虚拟现实

马嘉依

【摘要】艺术设计的平面效果图，即便栩栩如生，也无法欺骗大脑，因其仅提供视觉上的体验。而虚拟现实技术作为一项新兴的技术，它的空间性、感受性、交互性是它独特的优势，在虚拟环境中我们的感官，除嗅觉外，无一不受刺激。若将虚拟现实技术与艺术设计相结合，现代设计过程将发生巨大的变化，得到超乎先前的效果。虚拟现实成为设计的一件新武器，一支新画笔，会让设计出现很多新的变化，本文将根据虚拟现实在设计上的应用，对这些可能性进行分析与论述。

【关键词】虚拟现实技术;艺术设计;空间;交互

在艺术设计的行进中，我们一直在讨论有关“人”的问题——比如一个产品是否达到人的心理需求、一件装置是否符合人机原理、一套设施是否安全等等。出于这些考慮，设计师在进行设计时总是需要进行各种模拟，在模拟中找出可能存在的问题并逐一解决，完善产品。这一过程纯粹靠想象和平面推演是难以实现，此时就需要模型的参与。CAD技术的出现与应用在很大程度上替代了繁复的实物模型制作与模拟过程，但传统CAD模型的局限在于，视角转换操作繁复，不能实现流畅的人机交互，削弱了感官可以获得的信息，从一定程度上限制了设计师的创造性思维。此外，CAD模型的建立往往要求设计师有严谨的数字逻辑，并且修改起来比较困难，对设计师有专业技术上的要求。而虚拟现实技术的应用和虚拟模型出现，不仅使模拟过程操作更加简便，也能营造出逼真的虚拟环境，对产品及其使用条件进行更加全面的模拟。随着虚拟技术的发展与推广，它在艺术设计领域必将有着广泛的应用。

1. 概述虚拟现实技术

所谓虚拟现实，就是虚拟和现实的相互结合，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，然后通过多种传感设备使用户“进入”到该环境中。虚拟现实系统具有沉浸、交互、构想三个基本特征。它强调了在虚拟系统中的人的主导作用，使用者对接受的信息做出反应时，设备会根据使用者的行为发生相应的变化，用户能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用。不同于过去的人只能以定量计算为主的结果中得到启发从而加深对事物的认识，人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。虚拟现实系统具备多个感知方式，所获得的多维化信息更加生动，更符合人的习惯。相对与传统的CAD技术只能从外部观察模型，它给了用户更加直观丰富的感受与便捷的操作，它所创造的身临其境的、多维化的环境更能激发设计师的创造性思维。

2. 虚拟模型——开发空间想象力的利器

从产品到建筑，每一件设计的成果都是立体的、三维的。从设计草图到产品模型，设计流程决定了设计师一定要能实现产品二维到三维的转化，这就要求设计师具有空间思维的能力。但是在日常生活中，我们每一次所看到的都只是物体在我们有限视角范围内的一个部分，即使生活经验产生的习惯性思维让我们的大脑能够捕捉到三维物体与二维图像的差别，我们在未经过引导与训练时——试想我们一开始接触绘画的时候，也总是更容易将物体表现得平面化。从认识立体几何开始，我们都在训练大脑让它能够整合所接受的信息在想象中呈现出空间的概念，而虚拟现实技术的空间性，正适合用来开发设计师的空间想象力。

2.1 对建筑与环境的直观认知

长期以来，建筑环境设计始终是建筑设计师和工程师的专业领域，他们通过专业的学习，能够从工程设计图纸、各楼层的平面设计图在脑海中想象出建筑的样子，也可以将自己脑海中的建筑用平面的线条绘制出可以与同行交流的设计图。这些都依赖于强大的空间构想能力。但是，很少有人可以不借助丰富的观察学习的经验，凭空构想出一栋复杂且合理的建筑。传统的积累经验的方式，通常是费时费力的实地考察与图片浏览，而如果运用虚拟现实技术，不但省去了用于赶路的时间与费用，更能随时探究其中的细节。虚拟现实技术所构造虚拟环境，打破了时间与空间的限制，甚至对于一些与当地特殊环境相结合的建筑，可以体会随时间变化不同光线、不同季节中建筑所呈现的不同效果。身临其境地处在建筑之中进行体会探索，形成更加直观的、感性的空间概念。

2.2 直观感受变化 完善思维概念

在设计中，出于视觉效果的要求、人机工程的考虑、制造工艺的限制等等，常常要对物件的尺寸、斜边角度、安放位置进行多次的斟酌与修改。但是当我们尝试一个新领域的时候，对尺寸变化造成的影响只能凭经验估算。对于尺寸调整所造成的视觉效果的变化，很难通过想象来达到准确的预估。通过虚拟模型，设计师能够实现对尺寸变化更直接的体会。比如厨房操作台高度的设计，我国的厨房设计中，操作台的高度在很长时间里没有一个固定的参考。但操作台本身是用户在厨房中停留最久的地方，对于厨房规划非常重要。操作台如果高度过低，会使操作者弯腰低头，对颈椎造成伤害;高度过高，会加大手腕的弯曲程度，对腕骨造成损伤，并且不恰当的操作姿势都会让操作者更容易产生疲劳感，不但降低了用户体验，而且增加安全隐患。如果把虚拟现实系统与厨房设计相结合，在调整操作台高度的时候，设计师就可以通过模拟操作过程进行亲身的体会，随意改变操作台高度和灶炉与操作台边缘的距离、两个灶炉之间的距离等，实验出最符合人机的布局。通过对虚拟模型的改变，能够清晰地认识到尺寸变化对空间形成的不同效果，完善空间思维。

