孫冬+王超

摘要：計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，隨之人類的思維模式也在日益轉(zhuǎn)變，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開始頻繁地出現(xiàn)在我們周圍。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)非常前衛(wèi)并且及其具有潛力的前沿研究方向，是面向未來的一項(xiàng)重要技術(shù)力量。隨著技術(shù)的推廣虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛，典型的應(yīng)用領(lǐng)域有工程、教育，醫(yī)療及商業(yè)類應(yīng)用，而商業(yè)領(lǐng)域中開始出現(xiàn)商業(yè)類動畫的應(yīng)用，這給商業(yè)類的動畫注入了一股新的力量。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 商業(yè)動畫 建筑

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念定義

虛擬現(xiàn)實(shí)簡稱（vr）此類技術(shù)是采取將計(jì)算機(jī)技術(shù)當(dāng)作核心的先進(jìn)技術(shù)而形成的一類非常逼真的感官體驗(yàn)的虛擬環(huán)境，體驗(yàn)者能夠經(jīng)由必要的輸入輸出設(shè)備和虛擬環(huán)境里的目標(biāo)物體展開交互，相互影響，進(jìn)而獲得身臨其境的體驗(yàn)與感受。此類經(jīng)由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬環(huán)境能夠是某一特定客觀世界的再現(xiàn)，亦能夠是純粹虛構(gòu)的世界。輸入輸出設(shè)備包含立體頭盔顯示器，數(shù)據(jù)衣服等，還包含不直接穿戴在身上的傳感設(shè)備。用戶對虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的交互包括身體各個(gè)部位運(yùn)動所傳遞的各種信息，從而用系統(tǒng)反饋回來（圖1）。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是采取計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)建的一類虛擬環(huán)境，經(jīng)由各類輸入輸出設(shè)備達(dá)到用戶和虛擬環(huán)境直接展開交互的技術(shù)。迄今為止VR技術(shù)有以下4種主要特征：①沉浸感，即用戶感到身為主角存在于模擬環(huán)境里的真實(shí)程度，即不僅擁有計(jì)算機(jī)技術(shù)所具備的視覺感知，還包含力覺感知、聽覺感知等。理想的環(huán)境模擬擁有人所具備的所有的感知功能，讓各個(gè)用戶達(dá)到身臨其境的愿望；②多感知性，其不僅包含普通計(jì)算機(jī)所具備的視覺感知，還包含聽覺、觸覺、運(yùn)動感知，更有甚者，還包含味覺、嗅覺等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)當(dāng)具備人所具備的所有感知功能；③交互l生，即參與者對于模擬環(huán)境中物體的可操作程度以及從環(huán)境獲得反饋的自然程度。④自主性，人能夠經(jīng)由對于虛擬環(huán)境里物體參照各自的模型以及規(guī)則展開自主運(yùn)動的操作程度。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

首先從世界最發(fā)達(dá)的國家說起，美國身為世界強(qiáng)國是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探究的起源地，當(dāng)前大多數(shù)較為先進(jìn)的科研機(jī)構(gòu)均坐落在美國。美國這個(gè)NASA Ames實(shí)驗(yàn)室長期以來均為很多VRT思想的源頭，在很久之前，其就開始對于空間信息顯示展開探究，二十世紀(jì)末就開始了虛擬視覺環(huán)境顯示項(xiàng)目，之后還研發(fā)了虛擬界面環(huán)境工作站。在歐洲，英國的Bristol公司研發(fā)的軟件系統(tǒng)DVS是一個(gè)領(lǐng)先于某些標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)環(huán)境。公司還提供了領(lǐng)先于DVS的環(huán)境編輯語言。日本亦緊隨全球發(fā)展潮流，其此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展在全球有關(guān)領(lǐng)域的探究里亦擁有非常關(guān)鍵的地位。VR技術(shù)這一領(lǐng)域投資大、難度高。相較此類國家而言，我們國家在，VR技術(shù)上的探究起步較遲，還具備非常大的上升空間，伴隨計(jì)算機(jī)工程等技術(shù)的迅猛發(fā)展，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)獲得了充分的重視，獲得了我國各領(lǐng)域人士的興趣以及關(guān)注，對其的探究和運(yùn)用，構(gòu)建虛擬環(huán)境，正往一個(gè)更為全方位的方向發(fā)展。

