)行展示模式更新,是當(dāng)下建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)的大勢(shì)所趨。
混合現(xiàn)實(shí)(MR)技術(shù)包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí),混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)F(xiàn)實(shí)和虛擬世界進(jìn)行合并,從而產(chǎn)生新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里,物理和數(shù)字對(duì)象能夠形成共存,并以此形成現(xiàn)實(shí)交互以及達(dá)到實(shí)時(shí)交互效果。在VR以及AR技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)運(yùn)而生,可以將此項(xiàng)技術(shù)看做這兩項(xiàng)技術(shù)的融合與增強(qiáng)。歐美國(guó)家率先將此項(xiàng)技術(shù)投入教育領(lǐng)域之中,并建立了綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。此項(xiàng)技術(shù)能夠建造一個(gè)虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的混合虛擬環(huán)境,讓師生都在這個(gè)完全擬真的環(huán)境中進(jìn)行教育教學(xué)活動(dòng)與實(shí)際訓(xùn)練,并進(jìn)行技能的提升以及教育教學(xué)核心素養(yǎng)的鍛煉。能夠彌補(bǔ)在傳統(tǒng)的教育教學(xué)中所欠缺的環(huán)節(jié),促進(jìn)教育教學(xué)水平的大幅度發(fā)展。我國(guó)在《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》中對(duì)目前的高精尖技術(shù)做出了發(fā)展要求與相關(guān)指示,對(duì)于智能系統(tǒng)、新一代科技信息發(fā)展以及虛擬現(xiàn)實(shí)與互動(dòng)影視等新興產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的創(chuàng)新增長(zhǎng)提出了相關(guān)要求與規(guī)范。以混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的人機(jī)互動(dòng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、高效通信以及基于混合現(xiàn)實(shí)的虛擬環(huán)境試驗(yàn)等,為此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展增添了新的技術(shù)支持與動(dòng)力支持[1]。
當(dāng)運(yùn)用于教育教學(xué)實(shí)踐中時(shí)VR、AR技術(shù)能夠打破傳統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)方式與方法的束縛,力求構(gòu)建信息化設(shè)計(jì)環(huán)境,為多樣化設(shè)計(jì)手段提供了條件。而AR技術(shù)是在VR技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,AR技術(shù)相較于VR技術(shù)能為設(shè)計(jì)工作提供更為直觀、交互和探索式的操作環(huán)境,并在具體的設(shè)計(jì)活動(dòng)中創(chuàng)造虛實(shí)結(jié)合的情景,對(duì)強(qiáng)化課堂教學(xué)有較好的輔助作用。歐美國(guó)家早在上世紀(jì)就已經(jīng)將AR技術(shù)同教育教學(xué)以及相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合,針對(duì)用戶(hù)的體驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化與改進(jìn),以便得到更好地體驗(yàn)效果與操作方式。AR技術(shù)在發(fā)展中也產(chǎn)生了多樣化演變與相關(guān)進(jìn)步,在具體的使用中,AR技術(shù)能夠深入設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各個(gè)方面,通過(guò)其現(xiàn)實(shí)展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)為設(shè)計(jì)人員提供高效的可視化理解與技術(shù)支持。還能夠幫助設(shè)計(jì)人員直觀地提出設(shè)計(jì)要求與相關(guān)理念,拉近設(shè)計(jì)人員與其職業(yè)或作品間的融合感,更容易形成相關(guān)的互動(dòng)與理解[2]。
混合現(xiàn)實(shí)是在虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展與進(jìn)步才出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù),相對(duì)于其他兩項(xiàng)技術(shù)來(lái)看,混合現(xiàn)實(shí)(MR)通過(guò)穿戴智能硬件可將現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境完美的相互融合,其超強(qiáng)的真實(shí)感和互動(dòng)性為設(shè)計(jì)與演練提供無(wú)限種可能。該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn),就得到了設(shè)計(jì)領(lǐng)域的極大關(guān)注。同時(shí),在教學(xué)應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)設(shè)、實(shí)訓(xùn)技能培訓(xùn)等方面取得了較好的應(yīng)用效果。