虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用

魏颖

摘 要： 虚拟现实技术为环境设计的创新发展提供了良好的基础和机会，并能有效地帮助提高整个环境设计的可靠性、效率和准确性。随着科技的发展，虚拟现实越来越成熟，其优势越来越明显设计师必须不断挖掘虚拟现实技术的应用潜力，改变复杂的传统设计工具，利用虚拟现实技术组织艺术，丰富创新设计工具和设计思路，设计更多的经典作品。本文介绍了虚拟现实技术在环境设计中的应用。

关键词： 虚拟现实技术;环境设计;应用

【中图分类号】TU2      【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）14-0240-04

引言

环境艺术设计受到多种因素影响，如果环境艺术设计中存在一定的问题，会导致设计成果达不到预期，同时，传统系统表现力差，会导致设计艺术理念出现偏差和设计方向错误。因此，构建一个基于虚拟现实技术的环境艺术设计系统来解决目前存在的问题。由于虚拟现实技术具备的特性，其应用范围也非常广，在设计领域、军事领域、医学领域等都得到了广泛的应用。虚拟现实技术是一种具备交互特征的虚拟世界为中心的计算机仿真技术，通过计算机的计算力生成可交互、实时动态的三维立体，给用户带来一种沉浸式体验。通过将虚拟现实技术应用到环境艺术系统设计中，能够提高环境艺术设计的逼真性和快速性，促使环境艺术设计走向更高的层次。

1 概述

虚拟现实是信息技术领域发展的重点，具有应用空间广，多种技术协同，产业经济潜力大的特点。虚拟现实产业链主要为内容应用、终端器件、网络平台和内容生产，内容应用为主要增长点。在2019年，VR/AR头显设备出货量相较2018年有所回温，并且市场规模持续扩大，中国国内市场超过500亿元，世界市场超过1000亿元。国产芯片虽起步较晚但近两年发展迅速。网络架构、算法创新等软件方面都取得了一定进展。我国政府连续出台了多项推动虚拟现实发展的政策，提升对该技术的支持力度，进入技术红利释放期。中央层面指出加大虚拟现实研发投入，地方政府层面根据自身情况制定地方产业政策。2018年，工信部发布了《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》。《意见》明确到2020年，我国将建设若干个产业技术创新中心，2025年形成若干具有较强国际竞争力的骨干企业。现阶段，虚拟现实技术在发展过程中还面临许多挑战。现有的技术还不能使用户完全融入到虚拟环境中去，很多虚拟设备都需要通过电缆与计算机相连，大大限制了用户的活动范围。目前，虚拟现实设备多通过头部来追踪，缺少身体其他部位的追踪，许多动作无法真正地在虚拟环境内模拟。虚拟现实场景中摄像机的使用中，镜头的移动带来不同的焦点，会使用户感到眩晕从而容易产生疲劳感。此外，大部分设备有些笨重，佩戴起来不自然。这些问题主要是技术方面，需要相关企业、研究机构加大研发力度，促进虚拟现实技术的发展。

