虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用分析

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)信息與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，我國環(huán)境藝術(shù)設(shè)計也發(fā)生了一系列的技術(shù)與應(yīng)用革新。借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行現(xiàn)實環(huán)境的模擬，已成為環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的主流方案。本文主要探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用，通過分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征、關(guān)鍵技術(shù)等，提出運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的方案。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；環(huán)境藝術(shù)設(shè)計；應(yīng)用；研究

中圖分類號：TP391.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）04-0088-03

Abstract：With the rapid development of internet information and virtual reality technology，a series of technology and application innovations have also taken place in China’s environmental art design. By using virtual reality technology to simulate the real environment，it has become the mainstream program for environmental art design. This article mainly discusses the application of virtual reality technology in environmental art design. By analyzing the characteristics and key technologies of virtual reality technology，this paper proposes a scheme of using virtual reality technology to carry out environmental art design.

Keywords：virtual reality technology；environmental art design；application；research

0 引 言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多種計算機虛擬技術(shù)的融合，其主要通過人機之間的智能交互與計算，來對現(xiàn)實中的物體進行虛擬模擬，帶給客戶一種沉浸式的場景觀看感受。所以在現(xiàn)代環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的過程中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行實物模擬，能夠突破傳統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)費與場地限制，并提升環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的視覺效果。本文將首先介紹虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)概念及其特征，而后探究虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用方向。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述及其主要特征

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多種計算機技術(shù)的集合，其主要包括電子集成技術(shù)、測量與傳感技術(shù)、計算機模擬仿真技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是硬件、軟件計算機技術(shù)的集合，客戶可以通過計算機的硬件操作面板，進行虛擬場景與人之間的智能交互，從而帶給受眾一種沉浸式的虛擬感受。首先，計算機技術(shù)的模擬仿真系統(tǒng)能夠完成三維虛擬環(huán)境的模擬與搭建；然后通過計算機的顯示與傳感器面板，來實現(xiàn)虛擬場景與客戶之間的模擬交互。而且計算機動態(tài)空間中的虛擬場景，會隨著客戶操作而發(fā)生相應(yīng)的反饋與變化。因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)是虛擬圖形生成技術(shù)、顯示與傳感器技術(shù)、三維動態(tài)建模技術(shù)、VR系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)等的集合，通過多種軟件計算技術(shù)、模擬仿真技術(shù)的支持，可以實現(xiàn)虛擬空間中的多維度場景模擬，從而滿足客戶多樣化的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計需求。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要根據(jù)不同客戶的設(shè)計需求，通過三維動態(tài)建模技術(shù)，進行不同虛擬場景的搭建與設(shè)置。當(dāng)前虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用，主要分為以下幾個步驟：首先通過信息輸入模塊進行三維虛擬場景信息的輸入；之后通過虛擬圖形生成技術(shù)、三維動態(tài)建模技術(shù)的結(jié)合，來完成虛擬信息的采集與設(shè)置，并創(chuàng)建出具有空間立體感的模擬三維環(huán)境；最后通過顯示與傳感器技術(shù)、VR系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)等，來實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境之間的交流互動。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的實現(xiàn)流程如圖1所示。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以虛擬情景模擬為核心的技術(shù)，主要包括效率性、交互性、構(gòu)想性、多向感知性等特征。因此在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計過程中，通過使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行立體化場景的搭建，能夠帶給人一種如同觀看真實環(huán)境的觀看體驗。

1.2.1 交互性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中，可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互性特征，來完成整個虛擬場景的構(gòu)建。環(huán)境設(shè)計人員可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互性，進行虛擬場景、虛擬物體的設(shè)置與修改，所有改動都會在計算機顯示器中呈現(xiàn)出來。雖然這種虛擬場景、虛擬物體的設(shè)置與修改，在某一平面中看不出虛擬場景的變化情況，但在最終虛擬環(huán)境模擬中，會產(chǎn)生如同真實環(huán)境的震撼效果。