（四）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展趨勢

縱覽虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這三十多年來的發(fā)展過程，當(dāng)前看來“高能、低成本”依然是其將來研究主要遵從的路線，有下面幾個(gè)核心發(fā)展方向，基于軟件、硬件層面加以探究：

1.動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。VR技術(shù)的中心內(nèi)容是依據(jù)人的需要?jiǎng)?chuàng)建對應(yīng)的虛擬環(huán)境，在這之中動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目標(biāo)是獲得現(xiàn)實(shí)環(huán)境里的三維數(shù)據(jù)，為創(chuàng)建虛擬的環(huán)境給予具體數(shù)據(jù)。接著依據(jù)我們的需求，創(chuàng)建對應(yīng)的虛擬環(huán)境模型從而獲得三維數(shù)據(jù)。

2.圖形實(shí)時(shí)生成和顯示技術(shù)。怎樣“實(shí)時(shí)生成”是三維圖形的生成技術(shù)的重中之重。立體顯示與傳感器技術(shù)的發(fā)展對于VR技術(shù)提供平了一個(gè)優(yōu)良的平臺，當(dāng)前我們應(yīng)當(dāng)基于此技術(shù)上加以革新，因?yàn)楫?dāng)前我國的虛擬設(shè)備還無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求。

3.交互設(shè)備的研制。我們能夠經(jīng)由輸入輸出設(shè)備，來達(dá)到VR技術(shù)讓參與者采取人類自然的技能和感知能力與虛擬世界里的對象展開交互作用，讓其形成身臨其境的體驗(yàn)。主要的輸入輸出設(shè)備主要有：數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、頭盔顯示器等（圖2）。因此，就目前形勢來看新型、便宜數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來發(fā)展的趨勢。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲中的應(yīng)用

Unity3D技術(shù)的研發(fā)歷史不長，Unity是一款游戲引擎亦或是游戲制作工具，它致力于游戲開發(fā)者使生活更好、更舒適，也是我們創(chuàng)建構(gòu)造虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的工具。其中主要有三方面的表現(xiàn)：1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)環(huán)境；2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和交互娛樂的結(jié)合；3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使游戲的感覺更感性。以上就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和游戲的相互融合的主要三個(gè)方面。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)在建筑開發(fā)中的運(yùn)用

建筑產(chǎn)業(yè)的競爭日益激烈，傳統(tǒng)方法的性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)者的需求，如樣品室，地圖，沙盤，平面圖。所以機(jī)智果斷啟用最新技術(shù)并將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，抓住把握市場趨勢、發(fā)展的需要，就可先行一步，擊敗競爭對手。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)范圍非常廣泛是一種綜合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、動畫、電視廣告和多媒體的新興技術(shù)，在國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都是很受歡迎的，這種技術(shù)是在當(dāng)今大大提高了房地產(chǎn)行業(yè)綜合實(shí)力，隨之帶來的就是更大的經(jīng)濟(jì)效益（圖3）。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)在工業(yè)中的應(yīng)用

當(dāng)今社會，大批的人海戰(zhàn)術(shù)已經(jīng)不再適應(yīng)工業(yè)的快速成長，各種行業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生了強(qiáng)大的轉(zhuǎn)變，先進(jìn)的科學(xué)和技能進(jìn)發(fā)出巨大的能量。VR技術(shù)的引入，更加符合當(dāng)今社會科技飛速發(fā)展的需求，可以說是科技發(fā)展歷史上—次大的飛躍。把此類技術(shù)應(yīng)用到行業(yè)里是歷史發(fā)展不可逆的發(fā)展態(tài)勢。VR技術(shù)的發(fā)展給很多企業(yè)提供了很多方便，被廣泛運(yùn)用到其發(fā)展中。在公司的發(fā)展中VR技術(shù)的發(fā)展大大提高了工作效率，縮小了計(jì)劃上的錯(cuò)誤，減小了給企業(yè)帶來的損失，對其發(fā)展起了重要的作用。