2 虚拟现实技术的历史

虚拟现实技术的历史可以分为四个阶段：第一阶段是1963年即以前，是属于虚拟现实技术思想开始出现阶段;第二阶段是1963～1972年附近，是虚拟现实技术的萌芽阶段，在这个是期内出现了第一个交互式电子在游戏;第三阶段是从1973～1989年，是虚拟现实技术发展时期。第四阶段是从1990年至今，是虚拟现实技术理论进一步发展和开始广泛应用的时期。第一阶段是虚拟现实技术思想开始出现阶段。1929年，一个叫作EdwardLink的人设计出一种能够帮助飞行员训练的模拟器。它使乘坐者具有乘坐飞机在空中飞行的感觉。在20多年后的1956年，MortonHeileg开发出了一个叫作Sensorama的摩托车仿真器，Sensorama具有三维显示及立体声效果，能产生振动和风吹的感觉。第二阶段是虚拟现实技术的萌芽阶段。1965年，美国计算机图形学之父IvanSutherlan发表论文“UltimateDisplay”定义了“终极显示器”的概念。这些规定为虚拟现实技术奠定了方向，如今仍然在使用。在三年后的1968年，IvanSutherlan又在哈佛大学组织开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD及头部位置跟踪系统。局限于当时技术的影响，这一设备仅仅能显示一些简单的东西。1972年，第一个交互式电子游戏Pong正式出现。自此，虚拟现实技术开始进入市场。第三阶段是虚拟现实技术发展时期。1987年，虚拟现实之父JaronLanier创造了一个词组“Virtualteallty”。自此，虚拟现实技术终于有了属于它自己的名字。1987年以后，任天堂、世嘉等大公司紛纷开始推出自家的虚拟现实设备。但由于当时思想观念和用户的规模，最终都被埋没在历史的长河中。但是，他们的许多构思为今天的虚拟现实设备提供了新的设计思路和设计理念。第四阶段是虚拟现实技术理论进一步发展和开始广泛应用的时期。在这一时期，越来越多的人嗅到了这一领域巨大的商机，更多的大型公司加入进来分割着一块蛋糕，例如，东芝、索尼、谷歌等。现在，VR设备更注重于用户的使用体验，同时，兼顾价格和便携性。在这一时期，也推出了个人使用的独立VR设备。在商场中，也可以看到各种各样的VR体验馆。许多游戏厂商纷纷拿出了自家的著名IP参与了进来，例如，卡普空的《生化危机7》。在一些其他领域上，虚拟现实技术也得到了关注，浙江大学心理学国家重点实验室开发了虚拟故宫等。

3 虚拟现实技术的研究现状

虚拟现实技术发展至今，新的成果与最初的样品相比，已经有了较为明显的进步。但是，从创新的层面来讲，其本质并没有很多值得探讨的亮点。现在，虚拟现实技术在表达上仍旧在集中欺骗使用者的视觉感官，对于其他感官方面，并没有做到完全沉浸的效果。虚拟现实技术的发源地是美国。目前，美国把注意力主要放在了四个方面：用户界面、感知、后台软件和硬件。在虚拟现实技术研究与开发中，有一定实力的另一个国家就是日本。日本的研究目前主要致力于建立大规模VR知识库。我国的虚拟现实技术的研究和开发和美国和日本还是有很大的差距的。但有关部门和一些科学家也开始重视这一领域。国内的重点高校纷纷开展有关课程，对一些有想法有创意的人也给予了强力支持。还有许多单位和企业对虚拟现实在不同领域进行了研究，并成功取得了一定的研究成果。

4 虚拟现实技术的特点

4.1 沉浸性

沉浸性是VR的主要特点，是让用户亲身感受到自己是计算机系统所创建环境中的一部分，该技术的沉浸性效果是由用户的感知系统决定的，当用户感受到虚拟世界所带来的刺激感时，涵盖触觉、嗅觉、味觉以及运动感知等，会立即产生大脑思维共鸣，使得心理和身体沉浸在其中，就如同在现实世界一样。

4.2 交互性

交互性指的是用户在虚拟环境中能够操控物体的程度以及从环境中得到反馈的程度，用户进入模拟空间后，虚拟现实技术能够让用户与周围环境产生相互作用，用户在进行某项操作时，其周围的环境会给出相应的反应，比如用户在碰触虚拟空间中的某个物体时，其触觉就会有反应，如果用户对该物体有所动作，比如拨动物体，那么该物体的位置和形态就会有相应的改变。然而，VR在环境艺术设计中的应用，可以将该技术所具备的交互性特点合理利用起来，以创建出优质的虚拟场景。除此之外，环境设计者还可以利用交互性的特点，来设计和改进虚拟场景以及虚拟场景中的物体，并且在计算机显示屏上面会清晰地显示出每一项改动的具体情况。即便在某个平面上面不能清楚地观察到虚拟场景中产生的变化，在最后进入虚拟环境时却可以达到身临其境的优质效果。