1.2.2 構(gòu)想性

在環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計過程中，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的構(gòu)想性特征，可以完成多種虛擬模型的搭建與修改。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的構(gòu)想性特征，是通過設(shè)計者對虛擬環(huán)境的設(shè)想，來搭建出一個簡易、符合使用需求的虛擬框架，再在虛擬框架基礎(chǔ)上進行環(huán)境內(nèi)容的修改與調(diào)整。因此環(huán)境藝術(shù)設(shè)計可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，自由完成現(xiàn)實場景的虛擬模擬與實現(xiàn)，以滿足客戶多樣化的場景體驗需求。

1.2.3 效率性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用，能夠在保證三維空間預(yù)算精度的情況下，大幅度提升環(huán)境設(shè)計的工作效率。環(huán)境藝術(shù)設(shè)計是復(fù)雜度與精細度要求較高的工作，因此設(shè)計人員在對某一空間的設(shè)計中，要針對客戶需求綜合考慮多方面因素。而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行空間創(chuàng)建，能夠完成更加精細的環(huán)境設(shè)計，并可以在短時間內(nèi)進行設(shè)計的交流與修改。

1.2.4 多向感知性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的多向感知性，主要通過圖像顯示器、傳感器、VR系統(tǒng)等的加入，來為客戶帶來多種感官共同參與的感受。其中通過計算機屏幕的圖像顯示器，可以為客戶呈現(xiàn)逼真的立體觀看感受；通過計算機攜帶的各種信息傳感器，能夠為客戶帶來十分貼近真實的觸覺感受；而通過計算機VR系統(tǒng)的參與，可以在客戶周圍模擬出虛擬的環(huán)境，從而加深客戶在環(huán)境體驗中的真實感體驗。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境空間模型構(gòu)建中的應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計工具而言，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行環(huán)境空間模型的構(gòu)建，能夠在短時間內(nèi)完成大量原始模型的制作。在環(huán)境空間建筑模型的搭建過程中，可以通過輸入相應(yīng)的建筑尺寸等數(shù)據(jù)，來快速構(gòu)建起需要的建筑模型。例如：在空間建筑模型墻體的搭建中，設(shè)計人員只需確定墻體的起點、終點，并輸出每段墻體的長、寬等數(shù)據(jù)，就能夠完成整個系統(tǒng)中墻體的構(gòu)建。之后再進行墻體上門窗的批量制作，首先可以在一面墻體上進行門洞、窗洞的創(chuàng)建，然后激活系統(tǒng)中的開洞命令，并確定門洞、窗洞的起點與終點，即可以實現(xiàn)對門窗的批量制作。同樣設(shè)計人員還可以輸入相應(yīng)命令，進行其他環(huán)境組件模型的建立，這些操作只需點擊相應(yīng)命令就能夠?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)前AutoCAD、3dsMax、Lumion等3D軟件，支持3DS、Mesh格式等素材的導(dǎo)入，可以導(dǎo)入家具、植物、環(huán)境裝飾物等模擬物體文件，以提升環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的效率，并有效節(jié)約環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計成本。

環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的空間模型構(gòu)建，主要分為以下幾個步驟：首先設(shè)計人員要制定一整套空間模型的設(shè)計方案，并通過AutoCAD軟件完成三維空間的平面圖繪制；之后將繪制完成的三維空間平面圖導(dǎo)入SketchUp軟件中進行直接調(diào)用、插入、復(fù)制等編輯操作，來實現(xiàn)三維模型基本框架的創(chuàng)建；然后將建模后的工程文件進行精簡，并導(dǎo)入3dsMax、Lumion等3D軟件中，來進行物體材質(zhì)、燈光等的創(chuàng)建，并根據(jù)最終的渲染效果進行調(diào)整；最后根據(jù)不同環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的要求，對空間中的實物進行尺寸與材質(zhì)的調(diào)整，以完成整個環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的優(yōu)化。在環(huán)境空間模型的構(gòu)建完成后，需要導(dǎo)出相應(yīng)的圖片、動畫與可執(zhí)行文件，并向客戶展示最終的設(shè)計效果。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行環(huán)境空間模型構(gòu)建的流程如圖2所示。

