楊茹元 袁 權(quán) 孫友富 Yang Ruyuan & Yuan Quan & Sun Youfu

(1.3.南京林業(yè)大學，江蘇南京 210037；2.南京信息工程大學，江蘇南京 210044）

經(jīng)濟全球化的浪潮促進了科學技術(shù)的發(fā)展與交流，也就使現(xiàn)代展示設(shè)計朝著更科技化的方向發(fā)展。展示設(shè)計在我國屬于一個高速發(fā)展中的行業(yè)，特別是在上海世博會之后，將信息技術(shù)應用于科技展示之中已經(jīng)成為了一種潮流。全息三維投影技術(shù)帶給我們的不僅僅是在視覺上的體驗，更是一種精神上的滿足，它改變了現(xiàn)代展示的形式。將全息虛擬技術(shù)應用于展示設(shè)計之中，對于在展示過程中所呈現(xiàn)出來的視覺效果的提升，是其他形式所難以達到的。將全息虛擬技術(shù)與展覽館相結(jié)合，讓展覽館所具有的價值得到極大的提升，將會帶給參觀者在生活中所難以體驗到的沉浸感，同時也讓場館充滿了創(chuàng)意性與科技感。使人們感受到現(xiàn)實世界與虛擬世界的聯(lián)系，讓人們對于展覽的內(nèi)容記憶更加深刻，因而對于展館內(nèi)容的理解也更加全面。

1 全息虛擬技術(shù)研究現(xiàn)狀

通過對文獻的檢索以及查閱，可以發(fā)現(xiàn)針對于全息三維投影技術(shù)的研究較多，針對于現(xiàn)代展示的研究也比較多，但是將全息虛擬技術(shù)用于現(xiàn)代展示中的研究數(shù)量則寥寥無幾[1-2]。

在國外的一些研究中，涉及到對于展覽館的設(shè)計及建設(shè)方面的研究，主要書籍有（德）托伊費爾著《博物館、藝術(shù)館、展覽館展覽和陳列設(shè)計》、《新會縣展覽館的美術(shù)設(shè)計》、菲利普·托伊費爾編著《博物館、藝術(shù)館、展覽館展覽和陳列設(shè)計》、《展覽館展示陳列設(shè)計》，這些書籍的研究大都偏向于理論性的指導，沒有涉及到全息虛擬技術(shù)在現(xiàn)代展示中的運用內(nèi)容?！缎旅襟w實驗藝術(shù)與設(shè)計》、《現(xiàn)代科技展館的創(chuàng)新理念》、《展館研究論文集》等針對于全息三維投影與展示設(shè)計的融合進行了研究，但是這些研究也只是片段性的研究，僅僅闡述了全息虛擬技術(shù)在現(xiàn)代展示中的重要作用。

在國內(nèi)研究中，將全息技術(shù)引入到展館設(shè)計之中的論述并不是很多，《1999-2005年科學技術(shù)館報告》、《新展館學手冊》等比較深刻的對展館設(shè)計中的某一領(lǐng)域和具體細節(jié)進行了分析，但是卻未將展館的設(shè)計擴展到其他領(lǐng)域進行深入的研究，并且對于三維全息投影技術(shù)在這些書籍中都絲毫未涉及。《新媒體實驗藝術(shù)與設(shè)計》、《現(xiàn)代科技館展示理念與新型展示技術(shù)發(fā)展研究》等書籍中出現(xiàn)全息三維投影技術(shù)的相關(guān)概念，但是這些研究仍然沒有將全息三維投影技術(shù)作為主題性的方向進行探索，未對全息三維投影技術(shù)的重要性以及具體的運用手段從技術(shù)的角度進行闡述。

從當今世界科技的發(fā)展方向來看，越來越多虛擬技術(shù)的產(chǎn)生和應用為全息三維投影技術(shù)應用于展示設(shè)計中提供了技術(shù)性的支持。國外非常多的公司已經(jīng)針對全息三維投影技術(shù)進行了研究，在國內(nèi)來說雖然有些企業(yè)已經(jīng)進行了研究，但是由于時間較短，并沒有進行大規(guī)模的商用。