4.3 多感知性

多感知性指的是计算机技术应该具备许多感知方式，比如触觉、嗅觉、听觉等。理想化的VR应该具备人所具备的所有感知功能。由于受到相关技术的局限性，尤其是传感技术的限制，当前大部分VR所具备的感知功能都限制在视觉、触觉、听觉、运动等几种功能中。与此同时，因VR应用的时间并不是很长，在进行相关的设计工作过程中也没有创建出一套健全的设计规范，所以，不能保证设计的整体品质。此外，针对环境艺术设计工作而言，一定要重视起人类的感官感受，而图像显示器就可以为用户提供一种立体化的观看感受;传感器可以为用户提供真实的触觉感受;VR系统可以在用户的周围模拟虚拟环境，继而使用户在环境体验中的感受更加真实。

4.4 构想性

构想性也可被称为想象性，用户在虚拟空间中能够与周围的物体进行互动，能够很好地扩展认识范围，打造出真实世界中不存在的场景或是根本不可能出现的场景。构想也能够理解为用户进入到虚拟空间中，凭借个人的感觉以及认知能力来掌握更多的知识，扩展思维想象空间，在大脑中创建出新的概念以及新的思维空间。然而，在环境艺术设计过程中应用VR，可以将该技术所具备的构想性特点合理利用起来，创建和改进各种虚拟模型。除此之外，该技术所具备的构想性特点主要是相关设计者通过大脑思维来设想虚拟环境，进而构建出一个简化、符合实际引用需要的虚拟结构，然后根据虚拟结构来调整虚拟环境中的具体内容。也就是说，VR在环境设计中的应用可以自觉实现模拟现实场景，并且通过这项操作来满足不同用户的个性化需要[6]。

5 环境艺术设计简介

应用艺术手段对建筑的内部环境以及外部环境进行规划和设计的活动就是“环境艺术设计”。为了人们的生活、工作以及社会活动向其提供一个舒适、合理、科学、美观的空间场所就是环境艺术设计的最终目的。作为一门边缘学科，环境艺术设计的涉及范围较广。在进行设计阶段时。环境艺术设计的功能图、结构图以及初步透视图都需要运用一定的设计表现手法。用手绘技法来表现为主的是传统图纸结合不同的工具和材料，有水粉表现，透明水色表现，以及马克笔彩色铅笔表现综合性表现等多种技法。随着科技的不断进步，数字图形图像技术在不断发展，期待环境艺术设计中的应用也越来越广泛。作为一种新型的表现手法，它与传统意义上的表现技法有着本质的区别。并且运用数字虚拟技术来设计表现效率较高，能够真实地反映出表现图的透视度，材质以及色彩处理真实还原。传统的设计表现不断运用数字虚拟技术产生了新的创新和改变。这种创新使得传统的环境艺术设计能够通过输的技术应用模拟来产生更加真实自由的艺术效果，在未来的艺术设计中，数字虚拟技术将展现出更加无与伦比的优势和特色。任何一种艺术都是不能够独自存在的，都会在发展过程中受到其他因素的影响，环境艺术设计发展到今天，其传统的表现形式也会被先进的数字虚拟技术所代替。在经过长久的发展之后，环境艺术设计中的各种表现方法成为了独具特色的表现形式，具有了独特的魅力，成为单独的一种绘画种类。相较于一般的艺术，绘画环境，艺术设计的表现，技术和结果是不同的，它受到市场的影响，为人民提供服务，主要侧重于公益性，工程性，实用性

