基于AR/VR 技術(shù)的分析模塊開發(fā)和應(yīng)用*

馮莉穎，馬立堯，黃業(yè)榮

（1.海南科技職業(yè)大學(xué)，海南 ?？?571126；2.海南大學(xué)，海南 ?？?571126；3.沙巴大學(xué)，馬來西亞 亞庇 88670）

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，掀起了新一輪的數(shù)字革命。但是在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中，新數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用還是會存在著一定的問題。需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行專門的調(diào)整。與此同時，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，讓很多行業(yè)開始積極轉(zhuǎn)變之前的發(fā)展模式，引入新技術(shù)以達(dá)到改革的目標(biāo)，采用AR/VR 技術(shù)就是一種比較好的創(chuàng)新嘗試。

1 AR/VR 技術(shù)理論基礎(chǔ)

通常情況下大都會認(rèn)為計(jì)算機(jī)技術(shù)是AR/VR 技術(shù)的核心，可以借助于三維圖生成技術(shù)以及高分辨顯示等相關(guān)技術(shù)，通過傳感設(shè)備來構(gòu)建起更加逼真的虛擬環(huán)境，讓用戶在聽覺、視覺、觸覺等全方位的感受下，產(chǎn)生身臨其境的感覺，還可以給對象提供智能交互三維空間技術(shù)。如果從比較簡單的方面去理解，可以認(rèn)為AR/VR 技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來構(gòu)建起虛擬環(huán)境，完成交互。

不管做出什么實(shí)體行為，在虛擬世界當(dāng)中都可以同步匹配，而且VR 設(shè)備還有著很明顯的不透光性，把外部的真實(shí)世界和用戶真正隔離，讓用戶可以完全處于虛擬環(huán)境當(dāng)中來。AR 技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時交互，對現(xiàn)實(shí)世界起到增強(qiáng)作用。把虛擬和顯示世界當(dāng)中的相關(guān)信息疊加起來，通過一個顯示器呈現(xiàn)[1]。AR 技術(shù)可以將平面圖像直接以立體的方式呈現(xiàn)，還可以檢索到和看到的這個圖像相關(guān)的各種信息。

2 AR/VR 技術(shù)分析模塊設(shè)計(jì)流程

2.1 對象梳理過程

需要整理科技創(chuàng)新成果，成果包含：設(shè)備與應(yīng)用方面的創(chuàng)新。

2.2 對象建模過程

（1）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，需要完成對象外部、內(nèi)部建模。

（2）材質(zhì)創(chuàng)新：針對對象的材質(zhì)光澤來進(jìn)行建模。

（3）應(yīng)用創(chuàng)新：需要針對對象的應(yīng)用場景完成建模。

2.3 交互設(shè)計(jì)過程

（1）交互之前的設(shè)計(jì)：交互具有明顯變化，側(cè)重對比變化的征兆。交互若是缺少明顯變化，則是側(cè)重應(yīng)用之前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作的開展。

（2）交互過程中：可以對成功的應(yīng)用情況進(jìn)行全面體現(xiàn)，要讓成果的創(chuàng)新性得到突顯。

（3）交互之后，需要體現(xiàn)出應(yīng)用的相關(guān)成效。

2.4 體驗(yàn)設(shè)計(jì)過程

體驗(yàn)設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)出以下幾個方面的特點(diǎn)，分別是：

第一，沉浸性特點(diǎn)。給用戶提供觸覺、聽覺以及視覺方面的模擬，讓用戶有身臨其境的感覺。第二，多維性特點(diǎn)。能夠?qū)μ摂M世界當(dāng)中的設(shè)備看得更加立體，還可以看到一些設(shè)備的內(nèi)部具體構(gòu)成情況。第三，互動性特點(diǎn)。在虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中可以反映用戶顯示當(dāng)中的一系列活動，還可以及時對動作進(jìn)行調(diào)整。

3 基于AR/VR 技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用分析

3.1 在服裝設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用情況

圖1 試衣系統(tǒng)性能對比[2]

當(dāng)前社會，人們追求更加個性化、特色化的服飾，為此時尚設(shè)計(jì)師的培養(yǎng)顯得尤為重要。目前，高校在服裝設(shè)計(jì)方面的師資力量比較匱乏，缺少良好的實(shí)踐條件，這對于高校的服裝設(shè)計(jì)教學(xué)必然產(chǎn)生直接的不利影響。服裝設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)本身屬于實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要求學(xué)生們具備更高的操作能力和實(shí)踐能力，必須要在大量的實(shí)踐活動當(dāng)中積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。還要在日常教學(xué)當(dāng)中提供更大的實(shí)踐空間，具備相應(yīng)的耗材、設(shè)備器材等。為此，在服裝設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中構(gòu)建VR/AR 專業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺就是一種非常好的選擇，通過運(yùn)用VR、AR 技術(shù)沉浸感強(qiáng)、交互性好、虛擬構(gòu)建的特征，建立服裝設(shè)計(jì)素材庫、構(gòu)建人體三維模型、渲染各類面料材質(zhì)效果，綜合運(yùn)用各種色彩，極大程度的滿足學(xué)生對實(shí)踐耗材的虛擬提供，并以最逼真的效果呈現(xiàn)，既達(dá)到學(xué)生實(shí)踐培養(yǎng)目的，又可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約設(shè)備、耗材采購成本及制作的時間成本，通過少量的投入獲得更高的收獲。

