基于虚拟现实技术下的空间模式解读

摘 要：虚拟现实技术下的空间模式是利用数字技术去营造可感知空间的重要方面，作为现代数字技术表达最前沿的综合性设计体系，表现出其研究方法与研究领域的新颖性和先锋性。虚拟现实技术通过人机界面对复杂数据的可视化操作以及其特有的交互性，其设计語言、设计形式以及设计手法引领着众多技术的广泛运用，逐渐成为当前数字技术设计领域的研究焦点。本文试图从虚拟现实技术的研究方法与研究视角为解读基础，从虚拟空间与真实空间的阐释、“虚拟”与“虚拟现实技术”辨义，以及基于虚拟现实技术下的空间模式研究等方面作出诠释。

关键词：虚拟现实;数字技术;空间模式

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2020）09-000-06

随着现代社会科技与文化的不断发展，虚拟现实技术对设计的影响以及空间的视觉体验已经形成了一种状态。以视觉文化为中心的虚拟现实的视觉体验也不断地走进与影响着人们的生活。它最大限度地提升了人类视觉认知的需求，从传播方式以及人们的视觉体验上改变了信息交流的模式。而基于虚拟现实技术的空间模式是数字语言营造体验性空间的重要体现，表现出在现代科技研究领域的前沿性、综合性和新颖性。

1 虚拟和虚拟现实技术

“虚拟”是指人们通过想象而表现出对事物的理解、想法以及行为，而这些对事物的理解、想法以及行为并不是真正存在于实际的客观世界中。“虚拟”的本质是由客观信息构成的，即组成“虚拟”的目的的信息是存在于客观世界的客观信息。而“虚拟现实技术”是通过人机界面对复杂数据的可视化操作及其特有的交互性，其设计语言、设计形式以及设计手法引领着众多技术的广泛运用，逐渐成为当前数字设计与视觉体验研究的焦点。

在现代汉语中，“虚拟”这一词是由“虚”与“拟”两个字组成一个结构，“虚”在词意解释上被认知为空的、不真实的甚至是假的，常用的组词有虚空、虚幻、虚假、虚名等。“拟”的常用词组也有很多，有比拟、模拟、拟真、模仿、揣度等。当“虚”和“拟”组成一个词时，常常和某些词语相关联，通常会被认为是“现实”“实际”等词语的对应面。对“虚拟”这个词的解释包括两个方面：一是作为形容词用，表达的是假设的，以及不符合或者不一定符合现实的意义;二是作为动词用，虚构、编造、捏造等。从“虚拟”的动词组词属性来看，它表达的是一种动作，或者说表达了一个过程和结果，它与人们的现实活动有关。从“虚拟”和人的相互关系上来解读，可以说，“虚拟”表现出人的自由性与超越性，体现出某种哲学的意义，这是因为“虚拟”本身的现实体验也与真正的现实体验有着根本的不同;从“虚拟”的表达意义来解读，可以说，“用电脑网络代替传统的信息产生和传递方式，并把以这种方式进行的人们之间的思想交流或信息交换、存储、获取过程称之为虚拟”。[1]因此，“虚拟”在广义上表达的是人们借助数字化的技术表现来形成超越真实的体验，并通过虚拟的观念与虚拟的数字化来建构非真实世界的过程和结果;而“虚拟”在狭义上的表达，特指利用某种数字化的技术与艺术形成的表达方式。

虚拟现实技术是当今数字化仿真技术的一个重要表现，它与数字图形技术、多媒体表现与传播技术、网络互联与传感技术等多种技术相关联。“所谓虚拟现实技术，是指在计算机软硬件及各种传感器（如高性能计算机、图形图像生成系统，以及特制服装、特制手套、特制眼镜等）的支持下，生成一个逼真的、三维的，具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境，使用户在这些软硬件设备的支持下，能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成虚拟世界中的对象进行交互作用。”[2]现实技术通过数字化技术营造多维的空间，其设计语言体现出全面性、融合性以及真实的体验性，为人们带来了生理与心理上的体验，使体验者感知到某个真实世界的场景，被体验中的场景能够唤起人们的想象力;使处于场景中的人们能够在虚拟的现实中感受到真实世界的魅力;人们也会从虚拟的场景体验中得到情感上的颠覆，此时处于虚拟场景体验中的人们已经混淆了现实与虚拟的状态，现实世界的空间和时间在虚拟的演绎中得到了诠释。正如电影《侏罗纪公园》展示了几亿年前的恐龙（图1），这种虚拟现实技术为人们带来了侏罗纪时代的视觉体验。