6 虚拟现实技术在环境艺术设计中的意义

虚拟现实技术是利用科学技术手段、多媒体计算工具、大数据建立分析、建模行业的技术支持以及将视觉效果利用数字信息进行表达营造出的一个三维立体空间环境。在环境艺术设计中运用信息化技术可以建造出一个动态且实时更新的虚拟现实世界，使用者可根据自身情况进行全方位的实际体验。在漫游活动中，可以非常细致地观察各种设计在实际生活中的合理性，可以选择不同的浏览形式，可以迅速切换不同的设计方案。设计人员可以通过收集不同用户的体验感受对方案进行更改，提高大众对设计的认同感。虚拟现实技术在模拟现实体验感的过程中可为环境艺术设计提供科学的理论指导。

7 虚拟现实技术在环境艺术设计中的必要性

在这个信息时代，虚拟现实技术的出现无疑极大地促进了环境设计的发展。虚拟现实技术具有许多特性，这些特性反映了这些基本特性，并可在三维计算机虚拟环境中实现更好的通信。设计过程中的连接性以及认知和感官能力可以激发环境设计者的思考，促进三维虚拟环境中更有趣的互动。可以说，正是因为在当今的环境中使用了这些特性，设计人员才可以使用计算机科学地处理虚拟现实的技術系统，从而使设计人员不仅可以将场景设计为虚拟现实，而且还可以将其设计为中的真实对象模型例如，在实施无害环境的设计之前，设计人员可以使用虚拟现实技术来了解其设计并找出差距。负责施工单位的沟通和讨论。设计者还可以根据生成器的要求修改模型以使其成为虚拟模型。直观地识别设计和模型问题，并根据这些问题确定编辑方案。虚拟现实技术不仅使原始设计直观且相对易于使用，而且由于信息技术的不断进步和进步，它在复杂的景观、建筑规划和室内拱门中的应用也越来越广泛。在这一阶段，虚拟现实已成为环境设计中一项越来越普遍和深入的技术。虚拟现实已成为环境设计中的重要技术，在环境设计中发挥着越来越重要的作用。

8 虚拟技术在环境艺术设计中的应用优势

环境的艺术设计关系到人们的生活质量，因此业内备受关注虚拟现实技术在环保艺术中的应用可以为行业提供更多案例和帮助，帮助环保艺术设计弥补设计缺乏活力，可视化设计方案，使客户通过数字虚拟化技术直观地了解设计方案，并及时修改以满足下面是我对数字虚拟化在环境艺术设计中的应用的详细分析。

8.1 完善了环境艺术设计

在确定环境艺术设计方案的过程中，不仅要考察实际环境，还要考虑到各种建筑材料的使用，扩大使用空间使用户更加舒适，实际上受到资金、时间、面积等诸多因素的影响。，这往往会导致计划设计出现问题，最终达不到客户的要求或者在实施过程中，发现设计方案不可行、不完善等这些问题可能会影响环境艺术设计行业的发展因此，数字虚拟技术被添加到环保艺术设计中，虚拟设计网站呈现给设计师。设计人员可以使用数字虚拟技术测试其设计方案，确定其可行性，解决资金、时间、区域等问题。确定设计方案后，可以使用VB技术向客户介绍设计方案，使设计方案更加三维化，提高生产力。

8.2 打破了时间和空间的限制

数字虚拟化技术在环境艺术设计中最直观的应用是数字虚拟化技术的计算机辅助设计技术，它简化了传统艺术环境设计中的图形和技术设计，提高了文字处理和图像处理效率。没有虚拟数字技术的支持，环境艺术设计只能由工作人员来完成，这必然影响到工作的质量和效率。必须将环境艺术设计的一部分引入该物体进行研究和分析，这就造成了空间问题，也给设计者带来了重大问题。数字虚拟技术出现时，可以有效地解决问题，突破时空限制，及时发现设计问题。

8.3 避免实际操作中带来的一些困扰

虚拟数字技术是一项新技术，可进一步帮助环境艺术行业填补环境艺术的空白和制约因素，便利设计师的工作，促进设计计划的准确性和完善，提高环境艺术行业的生产力。环境艺术设计的某些部分非常麻烦，不仅影响到人们的安全，而且影响到最终的成本。因此，通过使用数字虚拟化，设计人员可以在虚拟环境中设计实用的解决方案，确定这些网格所需的技术和工具，减少对人身安全的影响，并降低设计成本。例如，在安装翻新材料时，可以使用虚拟数字技术对建筑场地进行详细分析，从而确定所需材料的数量并减少材料浪费。