歐美國(guó)家已經(jīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一個(gè)模擬超聲(US)檢查的“基于MR的混合交互系統(tǒng)”,該系統(tǒng)能夠?qū)⑽锢沓曮w模和軟件應(yīng)用程序與3D虛擬場(chǎng)景相結(jié)合,來(lái)訓(xùn)練醫(yī)學(xué)生的空間感知能力和手眼協(xié)調(diào)能力。通過(guò)CT掃描、渲染體模獲取其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何信息;虛擬探針中嵌入的追蹤器,能實(shí)時(shí)跟蹤并顯示所有渲染對(duì)象的位置(方向)。醫(yī)學(xué)生可以在3D虛擬場(chǎng)景中通過(guò)人機(jī)交互從不同角度觀察器官的切面或整體,以此訓(xùn)練精確定位探針位置(方向)和規(guī)劃其軌跡,顯著提高診斷疾病的準(zhǔn)確性。美國(guó)紐約大學(xué)學(xué)者已經(jīng)開(kāi)發(fā)了可以集成AR技術(shù)、對(duì)視覺(jué)的控制和觸摸屏交互功能,為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了隨時(shí)隨地深度參與的學(xué)習(xí)場(chǎng)所。通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的攝像功能,捕獲實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)畫(huà)面,并投射出與實(shí)驗(yàn)臺(tái)相連的3D虛擬場(chǎng)景,設(shè)計(jì)者可以拖拽和點(diǎn)擊觸摸屏直接操縱虛擬實(shí)驗(yàn)。在MR環(huán)境中,實(shí)驗(yàn)輕松有趣,既不會(huì)因操作失誤造成人身事故,又能減少對(duì)軟硬件設(shè)備的要求。而在建筑、室內(nèi)領(lǐng)域,借助全息MR設(shè)備,從業(yè)者可以看到3D設(shè)計(jì)模型在真實(shí)環(huán)境中的全貌。該環(huán)境能為受訓(xùn)者提供直觀真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn),對(duì)提高特定職業(yè)技能、促進(jìn)理解建筑設(shè)計(jì)具有重要作用[3]。
圖1 VR、AR、MR技術(shù)示意圖
圖2 MR技術(shù)構(gòu)造的虛擬建筑世界
國(guó)內(nèi)對(duì)于AR技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代,相對(duì)于國(guó)外起步較晚,但發(fā)展迅速。近年來(lái),我國(guó)的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,從VR到AR再到MR的技術(shù)進(jìn)步,在商業(yè)、文旅、展覽展示、建筑等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。增強(qiáng)顯示技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用在了教育、商業(yè)、電子科技等各個(gè)領(lǐng)域,中建一局使用MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)建成世界首座匈奴歷史博物館——昭君博物館,實(shí)現(xiàn)MR技術(shù)在中國(guó)工程領(lǐng)域的首次應(yīng)用。在教育教學(xué)領(lǐng)域,近年來(lái)較多的學(xué)者和一線教師積極投身VR、AR、MR的理論研究與教學(xué)實(shí)踐。因VR與AR技術(shù)的發(fā)展歷程較久且各項(xiàng)技術(shù)較為完備,所以在各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了較多成果,混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù),對(duì)于提升設(shè)計(jì)水平、優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程以及改善設(shè)計(jì)環(huán)境等方面具有重要意義,但還需進(jìn)行進(jìn)一步完善與發(fā)展,增強(qiáng)此項(xiàng)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義[4]。
基于此項(xiàng)技術(shù)的建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)方式與模式相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式存在諸多優(yōu)點(diǎn),但在現(xiàn)存的發(fā)展過(guò)程中仍面臨著一些問(wèn)題,需要進(jìn)行科學(xué)合理的建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)結(jié)合MR技術(shù)的模式建立與完善。
當(dāng)前的建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)具體操作與設(shè)計(jì)流程中,設(shè)計(jì)門(mén)類(lèi)紛繁復(fù)雜且要結(jié)合室內(nèi)設(shè)計(jì)的具體發(fā)展方向與特點(diǎn),對(duì)技術(shù)的要求較高且對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)的從業(yè)者及操作經(jīng)驗(yàn)較少的人員來(lái)講,設(shè)計(jì)內(nèi)容較為枯燥并難以進(jìn)行理解,知識(shí)掌握的難度無(wú)形之中增加。利用MR技術(shù),能夠?qū)⒃镜奈淖中螒B(tài)或設(shè)計(jì)形態(tài)進(jìn)行立體化與可視化,在增強(qiáng)設(shè)計(jì)與閱讀、理解效率的同時(shí),增強(qiáng)可視性與互動(dòng)性,建立真實(shí)客觀的環(huán)境體驗(yàn),并將設(shè)計(jì)內(nèi)容等進(jìn)行形象化、高度可視化,將原本較為復(fù)雜的內(nèi)容進(jìn)行虛擬可視并簡(jiǎn)單化處理,能夠大幅度提升效率,以便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)的構(gòu)造與工作[5]。