2 全息虛擬技術(shù)分析

2.1 全息虛擬技術(shù)原理

圖1 肖維巖洞壁畫

圖2 《蜀繡》表演

圖3 汽車展會上發(fā)動機全息模擬

圖4 全息虛擬室外效果

圖5 擬試驗三維制作效果圖

通俗的來講，全息虛擬技術(shù)就是在我們的視線中營造出一個三維圖像，這種三維圖像與我們觀看3d電影時所佩戴的3d視覺有著本質(zhì)的區(qū)別，往往在觀看3d電影的時候需要佩戴紅藍光眼鏡，而紅藍光眼鏡的最主要功能就是過濾屏幕中的一些光線[3]。但是全息虛擬技術(shù)不需要使用其他的設(shè)備進行光線過濾，全息虛擬設(shè)備已經(jīng)幫助人們把一部分光線轉(zhuǎn)換成人視覺可見的三維立體影像。僅僅有設(shè)備并不足以支撐全息虛擬技術(shù)的發(fā)展，還要借助一部分的后期影像制作，后期影像制作人員的主要工作就是為全息虛擬技術(shù)提供素材，比如在全息虛擬設(shè)備運行的過程中，人們所感受到的一些爆炸、洪水、懸崖都是后期制作人員來完成的。

2.2 全息虛擬展示要素分析

2.2.1 全息三維虛擬展示的受眾因素

在大部分的建筑空間之中，人是最重要的環(huán)境感受者。在這個空間中，人是唯一的主體，人與人之間是要相互進行溝通的。對于展示環(huán)境來說，展示場所中的人與其他場所中的人有著一定的區(qū)別，人去展廳中的主要目的并非是去交流，而是進行信息的獲取，也稱之為信息的受眾[4]?！笆鼙姟睆淖置嬉饬x上來看就是接受者，人就是在展示環(huán)境中的受眾，也就是信息的接受者，在展示過程中受到多種因素影響，所以在虛擬展示設(shè)計中我們必然需要去考慮這些影響因素。

虛擬展示技術(shù)是一種新型的科學技術(shù)，這種科學技術(shù)剛剛普及，因此對于大部分的人來說都是比較有吸引力的，從這個意義上來講虛擬展示具有新奇、獨特的特點，而這種新奇、獨特的特點也是其讓受眾前來參展的主要動因之一。

2.2.2 全息三維虛擬展示的環(huán)境因素

對于虛擬信息展示來說，信息展示所需要的空間主要有兩種：一種是容納設(shè)備和參觀者的物理空間，一種是容納展示信息的虛擬空間[5]。

物理空間為虛擬空間展示提供基礎(chǔ)的場所。物理空間是相對穩(wěn)定的因素，一般情況下物理空間是指展示場館之中的界面、色彩、地面、裝飾材質(zhì)、裝飾風格等不同的元素，這些元素在一般情況下很少會發(fā)生變化，僅僅是作為展示中的輔助因素而存在的，一般參展的人在勞累之后需要休息，為參展者創(chuàng)造一個穩(wěn)定舒適的空間環(huán)境，這也是物理空間的作用之一。

除了全息三維虛擬展示中的物理因素之外，對參觀者最具有影響力的是虛擬空間要素。虛擬空間要素與物理空間有著相當大的區(qū)別，三維虛擬展示中的元素是以虛擬場景的構(gòu)建為主體而存在的，這些元素都是通過計算機模擬而產(chǎn)生的，虛擬展示的內(nèi)容、形式以及互動性，是影響參觀者的決定性因素[6]。