8.4 提升环境艺术设计的精准性和完美性

環境艺术设计包括室内设计、室外设计、住宅设计等。在设计方案中，结构和小细节非常重要，必须准确。利用数字虚拟技术创建虚拟施工现场，或虚拟化设计方案，并检测存在的问题，以确保设计方案的准确性和完善性。

9 传统环境艺术设计所面临的问题

9.1 繁琐的人工绘图

传统的环境艺术设计大都是人工绘画，设计者将构思在画纸上进行一点一点的更改与设计。这对于设计者的画图能力有着很高的要求，出错后不易更改，修改也是非常耗时耗力，而且最后的结果还不一定符合客户的实际需求。此外，设计图稿保存也不方便，易造成人力物力的浪费，还增加了稿件丢失的风险。

9.2 计算机粗糙的效果图

在计算机上进行设计解决了更改困难等一些问题，但是依旧不能很好地展示出设计效果。简略的3d效果图限制了设计的更多可能性，不能够清晰认识和理解设计的理念与内容，而且环境艺术的感染力也非常欠缺，不能很好地吸引用户，造成了用户与设计者之间的交流障碍。环境艺术设计需要极强的体验感，没有舒适优良的体验很难做出优秀的设计。

9.3 环境艺术设计主旨冲突

传统环境艺术设计与我国环境艺术设计的主旨有些许冲突。环境艺术设计主旨要求本着使用最少的本金设计并产出高效优质的方案原则为用户提供舒适良好的环境。在环境艺术设计中对现实环境进行模拟，促进设计效果的提高，以满足当下的现实需求。

10 探究虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用

虚拟现实技术不仅能直观呈现环境艺术设计的现状，还能够促进环境艺术设计在预算方面的准确性，增强双方的互动性，继而全面展示环境艺术设计方案。

10.1 环境艺术设计的内涵价值分析

现阶段我国建筑设计、环境设计的领域中都采用了先进的信息技术手段。从客观的角度来看，虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用，能够使环境技术设计表现出非现实的一面，因此，能够使环境艺术设计在一定程度上获得技术支撑。通过合理的设计方案，结合虚拟现实技术，则能够对环境艺术设计呈现出概念化的色彩，从而增强环境艺术设计方案的艺术高度。

10.2 虚拟现实技术同环境艺术设计之间的联系性

虚拟现实技术打破了时空的局限性，使环境艺术方案呈现出更高的艺术价值和实践价值。虚拟现实技术与环境艺术设计本身存在关联性，都具有影响具体环境的现象，将虚拟现实环境应用在实际的环境艺术设计领域，则能够表现出虚拟现实技术所呈现的优势特征。

10.3 虚拟现实技术的实际应用为环境艺术设计带来的影响

虚拟现实技术的应用给环境艺术设计产生的影响比较大，因为其能够将传统环境艺术设计中存在的问题和不足有效地解决，并避免实际操作中存在潜在的问题，从而促进环境设计的动态化。虚拟现实技术通过多媒体技术、计算机技术打造虚拟现实的空间，以此来促进环境设计构造的完善。

10.4 虚拟现实技术的应用可以减少环艺设计方案中的潜在问题

虚拟现实技术的应用有利于改善传统实体项目建设的经济效益，解决环境艺术设计过程中存在的潜在问题。环境艺术设计本身比较特殊，虚拟现实技术的应用则能够展现更多的优势。通过打造三维仿真模型技术，则能够使设计方案能够更有效的呈现出来，还能够降低人为失误等带来的问题，从而促进实体项目运作的效率与效益提升。

