虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用

第34卷第4期湖南农业大学学报(自然科学版) Vol.34 No.4 2008年8月Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Aug．2008文章编号：1007-1032(2008)04-0458-04虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用刘 丹(湖南农业大学体育艺术学院，湖南长沙410028)摘要：研究虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用，认为虚拟现实技术的基本特征吻合现代环境艺术设计的需要，该技术可以直观地展现艺术设计，提高预算精确性，增强设计双方的互动性，有助于配景展现，突破了传统环境艺术设计表达思维的维度限制，是一种比较全面的设计表达系统，具有广阔的应用前景．应用该技术时，设计者必须认识到环境艺术设计中引入虚拟现实技术的目的是为人服务，是为了满足人际交流的需要，因此，应用中应避免技术中心和忽视客户的感知倾向.关键词：虚拟现实；环境艺术设计；表现手法中图分类号：TU981 文献标识码：AApplication of virtual reality technique in environmental artistic designLIU Dan(College of Physical Education and Fine Art，HNAU，Changsha 410128，China)Abstract：Application of virtual reality technique was researched in modern environmental artistic design．It presented the following advantages：its basic characteristics coincided with the rrquirements of modern environmental artistic design．It could：demonstrate the artistic design in direct perception；improve budget precision；reinforce mutual interaction；demonstrate．It could break through the traditional thinking dimension．It was a full-scale design express system．Therefore，it’s perspective．However in applying this technique，the designer should keep in mind that the introducing of this technique aims to serve people to satisfy peope’s communication desire．Therefore，tendency of excessive technique-orientation or neglect of customer’s perception should be avoided．Key words：virtual reality；environmental design；expressing method虚拟现实(Virtual reality，简称VR)技术是21世纪超越多媒体技术、建筑动画以及网络技术的一门专业综合性信息技术．从某种意义上看，它集成了计算机多媒体、图形学、人工智能、网络进行处理等技术的最新发展成果．中国对虚拟现实技术的研究始于20世纪90年代初，较早开展此项技术试验的西安虚拟现实工程技术研究中心、清华大学国家光盘工程研究中心、哈尔滨工业大学计算机系等在虚拟现实技术视觉接口方面获得了研究成果[1]．虚拟现实技术设计了基于PC机的虚拟现实系统，实现了大全景虚拟现实演示方式；开发了虚拟建筑环境实时漫游系统，同时，除场景演示外，核心技术还成功地解决了人的高级行为中特定人脸图像与表情的合成问题；研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步和视觉接口技术；完成了虚拟现实中的体视图及软件接口．由于核心技术的飞速发展，虚拟现实技术已被应用到工业设计、建筑设计和环境艺术设计等领域．笔者研究虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用，以期更好地发挥虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用优势．