2.2.3 全息三維虛擬展示的情節(jié)因素

每個人的經(jīng)歷都是不同的，因而就導致了每個人的情感喜好、認知都有所差別，全息虛擬技術(shù)在展示的過程中不可能滿足所有人的需求，但是可以滿足大多數(shù)人的需求。虛擬展示在進行的過程中所展示出來的內(nèi)容對于每個人的感官影響是不同的，產(chǎn)生差異的主要原因是由于人們對于生活情節(jié)的記憶以及生活情節(jié)的聯(lián)想是不同。全息虛擬展示也是一種藝術(shù)形式，每一種藝術(shù)形式都與現(xiàn)實有著一定的聯(lián)系，所以說同樣的內(nèi)容展示出來帶給人的感受是不同的[7]。

3 全息虛擬技術(shù)在展示設(shè)計中的應用

3.1 展示空間中全息虛擬技術(shù)的應用案例

法國著名的景點——肖維巖洞壁畫（圖1），就是運用了全息虛擬技術(shù)進行展示[8]。由于肖維巖洞壁畫具有非常強的線條感，利用全息虛擬技術(shù)展示的時候運用了透視法以及線條的明暗變化，對于巖畫中所出現(xiàn)的動物，更是運用了動態(tài)的展示方法，帶給參觀者以無限的視覺享受，人們在參觀的過程中無不驚嘆古人的智慧，全息虛擬技術(shù)使肖維巖洞壁畫以更生動的形式重現(xiàn)在人們的眼中。

在2015年的春節(jié)聯(lián)歡晚會上，利用模塊化的舞臺，李宇春表演的《蜀繡》（圖2）受到了大家的歡迎，這是在春晚舞臺上第一次使用全息投影技術(shù)。該舞臺全息投影技術(shù)在制作完成后，在產(chǎn)生立體空中幻像的同時，真實表演者可以與幻像產(chǎn)生互動，疊加背景舞臺的多媒體投影一起動態(tài)地完成表演，產(chǎn)生令人震撼的視覺效果[9]。近年來，全息投影技術(shù)也開始被應用到展會和展覽館中，如廣州車展上（圖3），一些品牌使用了全息投影展臺，吸引了參觀者的目光[10]。

全息虛擬技術(shù)從上個世紀產(chǎn)生以來一直歸于沉寂，但隨著計算機科學的不斷發(fā)展全息虛擬技術(shù)有了更廣闊的應用和發(fā)展空間，在這個過程中由于科學家與藝術(shù)家之間不斷的溝通與交流，運用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)讓藝術(shù)作品與觀眾之間的溝通更加暢通，使大眾對于藝術(shù)以及科學技術(shù)的認識更加深刻。

3.2 全息虛擬技術(shù)的拓展應用

對于人類來說，對未知的探索是人類得以進步的原動力，擴大人類的生存空間是其中最好的選擇之一[11]，但是對于居住在地球上的人來說，將全息虛擬技術(shù)應用于生活之中，將極大的擴展我們生活的空間。

3.2.1 利用全息投影拓展室內(nèi)空間

將全息投影技術(shù)用于居住空間之中，可以將窗外的花鳥魚蟲和大海藍天搬到室內(nèi)之中，讓我們享受到平時難以享受到的自由生活（圖4）。但是目前全息虛擬技術(shù)還屬于新興行業(yè)，推廣到家用的成本比較高，在成本降低之后，對于家用來說是非?？尚械腫12]。人們生活節(jié)奏的加快與城市資源的日益緊缺，使人們想要在較小的空間范圍內(nèi)獲得更好的生活體驗，全息虛擬技術(shù)將會成為一種非常好的選擇。

3.2.2 利用全息技術(shù)拓展智慧生活

智慧家庭的概念早已被產(chǎn)業(yè)界所提出，其主要目的是希望利用當今世界先進的計算機技術(shù)為家庭提供一個更舒適的居住空間[13]。隨著時代和科技的發(fā)展，人們對物質(zhì)層面的智能化已經(jīng)不再那么強調(diào)，更注重的是精神層面的因素。全息化智慧生活逐步走進人們的視野，在未來，全息旅行、全息醫(yī)療、教育等等都會注入到智慧家庭生活之中，以此帶給人更多的舒適感和便利感。