3.1.1 AR/VR 教學(xué)軟件的應(yīng)用

在服裝設(shè)計(jì)專業(yè)中，CLO 3D 模擬服裝軟件是一款專業(yè)的三維服裝設(shè)計(jì)演示軟件，它擁有模擬設(shè)計(jì)功能，可以為服裝添加飾品、紐扣，通過動態(tài)的人物模擬服裝的展示效果，直觀的設(shè)計(jì)體驗(yàn)方便對作品進(jìn)行修改。這種技術(shù)就是VR/AR 技術(shù)的一種表現(xiàn)，指的是依靠軟件技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的AR/VR 效果等，也是一種能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時交互目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)三維技術(shù)。當(dāng)然想要開發(fā)這樣的軟件，必須要在特定的理論下開展，其中就包含了一些相關(guān)的學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)，比如建構(gòu)主義理論、行為主義理論等，另外還包含了虛擬體驗(yàn)、情感認(rèn)知等相關(guān)理論等。

以CLO 3D 技術(shù)為基礎(chǔ)來開發(fā)設(shè)計(jì)服裝設(shè)計(jì)類教學(xué)軟件，這是一種具有系統(tǒng)性的工程。選擇教學(xué)內(nèi)容是服裝設(shè)計(jì)教學(xué)軟件設(shè)計(jì)的初步階段，也是最為關(guān)鍵的階段。在訓(xùn)練學(xué)生操作技能的過程中，需要把虛擬實(shí)踐操作技術(shù)與理論知識緊密結(jié)合起來，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)理論當(dāng)中借助于虛擬實(shí)踐技術(shù)來對相關(guān)理論提到指導(dǎo)的作用。比如在服裝設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中的一點(diǎn)重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的教學(xué)手段是難以在短時間之內(nèi)讓學(xué)生對于這一知識形成全面有效的理解，更無法讓其在實(shí)踐中當(dāng)中應(yīng)用，還需要采用CLO 3D 技術(shù)，以動態(tài)方式展示出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)因素，讓學(xué)生們對于即將學(xué)習(xí)到的知識有更加全面的了解。

3.1.2 試衣系統(tǒng)的應(yīng)用

虛擬試衣軟件的應(yīng)用逐年成熟，日前，中國、美國、日本、俄羅斯等國家均在不同層面參與這一項(xiàng)目的開發(fā)。在虛擬試衣軟件中，除了準(zhǔn)備好高質(zhì)量的人體模型外，其次影響試衣效果的因素，如：服裝是否具有逼真的面料仿真效果、觀看視角的大小、是否用3D 模型展示服裝，服裝與人體模型定位點(diǎn)是否有較高的貼合度、服裝是否可以根據(jù)不同的人體尺寸自動縮放。[2]圖1 為目前已有的13種產(chǎn)品性能比對，供該領(lǐng)域研究者參考借鑒。

服裝設(shè)計(jì)本就是屬于事件性質(zhì)很強(qiáng)的活動，借助虛擬試衣這一技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建起的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，可以幫助緩解當(dāng)前成衣制作設(shè)備短缺、成本過高等問題，還可以幫助彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)和實(shí)踐中的難點(diǎn)問題，即由于學(xué)生掌握工藝成熟度不同，對面料特性的了解能力不足，制作效果難以把控，為此，采用虛擬試衣的效果渲染，可以充分體現(xiàn)作品設(shè)計(jì)效果，讓教學(xué)的效果得到更大程度的鞏固。我們在贊許VR/AR 技術(shù)所擁有的優(yōu)點(diǎn)之外，還需要了解到這種技術(shù)的局限性。并不能完全解決高校教學(xué)當(dāng)中遇到的所有問題，所以對于VR/AR 技術(shù)的應(yīng)用必須要量力而行，同時還需要謹(jǐn)慎對待。

3.2 其他行業(yè)中的應(yīng)用

VR/AR 技術(shù)已經(jīng)成為了不少行業(yè)當(dāng)中的新寵，其應(yīng)用范圍也變得越來越廣泛。在醫(yī)療領(lǐng)域、制作領(lǐng)域等方面都是重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)然今后這一技術(shù)還會更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為更多人提供服務(wù)。

國外有公司發(fā)布了全球市場技術(shù)發(fā)展趨勢是數(shù)據(jù)，醫(yī)療保健行業(yè)、制造行業(yè)都是MR 技術(shù)、AR 技術(shù)等應(yīng)用的最前沿領(lǐng)域[4]。表明這些技術(shù)的應(yīng)用是可以幫助克服一些行業(yè)當(dāng)中存在的問題，提供更加實(shí)用和具有創(chuàng)造性的方案。報(bào)告當(dāng)中顯示，在AR/VR 技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)中，醫(yī)療保健領(lǐng)域是主要的領(lǐng)導(dǎo)者。整個行業(yè)當(dāng)中這一技術(shù)的應(yīng)用都比較廣泛，從急診室的應(yīng)用，到虛擬忽視以及發(fā)現(xiàn)藥物等。全面改善患者的治療體驗(yàn)，降低護(hù)理成本，所以借助于先進(jìn)的技術(shù)讓這一領(lǐng)域可以達(dá)到更高的水平。