虚拟现实技术是将真实世界的元素进行加工与创造形成仿真的现实。而真实世界的元素创造又是基于人们的直觉和普通感官实现的，其视觉体验吸取来自真实世界的形态。其空间形成的手法既是利用数字技术将虚拟影像构成一个虚拟的现实空间，并在实时引擎的支持下实现人与空间的自由交互，创造出对真实世界以及视觉文化的显现。尼古拉斯·米尔佐夫在他的《视觉文化导论》中指出：“视觉文化的构成部分不是由媒介所界定的，甚至也不是由可称为视觉活动的观看者和被看者之间的相互作用所界定的。当我与视觉装置、媒体和技术接触时，我便经历了一次视觉活动。而我说的视觉活动是指视觉符号——技术使符号成为可能并给予支持——和观看者之间的互相作用。”[3]

在虚拟现实技术对空间的营造中，包含了虚拟现实技术对空间环境的模拟和虚拟现实技术对空间的感知两个方面的意义。

第一，虚拟现实技术对空间环境的模拟，体现出利用数字技术来生成实时与动态的立体仿真图像，并通过数字技术进行空间形态的建模，从而实现对虚拟空间环境的营造。因此，在创造虚拟现实中，首先是通过数字技术手法来采集和建构图像，并将所采集和建构的图像转换为相应的数字信号，然后将这些数字信号送到需要的媒介上，最后呈现出虚拟图像与虚拟场景的视觉体验。虚拟场景和虚拟图像的形成涉及图像形态的创造、匹配特征的选取、图像区域的分割以及图像整合的检测等数字建构问题。例如，我们可以采用Rhinoceros、3dmax等来实现空间形态与氛围的营造，我们也可以利用OpenGL技术来实时生成较好的动画效果，提高虚拟场景和虚拟图形的连续性和运动性，在实现虚拟场景和虚拟图形中通过OpenGL软件建模在场景中绘制虚拟图形。

在虚拟现实技术对空间环境的模拟中，除了对空间形态的基本建构外，动态图形技术是虚拟现实可视化最重要的技术手段之一，它通过静态图形与动态影像的相互交融以及预置动态图形和实时动态图形来形成对空间的营造，体现了时间轴上各静止画面连贯形成的时空关系，从而完成具有虚拟现实的空间模式。高仿真的虚拟影像技术的体现是虚拟现实技术支撑下有关影像表达的内容，它改变了传统二维的成像方式，利用了全方位360°的视角，使人们的场景体验更直观、更真实、更清晰，给人们营造了更好的视觉体验。高仿真虚拟影像技术在先进和丰富的数字技术发展的基础上，将虚拟影像技术与仿真技术相结合，形成更为逼真的虚拟现实。

第二，虚拟现实技术对空间的感知。人们对空间的体验与感知除了视觉感知外，还包括触觉、听觉、嗅觉、味觉以及运动知觉等。而基于虚拟现实技术对空间的体验与感知则是通过人们的视觉体验才能实现对空间的认知，它是利用数字技术的制作、拍摄、整合等方式将符合内容的虚拟现实表达出来，然后通过虚拟影像构成一个虚拟空间。一个理想化的虚拟现实环境应该具备应有的感知功能。因此，虚拟现实技术包含3个方面的因素：一是存在感，作为表达的对象在虚拟空间环境中所体现的真实程度，既所创造的虚拟现实空间环境应该使体验者仿佛身入其境，难辨虚实;二是交互性，体验者对利用虚拟现实技术创造的环境，可以通过人与环境的虚拟交互得到如同真实的反馈程度;三是自主性，指的是虚拟环境中表现的对象反映了现实世界存在的物质自身的表达。这里包含两个方面的特点：首先，虚拟现实技术对空间的感知需要利用數字技术来处理与体验者动作相适应的数据，并作出实时响应与反馈;其次，虚拟现实技术的呈现需要在先进的数字技术支撑下的多维交互设备来完成，人们可以直接和间接地操纵技术获得身临其境的沉浸感，感受虚拟的视觉场景，也可以在虚拟空间自由移动，并参与内容交互。