2.2 虛擬現(xiàn)實區(qū)域定位技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中需要解決的主要難題，是室內(nèi)外景觀設(shè)計的區(qū)域定位與造型。對于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的項目定位，主要包括地理位置、周圍環(huán)境等內(nèi)容的定位?，F(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)，首先要解決的重要難題就是室內(nèi)和景觀的項目定位與造型把握。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行項目定位，首先要創(chuàng)建某一區(qū)域位置的二維平面圖，之后根據(jù)二維平面圖中的場景規(guī)劃，進行三維空間結(jié)構(gòu)的搭建。這就需要3dsMax、SketchUp軟件的綜合使用。其中3dsMax主要負責(zé)對整個場景中物體的位置確定，并按照相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進行模型構(gòu)建，以及材質(zhì)貼圖、燈光等的設(shè)計與調(diào)節(jié)，最終渲染符合需要的視頻或靜幀圖。同時3dsMax三維軟件還可以對攝像頭的運動軌跡進行設(shè)計，并調(diào)節(jié)某一動畫場景的時長、鏡頭遠近等。而SketchUp則主要對3dsMax制作的整體框架進行優(yōu)化與改進，包括門窗、家具、植物、環(huán)境裝飾物等組件的構(gòu)建，以及材質(zhì)貼圖、燈光等方面的完善。因此在環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計中，運用虛擬現(xiàn)實的區(qū)域定位，能夠快速完成三維場景的精確定位，并實現(xiàn)空間中場景與物體的設(shè)計。

2.3 虛擬現(xiàn)實超高速處理技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的三維空間渲染階段，可以通過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的超高速處理系統(tǒng)，來實現(xiàn)對場景渲染的加速。但在對三維空間進行環(huán)境渲染前，需要調(diào)節(jié)好三維場景中的攝像機角度、材質(zhì)貼圖、燈光等元素，以保證整個場景環(huán)境的統(tǒng)一。之后運用GPU超高速處理系統(tǒng)進行三維空間環(huán)境的即時渲染，客戶可以在短時間內(nèi)看到系統(tǒng)對三維模型的渲染結(jié)果。這種超高速處理系統(tǒng)的渲染模式，可以幫助客戶主動參與到環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中，并對最終的渲染結(jié)果提出相應(yīng)修改意見。所以利用超高速處理技術(shù)進行環(huán)境設(shè)計，能夠彌補空間設(shè)計的缺陷。因此相比于傳統(tǒng)設(shè)計流程，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)的超高速處理系統(tǒng)，可以針對環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的細節(jié)，進行快速的結(jié)構(gòu)處理與調(diào)整，并帶給客戶“沉浸式”的空間體驗。

2.4 虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實的VR技術(shù)，能夠在保證藝術(shù)設(shè)計效果的同時，完成客戶與虛擬空間之間的交流互動。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中客戶需要佩戴VR頭盔，并進入搭建完成的三維虛擬環(huán)境，來觀看各個部分的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計效果，并對不滿意的地方提出相應(yīng)的修改意見。VR技術(shù)中存在高性能、大范圍的全景顯示器，能夠?qū)μ摂M環(huán)境中的小體積配景進行放大，從而完成對整個虛擬場景的大像素展示。而環(huán)境藝術(shù)設(shè)計者可以根據(jù)客戶的要求，通過運用多種計算機設(shè)計軟件，進行空間中建筑、門窗、家具、植物、馬路、汽車等的設(shè)計。