3. 应用优势

3.1 实验的操作更加简便

许多产品的完成都需要进行多次的实验，虚拟现实技术的加入，能够节省成本，并使实验的操作得到简化。谈到模拟试验，不能不提到虚拟原型技术。随着CAD技术的广泛应用，数字原型已经成为了实体模型通用的替代技术。但是CAD模型的建立过程非常数字化，模型的视觉效果也不够理想，通过观察CAD模型改进外观设计与总体布局则要求用户有很高的专业度。虚拟原型技术则在CAD原型技术的基础上增添了强大的可视化优势和交互探索的功能，使用者可以更大程度地对模型进行观察，并且可以直接操纵和修改，模拟实验也变得简易了很多。以汽车为例，出于安全的考虑，通常需要通过碰撞实验来检验汽车的性能。CAD/CAE软件模拟的汽车碰撞需要将汽车分解为有限单元，计算碰撞中各个单元的受力情况，计算量大，需要的时间周期很长。用虚拟环境来模拟碰撞，只需在风洞中测定出空气力学数据，模拟出碰撞环境，就可以投入车辆模型进行试验，大大节约了实验成本，降低了实验的物理门槛。

3.2 打破时间与空间的限制

设计师在设计中所受到空间与时间的制约大体可以分为两方面——设计中所受到的制约与交流中所受到的制约。设计中，当设计的是一件要经受时间考验或是随时间变化会暗藏巧思的作品时，我们常常想要看到它在某个时间里的状况。比如一个建筑，当我们想要让它和环境结合，随四季变化展现出不同景色的时候，虚拟环境的模拟就很适合在此时得到应用。而越野车一类会应用在不同环境中的产品，可以进行真实环境的测评，通过虚拟路面环境的模拟来检验性能，排除隐患，保证安全性。当然，也可以在真实环境中对产品外观进行调整，使产品有更高的适配度，适应复杂的市场环境。交流中，当不同地域的设计师进行交流时，也可以通过虚拟现实技术的模拟将作品进行生动直观的呈现，打破地域的限制。虚拟原型存在在因特网中，具有漫游特性和实时交互特性。不同于实物模型在异地测评时存在地理限制 ，所有设计人员都可以实时对原型进行评价。虚拟模型不仅可以实现多角度的观察，还可以提取出每个相对独立的组成部件（比如汽车的轮胎、车门等）进行细节的观察，并且结合其他工具可以对原型的各方面性能进行模拟预测。通过虚拟技术，所有设计人员的修改意见都能在第一时间得到反馈，避免了庞大体系中信息流动的时间差，降低了信息传递的难度，缩短了进行调整所需要的时间，优化了设计流程。

3.3 贴近客户

相对于其他的艺术设计，虚拟现实艺术设计可以说是在“真实”环境中完成的设计与规划，因此，更能接近客户的环境，理解客户的诉求。在一个个模拟出的真实环境中进行探索，用合理的方式改善人在这个环境中的体验，更贴近设计师“将生活变得更加美好”的理想，也能更好地理解和实现客户对于生活和娱乐的实际需求。随着社会的发展，人们的心理诉求愈加多样，消费动机愈加复杂，很多产品已经不仅仅是起到功能性作用。设计也逐渐开始携带更多的人文关怀，虚拟现实对于现实环境的模拟正符合这一趋势。另一方面，虚拟现实系统也可以应用在产品展示当中，让客户对产品有更加全面的认知，让设计师和客户能有更加顺畅的沟通。

4. 结语

十几年前，在漫画、小说和影视作品中，就出现过对虚拟现实技术的想象。而如今，虚拟现实技术一步步开始完善，走进人们的生活，曾经的幻想逐渐变为现实。但对大多数人而言，虚拟现实仍然是一个充满科幻感的，“新”的概念。这种“新”一方面是因为虚拟现实技术还没有得到广泛的应用推广，另一方面是它与以往出现的新技术有很大的不同——不同于很多新技术给人严谨晦涩、只属于专业领域的感觉，它是感性的、充满想象力的，对于非专业人士也会有广泛的吸引力。在一些科技主题的影视作品中，常常会有主角进入虚拟世界历险的设定，体现出大众对这一新技术在娱乐应用方面的想象与向往。虚拟现实技术就像一个打开的潘多拉魔盒，吸引着各个领域的人对它的无限可能进行畅想。而对于设计师——新技术的先行者而言，虚拟现实技术的出现更是有着特别的意义。虚拟现实技术的多感官、身临其境性和簡洁的交互手段与艺术设计的结合，打破了现实中的诸多限制，让设计师拥有了极高的创造性，为设计师的探索造就了一个自由的、“天人合一”的艺术氛围，让设计师保证产品性能的同时更有条件进行更高层面的设计，提升产品的艺术内涵。随着虚拟现实技术的成熟与应用，它对于艺术设计的许多领域都将起到革新的效果。

参考文献：

【1】曹戍.身临其境的艺术设计【D】.北京：清华大学美术学院设计艺术学，2004

【2】张建，雷雨成.虚拟现实技术在汽车总体设计中的应用【J】.新技术新工艺，2001（4）：2～4

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