11 VR虚拟现实技术发展存在的问题

（1）硬件技术不成熟。VR虚拟现实技术得到了快速发展，但是该技术的普及率不高，这不仅因为VR虚拟现实技术的成本问题，而且还涉及到硬件水平的问题。由于屏幕技术的问题导致VR技术移动体验效果不佳。相关的屏幕分辨率、刷新功率有待进一步提高。现有的VR硬件设备的水平还处在初级阶段，一些硬件设备的占地面积大，美观不足，因此不能给用户提供更加良好的质感服务。（2）制作成本高。VR虚拟现实制作的成本较高，虽然我国在VR虚拟现实技术中实现了硬件水平的不断突破，但是相关的软件制作跟进不足，相关软件制作的成本较高，因此当前还无法实现大规模与全面流通的效果。由于VR虚拟现实技术的相关产品内容匮乏，内容不能有效的吸引用户的注意力，因此影响了相关产品的推广。（3）缺乏运营机制。当前VR虚拟现实技术的开发主要以企业开发的形式为主，相关的软硬件产品的开发成本过高，使得一些中小企业未能进入相关的领域。我国VR虚拟现实技术还缺乏完善的运营管理机制，相关工作的运行速度较慢，因此影响VR技术的普及质量。当前我国VR行业相关企业还面临着严峻的外部市场竞争，这在很大程度上影响VR虚拟现技术使用，降低了VR虚拟现实技术质量。

12 VR虚拟现实技术的发展趋势

（1）市场规模扩大。随着VR虚拟现实技术的快速创新，该技术存在的难度被逐步解决，该类产品有着广泛的市场需要。VR技术的市场需要是巨大的，它的发展空间也是不可估量的。当前我国VR技术的成本相对较高，目前相关产品还属于中高端消费，这种技术的主要应用领域是游戏与影视领域。随着VR技术的普及，该技术将根据消费者的偏好进行优化发展，着力实现软件与硬件产品的拓展。（2）优化商业模式。推动VR虚拟现实技术的快速发展，应当构建符合市场需要的商业模式，在不断提高技术水平的同时注重优化服务方式，切实实现VR虚拟现实技术的广泛普及，让用户更多元化的需要得到有效实现。现代VR虚拟现实技术的发展需要不断优化升级产业链，更新VR产品的发展模式，推动相关企业的建设，从而促进VR相关产业的逐步成熟，满足行业进步的现实需要。（3）制定发展规划。未来VR虚拟现实技术的应用范围将更加广泛，社会各行业均会开发符合行业需要的VR虚拟现实技术。当前社会资本对VR虚拟现实技术有较高注意力，国家还要在更高层面上对该产业的发展给予适当的指导，把VR虚拟现实技术作为重要的前沿技术，从国家战略角度对该产业进行优化布局，提高相关技术研发的指导，并且制定完善的投资计划，出台政治支持相关企业发展。（4）光场视网膜成像。VR虚拟现实技术必须推动光场视网膜成像技术的发展。运用该技术可以有效的防止VR技术带来的悬晕问题，可以有效的消除VR技术使用带来的疲劳。将光场静物线运用光线信息呈现，有助于降低该技术的普及难度，达到更好的适用家用特征，该技术是VR虚拟技术的主要发展趋势。（5）高频压缩技术。高效视频压缩技术与VR虚拟现实技术的结合，可以更好的满足用户观看VR需要，它不仅可以节约网络资源，还可以提高视频感受质量，享受到更优质的服务。VR技术领域正向着高频压缩技术的方向快速发展。

结束语

虚拟现实技术主要依靠计算机网络和图形技术以及智能处理、多媒体演示和模拟技术来创建三维虚拟模型和常用的交互式设备。在此阶段，我们不仅将虚拟现实技术应用于电子娱乐，而且还应用于环境设计，根据设计内容开发必要的工具。在实际应用中，相关人员应重视质量控制，找出应用中的缺陷和问题，根据实际设计内容加以纠正，并在未来的开发过程中不断更新技术，以实现使用目标。

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