同時在利用VR技術(shù)進行虛擬場景漫游的過程中，設(shè)計人員需要通過3dsMax、SketchUp、AE、Flash等軟件，設(shè)計出整個虛擬現(xiàn)實場景的漫游路徑，以帶給客戶更加真實的觀看體驗。例如：設(shè)計人員可以在虛擬環(huán)境中加入雨滴、水聲、鳥叫聲等視聽元素，還可以在環(huán)境中添加綠化、鋪裝、水景或景觀小品等元素，或者設(shè)計出實時跟蹤的移動光影，來豐富環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的細節(jié)體驗。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用案例

在城市環(huán)境、園林景觀規(guī)劃快速發(fā)展的情況下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被應(yīng)用到建筑、家裝、園林環(huán)境、橋梁等方面的設(shè)計中。例如：在大型建筑外觀、建筑周圍環(huán)境的設(shè)計中，通過使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠?qū)ㄖ恼w結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、燈光等進行快速調(diào)整。

首先利用建筑數(shù)據(jù)信息進行整體框架的搭建，設(shè)計人員需要按照原有建筑的尺寸，進行等比例的三維框架搭建，以完成對現(xiàn)實建筑環(huán)境的虛擬模擬。之后針對不同用戶的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計需求，進行行人、植物、馬路、汽車等物件的添加，同時也要在環(huán)境中添加聲音、圖像、動畫、工程背景等信息，以帶給客戶一種身臨其境的視覺感受。然后根據(jù)虛擬技術(shù)中的電子地圖信息，來確定建筑背景等真實場景的區(qū)域位置，再根據(jù)某一區(qū)域位置的景物結(jié)構(gòu)排布，進行各個場景細節(jié)的調(diào)整。因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用，能夠在完成建筑三維空間搭建的情況下，提升虛擬場景的精度與細節(jié)模擬程度，以帶給客戶更加真實的觀看體驗。同時借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的建筑數(shù)據(jù)、景物素材，可以有效提升環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的效率，并減少環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的錯誤與漏洞。因此將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中，便于環(huán)境景觀的設(shè)計與修改，圖3為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的三維模擬示例。

同時在房地產(chǎn)行業(yè)快速發(fā)展的前提下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也被應(yīng)用到房地產(chǎn)等城市景觀的設(shè)計中。在房地產(chǎn)的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中，主要包括大型場景、三維建筑模型、公共設(shè)施等三方面設(shè)計。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)在房地產(chǎn)設(shè)計中的應(yīng)用，能夠搭建出符合真實觀感的虛擬環(huán)境。首先在三維大型場景模型的搭建中，主要通過對整體環(huán)境的測繪進行建模，再運用材質(zhì)貼圖、燈光等形成建筑的基本表皮紋理，最后進行外觀造型的精細化調(diào)整。然后是房產(chǎn)三維立體模型的設(shè)計，這一設(shè)計可以先制作出一個建筑框架，再通過批量復(fù)制、精細化調(diào)整，來完成整個房產(chǎn)框架的搭建。最后針對水景、花卉、樹木、草地等環(huán)境景觀，可以利用模型庫中選取的素材進行創(chuàng)建，并通過調(diào)整燈光來形成統(tǒng)一的視覺風(fēng)格。

圖3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的模擬

4 結(jié) 論

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為三維空間的模擬仿真技術(shù)，能夠通過運用多種計算仿真軟件、顯示與傳感技術(shù)，來完成對環(huán)境藝術(shù)的仿真設(shè)計。在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，不僅能夠快速進行三維模型的構(gòu)建，還可以借助GPU超高速處理系統(tǒng)，進行三維空間環(huán)境的實時渲染與修改。因此利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行環(huán)境設(shè)計，可以在一定程度上降低環(huán)境藝術(shù)設(shè)計成本，并有效避免設(shè)計中的誤差，最終提高環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的質(zhì)量及效率。

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作者簡介：萬國（1975-），男，漢族，四川成都人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向：藝術(shù)設(shè)計教育、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計。