虚拟现实技术与三维软件教学的未来方向

吴寒

摘 要：VR——虚拟现实技术是当下最流行的一项前沿技术，并伴随着智能设备大众化变得愈发普及，越来越多的人都使用过简易的VR设备看视频或玩游戏，但在三维设计领域VR技术尚未普及，本文就是从这个突破点阐述VR和三维设计软件的关系，以及未来三维软件教学的方向。

关键词：VR；虚拟现实；三维场景；即时渲染

1 VR虚拟现实技术综述

当今时代，科技发展日新月异，智能化已经走入了我们的生活，大数据、人工智能成为热门词汇，今年，深度学习机器人Alpha Go战胜围棋国手李世石更加证明人工智能的强大。在这两年，又有一个新的概念出现在人们面前，即“VR”技术。（图1）

“VR”是“Virtual Reality”的简写，全称是虚拟现实技术。所谓虚拟现实技术就是给人创造一个虚拟的环境，根据人左右眼的视觉差给人造成一个虚拟的场景，让人感觉置身于该环境中，这种看似很科幻的技术如今已经出现在人民大众面前。其实早在很多年前，虚拟现实技术就已经出现了，只是由于当时的计算机性能还不够强大，人工智能和交互设计还出于很初级的阶段，所以这种技术并不为很多人所了解。现如今，在智能手机极度普及的今天，VR虚拟现实技术可谓是应运而生。当前，VR虚拟眼镜已经非常廉价，低端的VR眼镜只需要配合主流的智能手机就能实现虚拟显示。这种眼镜的工作方式是将手机的屏幕一分为二，并分别显示差值化的同步内容，再透过两边的镜片传入眼睛，误导大脑产生三维场景的假象。而高端一些VR眼镜则是利用高性能的游戏机或者电脑主机进行实时现实，其显示原理也是基本一样的。

2 VR技术对三维软件的影响

随着VR技术的火爆，越来越多的科技公司推出了他们的VR产品。近日，微软公司开发了一款新型科技产品，名叫HoloLens，它是一个硕大的电子眼镜头盔，当你戴上它后便会置身一个虚拟和现实结合的空间，严格意义上HoloLens是一种混合显示技术（VR+AR），即虚拟现实加增强现实。简单地说，它可将虚拟的影像放到现实中，呈现一种亦真亦幻的效果。在微软发布的Demo演示中，设计师戴上HoloLens使用手势操作就完成了对设计作品的编辑和修改，通过即时渲染实现三维影像和真实场景叠加。例如（图2）所示，设计师在电脑上用三维软件设计摩托车模型，通过HoloLens眼镜的影像投射，在现实的空间投射出三维立体的摩托车产品模型，而这个模型在现实中是不存在的，只能通过虚拟眼镜才看得到。如此一来，使得演示变得非常直观，编辑和修改也变得方便许多。

VR虚拟现实技术说到底是一项显示技术，作为对图像的呈现，本质上和现在的显示器并无不同，但这项技术的发展对三维软件推动和演进是革命性的。一方面，VR技术在演示上会更加真实生动；另一方面VR技术将带来软件操或游戏操作上的变革。

在显示方面，VR带来的显示体验无需再赘言；在操作方面，VR平台上软件的操作方式会发生很大的改变。由于VR三维设计软件还并未正式发布，现在就以平板电脑带来的操作变革为例。随着平板电脑的普及，越来越多的年轻人喜欢用平板电脑代替传统电脑，相较于传统台式电脑的鼠标加键盘的操作模式，平板电脑的多点触控技术（Multi-Touch）使得操控非常简单直观，我们可以使用手指的点触、划动、拖拽、抓取来进行相关操作。在三维软件设计中，传统的操作方式是通过鼠标的移动、点击和键盘输入指令调节参数，完成对项目的编辑。如主流三维软件3Dsmax，其软件内容相当庞大，命令参数极为复杂，操作十分繁琐，因此，达到精通的人并不多，并且这种传统的操作方式在强调交互性的今天显得有些落伍。而在平板电脑iPad平台上，也出现了三维制图软件，例如“Home Design”App，这个软件在结合平板电脑的多点触控技术后，操作十分简便，能够通过拇指和食指缩放实现模型的构建，使模型可以迅速成型，并能即时渲染。虽然目前渲染效果比传统PC上的效果稍差，但我相信，过不了几年，就会达到很逼真的渲染效果。以此为鉴，我能畅想在VR技术普及的未来，我们可以置身于虚拟场景中通过各种手势来进行操作，使用虚拟滑块对参数进行模糊调节，并通过即时渲染得到反馈，最终达到我们预想的效果。

3 当前三维软件的教学的现存问题

现如今在这样的变革中，我们该如何教授现有的三维设计软件？如果传统的软件几年后就要进博物馆，我们还有必要这样教吗？我们究竟要教软件的什么？

作为一名从事设三维设计软件教学多年的老师，我想谈一下我的看法。时代在发展，软件在迭代，过时的软件和落后过时的操作方式我认为可以不必再教了，随着电脑硬件性能几何级数倍的增长，即时渲染越来越普及，其渲染方式可以以最少时间的消耗带来最直观的效果，这样的软件必须进入教学之列；另一方面我认为三维设计软件的教学应该从三维设计的架构原理入手！不必过多地强调技巧和参数，原理才是核心内容。例如在3Dsmax渲染中，我时常要向学生讲解材质的属性，诸如漫反射、反射、折射等，我是通过物理的原理去解释这些属性，学生在理解后，自然而然的懂得了材质的调节方式。与此相对比的是，某学生在校外接受培训，在结业之时能够做出较好的效果图。当我询问他是如何操作，这名学生便打开菜单选项调节，只说是第几排第几个选项和参数值，我问他为什么这么操作，他却不知道，只说这样效果好。我觉得这样学习软件没有实际意义，因为不理解选项参数的含义只是机械的记住位置和参数，当有一天，软件更新了，参数面板换了，那这个学生就不会做了。而当我在试用新的三维软件时，即使我从未学过，也能很快入手。所以理解三维设计的构架原理比起软件本身重要得多。

4 三维软件教学的展望

在三维软件教学中，我认为不应该只停留在电脑机房，还应该使用特殊的试验教室来辅助教学。这种教室需要提供各类模型让学生理解建模，提供不同的材质样品让学生触摸感受材质，演示不同的光源效果让学生了解灯光，等等。简而言之，就是以现实的角度为学生在头脑中构建三维构架体系，等这个体系逐步完善了，即使将来在虚拟现实场景中，学生也能根据这种构架体系去适应新的软件，并做出更好的作品。