MR技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行實(shí)際情景的模擬與還原,提供了更多的操作可能性與模擬性,并且能夠在建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段進(jìn)行分別模擬與效果評(píng)價(jià),在設(shè)計(jì)效率與實(shí)際效果等方面有了大幅度提升與進(jìn)步。讓設(shè)計(jì)人員在共享全息的情境下體驗(yàn)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的全方位實(shí)踐,并更好地參與到具體實(shí)踐的各個(gè)方面中去,沉浸式的模擬與實(shí)踐能夠使設(shè)計(jì)人員快速進(jìn)入工作狀態(tài),并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題,促進(jìn)建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提高[6]。
在建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)的MR技術(shù)融合操作中,建立設(shè)計(jì)的全面數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行階段性對(duì)比與驗(yàn)收是一項(xiàng)重要的工作,能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)智能終端的交互設(shè)計(jì)及展示方式,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)與復(fù)習(xí)中更好地還原整體的設(shè)計(jì)過(guò)程與理念完善過(guò)程,提升設(shè)計(jì)效率的同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行可持續(xù)性的回顧與進(jìn)步,加強(qiáng)此項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用的意義與持續(xù)性[7]。
MR技術(shù)是一項(xiàng)高效的全息模擬技術(shù),能夠以真實(shí)信息與虛擬環(huán)境為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)造虛擬抽象的知識(shí)與相關(guān)概念,提供給設(shè)計(jì)人員一種全新的體驗(yàn)和沉浸的環(huán)境,達(dá)到建構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)與過(guò)程的目的,這一研究過(guò)程本身已突破了傳統(tǒng)建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)模式的局限性。MR技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)的具體操作模式與方式等方面的理論研究,為未來(lái)相關(guān)操作與設(shè)計(jì)的研究提供更多的理論參考。一方面有助于探索出MR技術(shù)在建筑領(lǐng)域發(fā)展的新優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)形式的多樣化,開(kāi)發(fā)出適合MR技術(shù)應(yīng)用的建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)方式方法策略和建造模型,促進(jìn)建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)模式改革與水平提升;另一方面,MR技術(shù)與建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)教學(xué)的結(jié)合,在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐之中,通過(guò)MR的先進(jìn)技術(shù),可以對(duì)于時(shí)間與空間等畫(huà)面場(chǎng)景進(jìn)行重新構(gòu)造與建設(shè),相較于以往的各項(xiàng)工藝材料、施工技術(shù)以及設(shè)計(jì)流程等客觀限制有著重要的變革意義,對(duì)于設(shè)計(jì)人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握與技術(shù)技能的提升也有著鮮明的作用,能夠更快地幫助設(shè)計(jì)人員提升操作的熟練度與設(shè)計(jì)水平,對(duì)建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)水平的提升以及建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[8]。
因MR技術(shù)固有的各種特性,其在全息投影與設(shè)計(jì)中使用到的全息處理單元、光學(xué)投影系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)等,虛擬系統(tǒng)的建立在完成3D設(shè)計(jì)的同時(shí),高度還原真實(shí)的場(chǎng)景并進(jìn)行匹配。但如果匹配不合理或配置達(dá)不到相關(guān)要求,虛擬界面就會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)反差并形成強(qiáng)烈的眩暈感,影響人的觀感與教育教學(xué)操作的開(kāi)展。同時(shí)因受到視覺(jué)反差以及硬件設(shè)備等影響,如果此項(xiàng)技術(shù)發(fā)生延遲或匹配差異,則會(huì)影響大腦對(duì)于成像的接受與判斷,產(chǎn)生眩暈感與運(yùn)動(dòng)延遲。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在發(fā)展的同時(shí),硬件設(shè)施是一項(xiàng)重要方面,雖然近些年來(lái)硬件設(shè)備隨系統(tǒng)的發(fā)展而不斷進(jìn)步,但基于此項(xiàng)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)制作周期與使用周期較長(zhǎng),存在一些技術(shù)上與匹配上的問(wèn)題,但隨著此項(xiàng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,勢(shì)必會(huì)發(fā)生階段性改變。