（四）虛擬現(xiàn)實(shí)在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用

把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到集成化CAD系統(tǒng)中，可以在很大程度上將很多問題加以妥善處理，達(dá)到理想的結(jié)構(gòu)與繪圖、計(jì)算一體化。倘若將其和當(dāng)前的集成化CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想緊密聯(lián)系在一起，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)的集成化CAD系統(tǒng)，完成從建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)方案的選擇到最后結(jié)果的實(shí)現(xiàn)，必將大大節(jié)省工作時(shí)間提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。endprint

首先，建筑師能夠熟練地采用此系統(tǒng)創(chuàng)建以及修改建筑方案，VR技術(shù)的應(yīng)用讓建筑師好像身處于虛擬的環(huán)境里，提前體驗(yàn)接下來將要實(shí)行的方案，能方便地從庫中提取各種物件和材料、家具、設(shè)備。該虛擬建筑模型的尺寸與實(shí)際設(shè)計(jì)里的建筑相同，色彩亦十分逼真，基于質(zhì)感層面而言更是沒的說，建筑師能夠就其展開一定程度的修改、著色，且能夠基于任何視點(diǎn)來觀察此建筑，隨時(shí)改變視角以及光源的條件，以便得最佳方案。

最后，設(shè)計(jì)師就可以利用完成的模型，選取方案，調(diào)整各方面參數(shù)，由系統(tǒng)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出如配筋量和配筋圖等結(jié)果。對參數(shù)反復(fù)修改直至滿意。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑動畫領(lǐng)域的探索

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用與建筑動畫領(lǐng)域的優(yōu)勢

建筑動畫是把建筑以動畫的形式可視化地表現(xiàn)給大眾，VR技術(shù)的應(yīng)用為科技行業(yè)的發(fā)展帶來了極大的便利，拋棄了以往單純的平面手繪表現(xiàn)，這樣我們就可以通過利用計(jì)算機(jī)的三維軟件制作出理想中的虛擬建筑以及周圍的環(huán)境或動態(tài)施工過程，也可以對古代的建筑進(jìn)行復(fù)原，向當(dāng)今社會展示古老的文化，保護(hù)古代遺產(chǎn)，還能實(shí)現(xiàn)讓體驗(yàn)者提前體驗(yàn)概念建筑的愿望。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與古代建筑遺產(chǎn)保護(hù)

隨著時(shí)代的變遷，古建筑的損毀程度越來越大，甚至很多世代建筑佳作都被歷史的潮流所淹沒，后人只有通過歷史資料上的圖文等來了解古代的建筑風(fēng)貌，局限性很大，給研究者帶來了極大的不便。古代建筑遺產(chǎn)擁有非常巨大的歷史、科學(xué)、藝術(shù)價(jià)值，基于古建筑的特定以及vR技術(shù)的優(yōu)勢，能夠經(jīng)由資料的搜集、整理、探究把獲得的信息展開數(shù)字化重新構(gòu)建虛擬漫游系統(tǒng)，從而有利于保留原古建筑原有的數(shù)據(jù)，供后人研究和瀏覽。目前對古建筑進(jìn)行復(fù)原利用VR技術(shù)，在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同，現(xiàn)如今我國的“虛擬故宮博物”就是一個(gè)成功的實(shí)力，使人們在家里就能夠觀賞到故宮全貌，對于古文物的保護(hù)亦具有相當(dāng)重要的意義（圖4）。