虚拟现实技术对空间的体验与感知表现出虚拟和现实环境之间的互相转换。人们通过虚拟现实的体验能够感受到数字技术带来的“真实感”。虚拟现实技术对空间的感知最显著的特点是体验、交互、真实感。这种对虚拟现实的感受将使人们体验到空间环境的表象特征，所形成的“虚拟”场感，体现出人与数字技术相互关联以后产生的交融性、相互性以及参与性，其中参与性又体现出虚拟现实技术的重要特点，因为“对参与性的重视是媒体本身演变的结果”。[4]这种交融性、相互性以及参与性体现在人们视觉感知空间时对现实世界的重新建立和仿制，造成一种既像幻觉又像真实的虚拟场景，形成虚拟世界和现实世界的混淆与融合，使体验者可以进入沉浸式或半沉浸式的虚拟现实空间环境中。

2 虚拟空间和真实空间的关系

虚拟空间和真实空间的关系存在彼此对立、多维相通的有机联系，它们通过组合、叠加、相印形成了一个无法分离的“多维空间”，即“超空间”。“在数学物理学中，超空间（hyperspace）也叫多维空间，指的是多于三维的空间。”[5]

首先，虚拟空间和真实空间的关系包含了彼此对立的空间。从空间的意义来看，真实空间与虚拟空间是两个不同的空间模式，而真实空间与虚拟空间更是类似彼此对立的两个世界。因此，想要实现真实空间与虚拟空间的关联认知，则需要采用一定的数字技术手段来实现。人们一般很难自由穿行在两个空间中。真实空间展现出多维概念，既有三维的体积状态，也有与时间相联系的空间状态。而虚拟空间是由数字技术支撑下的空间数据流组成，不存在真实空间的物理特性。例如，电影《逆世界》就讲述了两个这样奇幻的世界（图2）。影片中真实空间与虚拟空间的两个世界是完全颠倒、彼此对立的。虚拟的上层世界富裕而繁荣，真实的下层世界贫穷而脏乱。所展现出的这两个世界又是完全分离并且阻止联系，唯一能够相联系的是一个“过渡空间”，人们只有在这个“过渡空间”里才能相互联系。这两个看起来相距咫尺的空间却如同位于空间的两极。所以从这个意义来看，在虚拟现实技术下所形成的虚拟空间和真实空间在意义的属性上是彼此对立的。

其次，它们共同形成了多维相通的空间。时空具有两个显著的特征：一是时空具有不可分离的特性，意为时空存在的单域性，既空间和时间总是相互关联的，时间体现出此地、此时、此事、此人的有机联系，如果离开时间的概念，空间将变得毫无意义;二是物质主体在空间中的唯一性，物质主体在一个相对的时间中只能距于某一点，或者在此时，或者在彼时，两者兼顾，同时出现的状况是不存在的。英国思想家安东尼·吉登斯（Anthony Giddens）的“时空分延”理论阐述了其中的原理。表述了“时空分延”是指空间和时间的分离和伸延，空间从实际的场所中“脱域”出来，此时，空间之间的阻隔被全部分解，“缺席”与“在场”交融在一起，原有的时空现象被击破了，空间出现“虚化”的现象。空间表现为：第一，物质主体从单域的空间中分离，并嵌入另一个或其他空间中;第二，在固定的空间中的物质主体会通过一定的方法将时间从过去或者未来的空间分离出来，并插入现时的环境，这样的物质主体与空间以及时间都无关。当真实空间与虚拟空间的关系产生多种变化时，会将原有的真实空间打破，使两个原本没有联系的空间同时被置入同一个空间中，形成某个多维相通的空间，呈现出空间的套层与空间的并置的形式属性。

空间的并置是空间营造的某种手法。“并置”是一个重要的文学批评概念，由美国文学理论家约瑟夫·弗兰克（Josef Frank）提出，意指在文本的撰写中并列地置入了一些游离于叙述表达之外的暗示和意象、联系和象征，使描述的内容在文本中获得连续的参照。换言之，并置就是“词的组合”，就是“对意象和短语的空间编织”。