MR技術(shù)能夠進(jìn)行全息投影,將整體設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行在線設(shè)計(jì)與在線展示,在室內(nèi)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段都能夠進(jìn)行使用。可以幫助設(shè)計(jì)人員更快地接觸到設(shè)計(jì)搭配以及室內(nèi)空間效果的生成,對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)分部都能夠進(jìn)行全屋漫游,更好地進(jìn)行直接化的視覺(jué)體驗(yàn),并大幅度提升設(shè)計(jì)人員的新鮮感與自我獲得和成就感。
在目前建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)的發(fā)展中,最重要的是創(chuàng)新與運(yùn)用,設(shè)計(jì)方案帶頭人可以使用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的各項(xiàng)展示與講解、回顧設(shè)計(jì)過(guò)程,利用新技術(shù)龐大的技術(shù)庫(kù)與展示功能,提升設(shè)計(jì)人員的體驗(yàn)感并進(jìn)行強(qiáng)大的資源整合與利用,開(kāi)拓整體的設(shè)計(jì)思維。隨著各項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展,建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域勢(shì)必要進(jìn)行總體設(shè)計(jì)資源的革新與進(jìn)步。同時(shí),各類(lèi)人員可以通過(guò)新技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行思維的開(kāi)拓與平臺(tái)的搭建與拓展,模擬各個(gè)方案與特色方案的具體環(huán)境與各項(xiàng)內(nèi)容的交互系統(tǒng),從而做到設(shè)計(jì)方案水平與設(shè)計(jì)人員水平的雙重進(jìn)步與提升[9]。
虛擬混合技術(shù)能夠?yàn)樵诰€虛擬設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)建提供有效的建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)整體信息支持,可以利用科學(xué)技術(shù)作為整體設(shè)計(jì)環(huán)境的有效支撐,并利用多方位的數(shù)字技術(shù)進(jìn)行交互,協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)人員與設(shè)計(jì)方案之間的聯(lián)系。與此同時(shí),人工智能、傳感器、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)都成為MR技術(shù)的輔助組成部分并發(fā)揮著重要作用,利用各項(xiàng)技術(shù)的整體集合與發(fā)揮作用,能夠構(gòu)建高效快速且全面化的設(shè)計(jì)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以將虛擬對(duì)象置于混合空間之中,促進(jìn)多方交流合作,便于問(wèn)題與建議的指出,提升各個(gè)設(shè)計(jì)階段間的交流,促進(jìn)設(shè)計(jì)人員的參與性、積極性和交互性,提升各項(xiàng)技能的熟練程度[10]。
虛擬混合技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)方面有著重要的模擬與交互優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)有著很強(qiáng)的顯示性與交互性,虛擬混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠讓設(shè)計(jì)人員直觀地進(jìn)行各項(xiàng)信息的觀看與反饋,轉(zhuǎn)變常規(guī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體形式,改善設(shè)計(jì)方式的同時(shí)進(jìn)行真實(shí)的情景設(shè)計(jì)體驗(yàn),增強(qiáng)技術(shù)發(fā)展與研究的主動(dòng)性。
未來(lái)科技創(chuàng)新始終聚焦在虛擬現(xiàn)實(shí)上,混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)為未來(lái)科技與設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供更多的幫助、發(fā)揮更大的作用,未來(lái)的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展前景也將會(huì)越來(lái)越廣闊。應(yīng)當(dāng)貫徹落實(shí)對(duì)于發(fā)展混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與設(shè)計(jì)方式相結(jié)合的總體設(shè)想,促進(jìn)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與現(xiàn)實(shí)的具體結(jié)合,為建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)帶來(lái)全新的設(shè)計(jì)體驗(yàn)與進(jìn)步。