虚实之间—基于虚拟技术的真实空间情境营造设计教学

朱宁

1 教学研究背景

所谓“虚”“实”之间，旨在探索传统的材料构造的“实”体搭建方法基础上，叠加采用投影成像、传感设备、软件编程等呈现的“虚”拟空间信息的新型手段，达成提升空间潜力、拓展学生专业视野目标，以综合性设计提高课程训练的挑战度。

“虚实之间”课程引入了信息媒介互动设计的方法。这种方法在当前多应用于商业活动、博物展示、景观营造中，且在高校中有专门的设计分支专注于设计方法、表现形式、仪器设备等方面的研究。在媒体与建筑混合教学[1]、文化遗产保护研究[2]、智慧城市[3]、智能家居[4]等方面，都涌现出百花齐放的技术突破并尝试应用于建筑场景中。同时，传统空间营造的真材实料建造模式并未被取代，而是不断被数字技术增强表现力。国际上如MIT[5]、Delft[6]、国内如清华大学[7]、华南理工大学[8]等均开设了专业课程计划面向所有学生提升实体建造的能力。

为了保证多人行为与空间环境的充分互动，投影机是课程主体的表达设备，而没有选择依托如头盔、眼镜等穿戴设备。本文分为“情”“境”“营”“造”4 个部分整合若干学生作业发展过程，从一个侧面探讨新兴教学手段对建筑学教育支撑作用（图1）。

1 虚实之间课程的技术路线示意

2 “虚实之间”——情境营造设计教学

2.1 情：信源对建筑空间的叠加

基于既有空间语境或人群共识，虚拟场景是对语境、共识的一种外化表现，唤起人们既有的行为，即所谓的人之常“情”。游戏规则是一个简单直接的语境（图2）。游戏创造了竞争、合作的规则，也就唤起了空间中人与人互动的共识，重现了游戏中的行为。空间完形则是更加隐性的探索，更类似于建筑师的创作（图3）。这主要体现在对现有空间潜力的挖掘，尤其一些方正且高大的空间更有形式表达的效果。工艺流程也是一种空间借用的思路，更适合于在博物展陈中应用（图4）。

2 作品《贪吃蛇》《相遇》概念设计与现场效果对比

3 作品《象天法地》《星球》概念设计与现场效果对比

4 作品《印染工坊》概念设计与现场效果对比

2.2 境：信宿与建筑空间的互动

所谓身临其“境”，空间塑造的目标是人的行为与感受，也是本次设计要求的最终落脚点。展示时间并非评图时刻，而像展陈活动一样持续一周时间。通过Kinect 识别多个参与者人体轮廓和手部动作，参与者可以进行绘画。再进一步，通过识别手部动作的速度，在模拟的流体场中，用不同的颜色显示人体动作部位周边的“流场”变化（图5）。

5 作品《光之舞绘》《界》互动设计意向图与现场效果对比

2.3 营：信道的虚拟逻辑设计

如何进行媒介传达是承前启后的最关键问题，既需要对软硬件有较为宽广的了解，又要选择便捷简单表达需求的组合方式（图6）。空间界面变成可以随意触摸的触屏，原理是利用激光雷达，任何穿过被扫描平面的物体都可被探测到并被识别为鼠标点击（图7）。单片机为扫描参数控制机械运动提供的媒介，例如可以通过单片机控制一对舵机，改变隔断物体的状态，形成可变空间（图8）。

6 媒介设计的主要逻辑路径

7 作品《相遇》静态互动原理a-地面使用激光雷达扫描人脚位置b-通过软件读取人站立位置c-在相应位置的天花板上投影d-识别二人距离决定天花板光圈大小

8 最终“相遇”的触发机制a-单片机控制舵机旋转b-二人手势近距离红外识别

2.4 造：信道的物理空间落地

由于表达设备为投影仪，呈影面形状、材料、颜色、质感设计成为主攻的目标。呈影面如为平面，则考虑材料的透过率对成像效果的影响；而选择球面、柱面呈影面，则需要漫反射材料，以期在各个角度看上去亮度没有过大差别。厚度要足够薄，保证足够的透射亮度 （图9）。《薄雾馆》作品难能可贵地探索了雾化呈影面的效果（图10），对雾化成像多了不同起雾方式、不同投射方位效果的试验，同时圆柱面的构造节点也进行了多轮推敲，最终通过真实搭建水池和柱面结构的方式，形成了氛围非常神秘的投影互动空间。

9 作品《界》对布料选择的探索a-纱布网孔足够致密，保证足够的分辨率b-纱的的厚度要足够薄，保证足够的透射亮度

10 作品《薄雾馆》全部实验过程展示

3 教育意义

较常规图面作业或真实搭建作业来讲，本课程设计任务挑战度不止翻倍。设计题目的挑战足以让本科四年级学生以2～3 人一组完成一次学科交叉的尝试。尽管绝大多数学生没有编程基础，但最终都可以在其他理工科专业同学的支持下完成本课程的互动展示。课程教学很大程度激发了网络时代“原住民们”的热情和天赋，让学生们意识到未来的智慧城市、智能家居也将是建筑行业的主流，而这些信息化手段与建筑空间一样，也最终为人的行为情绪服务，是回归建筑学本体的一次尝试。□（致谢：本文受到清华大学本科生教学改革项目“面向建筑学六年制本硕贯通培养计划的建造实践教学的价值体系与教学方法研究”支持。由衷感谢在两次课程中无私提供技术支持的教师、研究生、本科生，他们是：清华大学美术学院王之纲教授，清华大学未来实验室刘洁博士，清华大学建筑学院王鼎禄、孙照人、张亦驰博士，以及百造学堂创始人连晓刚、张铮，奥本未来CEO 雷雨。最终并且最重要的感谢，献给参与本课程的所有学生，他们用专业的作品诠释了课程题目，比笔者当初设定该课程时想象的效果更好。）