隨著VR/AR 技術(shù)在游戲行業(yè)當(dāng)中的普遍應(yīng)用，今后也會逐漸朝著娛樂行業(yè)發(fā)展。不過讓人們感覺到比較好的效果是認(rèn)為VR/AR 技術(shù)在工業(yè)的增長方面起到了很好的推動作用。當(dāng)前已經(jīng)有不少企業(yè)選擇制定更加完整的VR/AR 技術(shù)，確保其可以在行業(yè)競爭當(dāng)中占據(jù)更加顯著的效果[5]。

4 VR/AR 技術(shù)遇到的問題及改善

當(dāng)前VR/AR 技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)變得越來越廣泛了，而且呈現(xiàn)出比較明顯的重疊情況和交叉情況。在本次研究當(dāng)中指出，隨著AR 技術(shù)與VR 技術(shù)的不斷發(fā)展，在今后會形成更加完整和協(xié)調(diào)的學(xué)習(xí)生態(tài)圈。但是VR/AR技術(shù)的應(yīng)用也遭遇到了一定的問題。比如當(dāng)人們的VR沉浸感不斷提升，便會讓用戶對現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生比較明顯的隔絕感。因此AR 技術(shù)所提供的感受有一定的視覺局限性，也會讓其具體的使用范圍受到限制。在這一內(nèi)容基礎(chǔ)上，Mann 等學(xué)者試圖將VR 技術(shù)和AR 技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，提出了介導(dǎo)現(xiàn)實(shí)理念，但是這一理念經(jīng)常會被當(dāng)做是虛擬畫面加虛擬現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合的技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，還是會面臨著比較大的問題，比如運(yùn)算器、控制器以及傳感器等內(nèi)容。一直到2016 年時才提出了融合技術(shù)，從全新的視角來提出新的解決方案，推動了VR/AR 技術(shù)的融合發(fā)展，也就是MR 技術(shù)的發(fā)展。和AR/VR 技術(shù)相比，MR 技術(shù)更加具有優(yōu)越性。

第一，讓AR 技術(shù)和VR 技術(shù)的轉(zhuǎn)換變得更加自然。ALLoy 技術(shù)的硬件性能可以變得更加優(yōu)越，搭載迷你一體機(jī)，配合軟件能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)前主流AR 技術(shù)和VR 技術(shù)等提供的體驗(yàn)，所具有的更強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠讓場景的渲染能力變得更高，把真實(shí)世界帶入到數(shù)字世界當(dāng)中，重新塑造虛擬世界。借助于Replay 技術(shù)，讓任何角度、位置都可以納入VR 場景和AR 場景，具備實(shí)感攝像頭，同時具備數(shù)字顯示技術(shù)和裸眼功能，起到介導(dǎo)現(xiàn)實(shí)以及混合現(xiàn)實(shí)的重要作用。

第二，可以讓VR 技術(shù)和AR 技術(shù)的場景運(yùn)動變得更加自由，利用Inside-out 技術(shù)等，可以完成碰撞檢驗(yàn)實(shí)踐，即便是進(jìn)行任何形式的移動，都可以具備躲避障礙的功能。不需要價格更加昂貴而且精良的整套傳感器開展位置追蹤，讓環(huán)境配置的難度不斷降低，同時讓無縫感知體驗(yàn)不斷提高。還可以讓之前那種由于蒙上VR 設(shè)備讓體驗(yàn)者和現(xiàn)實(shí)隔離之后產(chǎn)生的不確定感不斷降低。

第三，讓VR 技術(shù)與AR 技術(shù)的個人操作控制變得更加自由，MR 與擁有更加完善的一體化解決方法。也具備更好的便攜式性能，可以讓用戶擺脫電纜的束縛，不受到空間的約束，能夠在更大更廣闊的空間當(dāng)中無拘無束的體驗(yàn)。也支持自然手勢交互，體驗(yàn)者也不需要再戴上指環(huán)、手套等，可以精確跟蹤22 個關(guān)節(jié)點(diǎn)動作，基本上已經(jīng)能夠現(xiàn)在仍然還在用的比較復(fù)雜的手柄和控制器等，讓體驗(yàn)者的雙手得到解放，用更加敏捷的方式對VR/AR 世界進(jìn)行操控。

5 結(jié)束語

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所產(chǎn)生的VR 技術(shù)與AR 技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，也為人們的生產(chǎn)與生活帶去了很大的便利性。VR/AR 技術(shù)在很多具體領(lǐng)域當(dāng)中都有所應(yīng)用，其中比較具有代表性的是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與制造業(yè)領(lǐng)域。在本次研究當(dāng)中則是分析了這一技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用情況，同時還明確了今后MR 技術(shù)對于AR、VR 技術(shù)融合所起到的作用，也確定這將是今后的主要發(fā)展方向。