3.2.3 利用全息技術(shù)拓展軍事應用

對于現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展來說，傳統(tǒng)的技術(shù)手段已經(jīng)難以滿足軍事技術(shù)快速發(fā)展的需求，二維顯示技術(shù)在軍事運用中已經(jīng)成為一種逐步被替代的技術(shù)，全息投影技術(shù)所擁有的圖形立體感高和仿真程度高等技術(shù)優(yōu)勢可以充分滿足現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭發(fā)展的需求，目前全息虛擬技術(shù)在軍事中主要有戰(zhàn)場環(huán)境仿真、幻覺武器、軍用視覺偽裝等多種形式[14]。

4 全息虛擬技術(shù)試驗研究

4.1 試驗原理

該試驗目的是制作一個小型的全息虛擬三維道具，來模擬并論證目前展覽展示場館中所應用的技術(shù)以及可實行度，該試驗利用自制特殊視頻源文件、全息反射膜、4個半透特殊玻璃對光線進行反射和折射，讓虛擬圖形在全息膜載體上進行呈現(xiàn)，呈現(xiàn)畫面為虛幻影像，畫面進入眼簾后呈現(xiàn)出360度立體畫面。視頻源文件利用After Effect、Premiere軟件進行設(shè)計編輯，處理出的視頻文件分別有上下左右四個畫面，對同一虛擬物體進行全三維信息模擬，該物體需要進行全三維模型編輯并執(zhí)行動作渲染，形成連貫的動作視頻畫面。處理后視頻文件同時播放，并在全息膜上各自對應呈現(xiàn)虛擬面，最終實現(xiàn)全息虛擬動態(tài)形象（圖5）。

4.2 材料準備與試驗過程

在試驗前需要根據(jù)最終呈現(xiàn)效果的面積大小進行材料選擇，并確定播放源和源文件，播放源可以選擇電視、電腦顯示器、IPAD或手機。源文件需要確實虛擬物體，例如虛擬地球，另外需要準備全息膜和工程塑料透明玻璃板數(shù)張。經(jīng)過試驗得出在過程中需要注意如下事項：

圖6 自制試驗1、2

圖7 自制試驗3、4

圖8 模擬試驗360度全視頻

圖9 模擬試驗虛擬動態(tài)地球演示效果

①確定制作呈現(xiàn)模型的大小，以及確定框架大小用以支撐播放平臺。試驗最后圖像虛擬接受面，即制作的透明玻璃板，分別用1、2、3、4四個面搭建成錐形體（圖6），視頻源畫面經(jīng)過該錐形體發(fā)射和折射后進入觀察者眼界，每一面視頻源文件需正好與錐形面覆蓋，使四個錐形面同時接受畫面。錐形面斜角面需與底面呈45度角，且錐形面需為等邊三角形。在制作過程中總結(jié)發(fā)現(xiàn)：在制作接受畫面的錐形體時，六等錐出現(xiàn)的虛擬畫面最為精準，三角錐在圖像呈現(xiàn)時有稍許變形，而六等錐可以無死角地讓觀察者看到清晰完整的全息圖像。

②錐形體的制作。用透明玻璃根據(jù)呈現(xiàn)畫面的大小進行裁切，定位出三塊等大的玻璃或者有機玻璃，外貼全息膜，再用工程玻璃膠或者不干膠逐步粘結(jié)成金字塔形狀（圖7）。視頻播放源有兩種放置辦法——下置和上置。這兩種放置辦法同樣都要讓錐形體的金字塔尖對著視頻播放源。上置時視頻播放源需考慮用支架固定，這兩種方式分別有各自的優(yōu)勢和劣勢：上置視頻源，觀察者低視效果最佳，這樣視頻源不會出現(xiàn)在觀察者眼中，只會出現(xiàn)全息虛擬畫面，該試驗采取視頻上置。下置視頻源，觀察者需仰視效果最佳。這樣就要求，整個模型需要抬高到一定程度，最好是在觀察者視線之上。這樣觀察者只能看到錐形體內(nèi)出現(xiàn)的虛擬畫面，而視頻源文件不會對視線進行干擾。