这里所提出的“空间的并置”是指真实空间和虚拟空间摆脱了时间上的关联，被并置在同一个空间之中，从而形成彼此相通以及相互影响的状态。“空间的并置”在意义上体现了空间本身的属性，体现出时间与空间的关系以及相对独立性。因为在同一空间的状态下可以形成两种时态的并置，同一时间的状态下也可以形成多个空间的并置，这种时空并置方式反映出人对空间与时间之间丰富的体验与感知。在空间并置的概念中，最典型的就是“赛博空间”（Cyberspace）。所谓赛博空间，是哲学和数字技术领域的一个抽象观念，指的是利用数字技术手段所创造出的虚拟现实。它存在于人们生活的真实空间外，人们可以在虚拟的世界中任意进入其空间，但却不是真正进入一个现实的空间。而由“赛博空间”意义衍生出的空间观念，体现出现实空间对虚拟空间的映射与超越。

空间的套层表达了空间形成中的状态。空间中所形成的套层结构，犹如影视中的戏中戏结构，是一种具有隐喻和象征作用的结体系。法国著名导演朗索瓦·特吕弗（Fran?ois Truffaut）晚年拍摄的影视作品《最后一班地铁》就展现了“戏中戏”的结构（图3）。空间的套层结构好比一组层积的盒子，多个盒子大大小小一层套着一层，如果不打开下一层盒子，就无法了解盒子里面的空间状况，当然也不知道这组盒子究竟有多少层。空间套层结构在艺术创作与设计创作中经常出现，当下一层空间套入上一层空間时，就需要打开上一层空间才能进入未知的下一层空间中。而运用数字技术进行空间的操作就可以使所创造的真实空间和虚拟空间更为形象、具体，可以使人们通过虚拟现实的体验自由地进入这些空间，并在所创造的空间中互动。英国导演克里斯托弗·诺兰执导的电影《盗梦空间》就是利用数字技术营造的套层式空间结构（图4）。整部影片共设置了6个空间和4层梦境，其中每一个创造的梦境都被套在前一个梦境之中，要顺利进入下一层的梦境里，一定要按照构造的层级关系来设置，不可以跳越层级，所有的梦境空间形成一个大的关联空间环境，每一层梦境都有自己的主要场景和不同的造梦者，形成了一个有趣的虚拟空间套层结构。

3 虚拟现实技术中的空间模式

虚拟现实技术中的空间模式包含着由虚拟空间和真实空间混合而成的一种空间模式，既虚拟现实技术中增强虚拟空间模式以及虚拟现实技术中增强现实空间模式，这些空间模式极大地改变了人们的视觉体验方式。

虚拟现实中的混合空间也称为混合现实空间，混合空间中的虚实相间是其空间的特色，空间的营造只有通过虚实相间才能表现出空间的氛围。最初的对于混合空间的创造只是表达幻想空间和真实空间的混合，当今在数字化技术手段下创作的作品中，混合空间的表达已经不再是仅仅体现幻想空间和真实空间存在关系，而是用虚拟空间来更替对幻想空间的认知，并由真实空间与虚拟空间共同组成混合空间的模式，而混合空间中的“异质性”特征是此空间形式的重要因素。在我们体验的众多真实空间中，就存在着很多“异质性”元素，如镜像空间、消隐空间等，营造了一个既有虚幻空间又有真实空间的“异质性”空间。基于虚拟现实技术的数字化营造会使所表达的混合空间存在异质的、矛盾的、断裂的以及互融的状态，此时，虚拟与真实的界限已经变得模糊不清，呈现出丰富的混合空间模式。

虚拟现实技术中，增强现实空间是运用虚拟技术对空间的表达。所谓“增强”，意为加强、提高、扩大等等。“增强现实空间”（Augmented reality space），是将多传感技术、三维显示技术、交互技术等多项技术相关联，通过数字技术的建构，将多维的虚拟信息应用到所创作的内容中，既将虚拟的物质形态和真实的空间环境相互叠加到同一个图像或者空间中，形成一个有机关联的混合空间。具体在表达时，针对现实空间的实时成像，对空间中的某些物质形态附加数字语言，如图像、声音、视频以及地理位置元素，然后利用数字语言将实时生成的信息与元素在现实空间环境中表现出来，从而形成某种“增强现实空间”的场景。“增强现实空间”与“虚拟现实空间”在概念上有一定的区别。“增强现实空间”强调其真实的体现，是虚拟现实和真实空间的实时的关联与结合;而“虚拟现实空间”强调其空间以及物质形态的虚拟性，所有的空间场景与物质形态都是利用数字技术生成的。