一般來說，為了制作出更精確的建筑模型，必須進(jìn)行精準(zhǔn)的建筑數(shù)據(jù)的測量。包括各個(gè)方面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，比如說梁枋等細(xì)部連接節(jié)點(diǎn)。為了在展開模型制作的時(shí)候能夠有參考，應(yīng)該對于細(xì)部狀況展開草圖的繪制。另外，每座建筑都不能孤立地存在，它必須要有周圍環(huán)境的襯托，所以我們需要熟悉其周圍的環(huán)境并記錄下來，包括其綠化、地形、地貌等。測量的過程，需要全站儀等測量工具。傳統(tǒng)的測量方法是選取建筑上的特殊幾何點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再由三維軟件進(jìn)行建模，這種離散點(diǎn)測量方法幾何形狀規(guī)則，對于框架結(jié)構(gòu)的樓房類建筑相對簡單，但對于形狀不規(guī)整、有飛檐翹脊的古建筑，反而增大了工作難度。這時(shí)可采用三維激光掃描技術(shù)，它可以高密度地采集建筑表面的點(diǎn)，形成點(diǎn)云，點(diǎn)越密集越精確。

為了真實(shí)地再現(xiàn)古建筑的場景，我們應(yīng)該在對于數(shù)據(jù)展開測量的同時(shí)，采用相機(jī)拍攝建筑對應(yīng)的紋理細(xì)節(jié)貼圖圖片，在這之中包含墻面、屋頂?shù)龋ξ覀兪占降倪@些照片資料進(jìn)行編號，以便和后續(xù)CAD圖對應(yīng)。為保證貼圖照片的質(zhì)量，拍攝的時(shí)候要注意光線、角度。

為了全方位地理解古建筑文化遺產(chǎn)的內(nèi)涵，在實(shí)地調(diào)研的同時(shí)，還要做收集相關(guān)資料的工作，首先我們可以通過查閱歷史文獻(xiàn)、采訪當(dāng)?shù)赝林用駚慝@得有效信息再進(jìn)行卓一篩選。在創(chuàng)造合成古代虛擬建筑環(huán)境的時(shí)候，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的優(yōu)勢將收集到的相關(guān)資料出入其中，提供給參觀者。

實(shí)地調(diào)研完畢之后，我們應(yīng)該將搜集到的數(shù)據(jù)展開歸納、總結(jié)，為之后的工作奠定基礎(chǔ)。首先用AutoCAD軟件畫出平面圖，可以在測量階段就把CAD圖畫出來。

古建筑里的臺階、梁柱、墻壁此類物體形狀是規(guī)則的，能夠經(jīng)由3ds MAX的標(biāo)準(zhǔn)基本體來創(chuàng)建模型。然而就古建筑周圍山水、樹等形狀不規(guī)則的景觀，難以采取標(biāo)準(zhǔn)基本體來創(chuàng)建模型，此時(shí)能夠采取隨機(jī)分形集合技術(shù)來構(gòu)建模型。另外，為了讓最后的虛擬古建系統(tǒng)運(yùn)作順暢，應(yīng)該對于模型展開優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)在下一步的烘焙之前應(yīng)該落實(shí)到位，倘若烘焙好之后想要再展開優(yōu)化就需要返回3ds MAX再一次對于模型加以修改，修改好以后再次烘焙，如此就做了許多重復(fù)性工作。

三維模型制作完畢以后，為了確保古建的真實(shí)性，應(yīng)該對于建筑模型貼圖。然而在采用貼圖以前我們應(yīng)該對于照片展開PS處理，由于古建筑通常具有相當(dāng)長的歷史，照片中的建筑難免有污點(diǎn)、殘缺、裂紋，拍攝時(shí)也要注意周圍的光線，其也影響到照片的質(zhì)量，因此亟需Photoshop等軟件展開處理，另外，對于照片的亮度、對比度亦應(yīng)該加以修復(fù)。

最后就是將模型中的光影用貼圖的形式導(dǎo)入到虛擬漫游、交互軟件中，體驗(yàn)真實(shí)的感覺。

結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在商業(yè)及建筑設(shè)計(jì)過程中的空間和時(shí)空的真實(shí)轉(zhuǎn)換，令扁平和乏味的圖紙與圖片更加立體和生動，全面而直觀地展現(xiàn)設(shè)計(jì)師的意圖和概念。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的空間和涉足的行業(yè)會隨著科技的發(fā)展愈發(fā)廣闊，尤其在文化傳播方面給設(shè)計(jì)者提供更為深刻的設(shè)計(jì)思路。endprint