③錐形體四個面需要正切四個視頻源文件，視頻源文件制作需要注意背景干擾問題。首選為突出虛擬物體形象，背景為黑色較為適宜。在視頻制作過程中常用制作軟件為Premiere、After Effect、MMD、3DmaxMaya，首先需要利用三維軟件3Dmax或Maya進行虛擬模型的制作，該模型需要全三維體，利用軟件自帶材質(zhì)進行貼圖并進行動畫關(guān)鍵幀的設(shè)置，最終執(zhí)行渲染動畫，在動畫渲染過程中需要分別渲染上下左右四個視圖動畫文件，即360度全文件（圖8）。再利用MMD及AE或Premiere軟件進行格式轉(zhuǎn)換，將模型渲染出來的多個視頻文件轉(zhuǎn)換成一條全視頻文件，這個視頻文件即最終播放視頻的源文件。

該試驗屬于全息虛擬的一種方式，也是目前相對比較簡易的一種方式，在某種意義上他是一種偽全息影像的呈現(xiàn)，因為它是利用人眼的視錯覺，主動進行畫面的鏈接識別[15-17]。在投影中其實視頻源文件還是二維畫面，只是四個面同時呈現(xiàn)，任何角度都可以出現(xiàn)，試驗驗證最終全息虛擬轉(zhuǎn)動地球效果（圖9）[18-21]。

5 結(jié)語

對于人類來說，每個歷史階段中都有不同的技術(shù)產(chǎn)生，這些技術(shù)對我們整個社會的進步有著不同的影響。展示設(shè)計的技術(shù)手段進步與整個社會的進步有著密切的關(guān)系，因為展示設(shè)計需要運用到不同學科的內(nèi)容，將不同學科的內(nèi)容融為一體才是展示設(shè)計的最終目的。在展示設(shè)計中運用全息虛擬技術(shù)，將會使展示的形式變得多姿多彩。我們的世界不僅僅是技術(shù)的不斷革新，在潛移默化中藝術(shù)也在不斷的產(chǎn)生著變化，數(shù)字化的進程對于每一個行業(yè)的影響都是深遠的，將全息虛擬技術(shù)應用于現(xiàn)代展示設(shè)計之中，展示設(shè)計所具有的審美價值和藝術(shù)價值都會得到完整的體現(xiàn)。

研究以展示設(shè)計為基礎(chǔ)，結(jié)合全息虛擬技術(shù)的應用，針對受眾的行為心理因素進行全面的分析，文章在大量案例的基礎(chǔ)上針對虛擬展示中常見的構(gòu)成要素以及應用要素之間的關(guān)聯(lián)進行陳述，針對全息虛擬技術(shù)的應用進行全面的解讀。

①對于全息虛擬技術(shù)在展示中的應用，我們不僅僅應當從技術(shù)的角度進行研究，還應當針對展示藝術(shù)的發(fā)展趨勢進行研究，利用全息虛擬展示技術(shù)所營造出來的虛擬空間和沉浸感來提升展示的效果。全息虛擬技術(shù)與現(xiàn)代展示的融合才剛剛起步，在未來全息虛擬技術(shù)與現(xiàn)代展示之間的結(jié)合必將更加緊密。

②對于科學技術(shù)的發(fā)展來說，都要保證“以人為本，技術(shù)為人類服務”的原則，不管技術(shù)發(fā)展到如何的階段，我們都不能脫離這個基本的原則，只有把受眾的體驗放在首位，才能使展示設(shè)計朝著更積極的方向發(fā)展。

對于全息虛擬技術(shù)來說，這是一個新興而又有歷史性的課題，全息虛擬技術(shù)涉及到不同的學科，如光學、物理學、心理學、傳播學、計算機科學等，具有非常強的跨學科性。目前大部分的研究還僅僅停留在理論研究層面，未來應對其進行更加深入的研究，使展示設(shè)計向著更積極的方向發(fā)展。