1 虚拟现实技术的基本特征吻合现代环境艺术设计的需要虚拟现实技术的基本特征：多感知性、沉浸感、交互性、构想性．这些特征使操作者能够真正进入收稿日期：2008-05-12基金项目：湖南省社会科学基金项目(02ZC09)作者简介：刘丹(1956-)，女，湖南长沙人，硕士，副教授，主要从事环境艺术设计、数码艺术及公共环境表现等方面的研究．第34卷第4期刘丹虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用459到一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流．通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维．这种身临其境的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟现实的实质特征．虚拟现实技术的上述特征吻合现代环境艺术设计的需要．在现代环境艺术设计中引入虚拟现实技术，设计工作者可以通过计算机进行虚拟现实技术系统处理，其虚拟现实中的景物既可以是真实物体的模型，也可以是现实生活中看不到的具象模型．例如：在方案实施之前，设计人员可以以直观的方式与建设方讨论、汇报设计方案和设计工程模型，实施单位能很容易地从虚拟方案与模型中看出问题，提出修改意见或选择方案[2]．这种方式不但表现新颖，直观性强，而且操作简单，每个客户都可以自己亲身感受；另外，对一些复杂的建筑规划、环境景观设计、室内设计等也可以起到非常好的互动演示．随着输入输出设备价格的降低和视频显示质量的提高，加上功能强大、容易操作的应用软件的开发，虚拟现实技术的应用被迅速普及和推广．2 虚拟现实技术在现代环境艺术设计中的应用优势近年来，环境艺术设计在中国得到极大的发展，人们对各类环境品质的要求随着物质生活水平的提高而提高．人们在建设物质家园的同时，更呼唤一个能代表自己文化身份的精神家园．环境艺术是联系公众和提升城市文化品位的关键．环境艺术是以建筑的内外空间环境来界定的，它涉及的学科门类多，设计范围广，涵盖了室内和室外两种空间元素，其中以室内、家具、陈设等要素进行的空间组合设计，称室内环境艺术设计；以建筑、道路、场地、绿化、铺装、水体、雕塑、景观小品等要素进行的空间组合设计，称室外环境艺术设计．环境艺术设计是一个复杂的系统工程，它不同于一般的艺术创作，是在尊重自然环境和现实条件的基础上，运用科学与艺术的方法，对环境进行改善和创造，使之更适应人们的生活、工作和休闲等各种活动和交流．人的认识活动从感觉开始，通过感觉，不仅能够了解客观事物的各种属性，而且感觉是意识和心理活动的重要依据，也是人脑与外部世界的直接联系．从人的感觉需求出发，人们希望能以直观可视的方式完美地表现，而虚拟现实技术的应用可以满足人们的这一需求．2.1 虚拟现实技术可以直观地展现艺术设计随着城市化进程的推进，房地产业迅速崛起，大量的公共环境空间需要进行设计．以城市规划设计为例，在规划设计方案的汇报展示阶段，环境艺术的表现手法经历了从手绘图纸—电脑效果图—建筑动画(建筑漫游)的发展过程，人们总是在寻求高技术、高艺术品质的表现手法来达到最佳效果．虚拟现实技术的特点使其在环境艺术设计方案表现方面具有相当的优势，相对于传统的表现技术具有创造性的进步．虚拟现实技术通过软、硬件平台的搭建可以形成逼真的虚拟环境，为客户提供全方位的视觉、听觉、触觉等各种感观刺激信息，让需求方有一种身临其境的感觉(图1)．通过感官上的刺激来使客户大脑在极度活跃和高度集中的状态下完成整个展示内容的记忆，能更加吸引客户的注意力，也能促使记忆的内容更加深刻和持久．图1 虚拟现实在园林景观设计中的应用Fig.1 Application of VR in landscape architecture2.2 虚拟现实可以提高预算精确性虚拟现实技术的应用优势还能够在项目成本的计算中得到体现．它可以加强结构和材料预算的精确度，从而尽可能地避免由于预算出错而出现的各种问题．例如：虚拟的大型城市规划、复杂的房屋建筑(图2)和虚拟的室内外装修(图3)等，可以指导设计人员对结构进行认识，避免在设计过程中因材料预算不周而带来不必要的损失．460 湖南农业大学学报(自然科学版) 2008年8月图2 虚拟现实在建筑及城市规划设计中的应用Fig.2 Application of VR in architecture and city's landscaping plan图3 虚拟现实在室内设计中的应用Fig.3 Application of VR in virtual room2.3 虚拟现实技术可增强设计双方的互动性虚拟现实技术在设计方案的汇报阶段体现出独特的魅力，在设计表达与客户沟通上，比传统的表现方式更加具有互动性．客户可以亲身进入虚拟的房间内(图4)，考察每个具体设计部位的演示情况以及每个设计元素之间的相互联系，了解整个虚拟现实空间的功能使用过程和功能使用率，使客户能够非常真实地感受所需要的方案展示．