“增强现实空间”的表达方式包含以下两个方面。一是基于图像识别与感知的“增强现实技术”，既先通过数字技术对现实环境中的空间以及物质形态进行图像分析与识别，再将这些空间以及物质形态实时地反映出各种多维的信息;二是基于感应设备的“增强现实技术”，它不需要通过识别空间以及物质形态来呈现虚拟现实，而是通过感应设备以及GPS等的综合演绎，最后呈现出当前真实空间环境中相应的数据内容。

虚拟现实技术中的“增强虚拟空间”（Augmented virtual space）与“增强现实空间”在技术呈现方式上有所不同。“增强虚拟空间”是通过数字视觉技术、传感技术、交互技术以及三维显示技术等方面来实现的，它利用数字技术将现实空间的场景叠加到多维的虚拟环境中，通过虚与实的实时叠加形成同一个混合空间形式。德国艺术家杰弗里·肖（Jeffrey Shaw）的艺术装置《可识别的城市》就是一件典型的“增强虚拟空间”的作品。他创作了一个与传统空间概念完全不同的艺术装置，艺术装置形态利用数字技术对媒体空间以及虚拟现实手法进行探索。整个装置形态的表达以及和观者的互动很有意趣，体验者坐骑在一辆被固定在场景中的自行车上，在这个实时的空间中，一个由巨大字母构成的虚拟城市被投映在屏幕上。此时，体验者在骑车的过程中，穿越这个丰富而又奇幻的城市街道，漫游在城市历史的场景中。“骑车”这一身体活动作为观看抽象世界的基础。在这件艺术装置里，体验者的视觉感知点是固定不变的，当体验者穿行在这座由文字图像营建的虚拟城市时，阅读的旅程就开始了。这座文字城市如同一本多维立体的图书，体验者可以从不同方位阅读，体验者自行车骑到哪里的环境空间，哪里的环境空间就会呈现出自身的文本与意义。因此，通过《可识别的城市》（图5）解读可以认识到“增强虚拟空间”可以使整个虚拟场景更像现实世界一样，实现人与人、人与物之间的交流。“空间”可以使整个虚拟场景更像现实世界，实现人与人、人与物之间的交流。

4 结语

基于虚拟现实技术研究的空间模式解读使我们认识到了视觉世界的丰富与多元。当前，在数字技术的营造下，虚拟现实技术的应用体现出视觉体验的多元化和交融性。虚拟现实的营造通过数字技术的使用，制造出极富审美性的艺术体验，虚拟现实技术下的空间模式也更为丰富、更为新颖。特别是在虚拟现实技术表现中的空间场景与人的互动关系的建构，更加强化以及充分表达了虚拟现实的艺术审美特征，形成了在虚拟现实中的场景互换、角色互换、互动沟通的视觉体验。

如今，虚拟现实技术下的空间模式极大地改变了人们的视觉体验方式，虚拟现实技术的建构与运用给人们带来了更加直观的视觉感受。特别是伴随着虚拟现实空间模式多样化的呈现，其全新的视觉体验方式、先进的数字技术手段以及丰富的表现手段让虚拟现实更具感染力。

参考文献：

[1] 殷正坤.“虚拟”与“虚拟”生存的实践特性——兼与刘友红商榷[J].哲学动态，2000（8）：27.

[2] 张明仓.虚拟实践论[M].昆明：云南人民出版社，2005：37.

[3] 尼古拉斯·米尔佐夫（美）.视觉文化导论[M].倪伟，译.南京：江苏人民出版社，2006：15.

[4] 黄鸣奋.新媒体与西方数码艺术理论[M].上海：学林出版社，2009：12.

[5] 迈克尔·海姆（美）.从界面到网络——虚拟实在的形而上学[M].金吾仑，刘刚，译.上海科技教育出版社，2000：65.

作者简介：韩睿（1986—），男，江苏南京人，研究生，硕士，讲师，研究方向：数字艺术设计。