与此同时，客户还能够及时与设计师进行探讨、沟通设计中存在的各种问题，进行协作化、协同化交流[3]．这是传统电脑效果图和建筑动画(建筑漫游)无法比拟的，同时也是较多客户比较喜欢的演示模式．图4 虚拟现实在虚拟房间中的演示Fig.4 The demo of VR in virtual rooms2.4 虚拟现实技术有助于配景展现在现代环境艺术虚拟现实技术表现中，除了场景主景外，配景也是非常之重要的，比如植物、人物场景、汽车等都是烘托气氛的形态元素．传统的效果图和建筑动画不能直接自行操作性漫游，而虚拟现实技术可以虚拟场景中的人物形象和配景等．虚拟现实技术系统还可以虚拟历史人物、历史场景(图5)、动物等各种形象，创造一个人性化的环境，以便将它很好地融入环境艺术设计展示中．图5 虚拟现实技术在历史场景虚拟中的应用Fig.5 Application of VR in the virtualization of historical scene3 虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用前景从中国20世纪80年代末“虚拟现实”概念的正式提出到现在，获得了很大的发展[4]．与传统环境艺术设计表达思维相比，该技术突破了传统维度限制的虚拟环境空间表现，是一种相对全面的设计表达系统．它既不必为了传输信道的限制而放弃大量丰富的设计信息，也可以突破二维尺规对形式的束缚[5]．从理论上讲，几乎任何类型的环境空间数据都可以显示在多维的虚拟环境艺术设计中．虚拟现实的发展方向十分明确：更快、更高质量的图形；更便宜、设计得更完善的输入、输出设备；更强的处理能力．这些方面的改进会影响到虚拟现实在环境艺术设计领域的应用，将进一步带动环境艺术设计方法论、环境及环境艺术设计本质的革新，环境艺术师在环境设计中的地位也将被重新讨论．当环境艺术师们探索虚拟现实的表达潜能时，他们将越来越善于表现其经历的复杂性与微妙性，从综合感觉到感情丰富的联想，而虚拟现实的工具与技术也将得到第34卷第4期刘丹虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用461相应的发展．目前，虚拟现实技术虽然在理论与应用上都得到了很大发展，但该技术还不完善，在环境艺术设计领域的应用也还处于起步阶段．同时，环境艺术设计领域中虚拟现实广泛应用的目的，在于充分体现环境艺术设计以满足人和人际活动的需要．环境设计通过创造各种空间环境设计为人服务．设计者始终需要把人对环境的要求，包括物质使用和精神两方面，放在设计的首位[6-7]．由于设计过程中矛盾错综复杂，问题千头万绪，设计者需要清醒地认识到环境设计中引入虚拟现实技术的目的是为人服务，是为了满足人际交流的需要，因此，应用中应避免技术中心和忽视客户的感知倾向．随着计算机技术的高速发展和广大环境艺术设计者的积极参与，多媒体、可视化和虚拟现实技术、智能技术、CAD与MIS系统的综合、网络技术、协同工作环境等，都将进入研究与开发领域．引入虚拟现实技术可以使设计者置身于一个相对真实的模拟空间，使得环境艺术设计能够突破“平面、立面、剖面”的常规模式，让设计者从各个不同的角度直观地面对设计对象，更加深入地研究环境中各设计要素及空间之间的关系和比例，设计出更加完美、更加人性化的作品．虚拟现实技术作为一个新型的设计场景，以其自身强大的设计优势和潜力，将逐渐受到设计师们的重视和青睐[8]，最终将在设计领域中广泛应用，并发挥其重要作用．参考文献：[1] Inskeep Edward．Tourism Planning，An Integrated andSustainable Development Approach[M]．New York：StMartin’s Press，1991．[2] 张玉山．世界当代公共环境艺术．陶艺[M]．长沙：湖南美术出版社，2007：5-15．[3] 林玉连，胡正凡．环境心理学[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006：1-5．[4] 姜学智，李忠华．国内外虚拟现实技术的探讨现状[J]．辽宁工程技术大学学报，2004，23(2)：238-240．[5] 孙立峰，钟力．虚拟现实空间的实时漫游[J]．中国图像图形学报，1999，4(A6)：507-513．[6] 彭建国，石孟良，谢志平．灰空间在现代建筑中的运用[J]．湖南农业大学学报：自然科学版， 2007， 33(3)：376-378．[7] 苏建明，张续红，胡庆夕．展望虚拟现实技术[J]．计算机仿真，2004，21(1)：18-21．[8] 邹湘军，孙健．虚拟现实技术的演变发展与展望[J]．系统仿真学报，2004，16(9)：1905-1909．责任编辑：王赛群英文编辑：罗文翠简讯湖南农业大学刘志敏教授选育成功中国最辣辣椒品种2008年7月17日，湖南农业大学刘志敏教授主持选育的1个高辣椒素含量的特辣型辣椒新品种通过了湖南省种子管理站组织的专家现场评议。