虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在商業(yè)及建筑動(dòng)畫設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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(lái)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(lái)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(dòng)畫的應(yīng)用，這給商業(yè)類的動(dòng)畫注入了一股新的力量。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 商業(yè)動(dòng)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(jiǎn)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(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的交互包括身體各個(gè)部位運(yùn)動(dòng)所傳遞的各種信息，從而用系統(tǒng)反饋回來(lái)（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(jué)感知，還包含力覺(jué)感知、聽覺(jué)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(jué)感知，還包含聽覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感知，更有甚者，還包含味覺(jué)、嗅覺(jué)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(duì)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(duì)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(dòng)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(guó)家說(shuō)起，美國(guó)身為世界強(qiáng)國(guó)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(guó)。美國(guó)這個(gè)NASA Ames實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期以來(lái)均為很多VRT思想的源頭，在很久之前，其就開始對(duì)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(jué)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(guó)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(yǔ)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(guó)家而言，我們國(guó)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(guó)各領(lǐng)域人士的興趣以及關(guān)注，對(duì)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(shì)

縱覽虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這三十多年來(lái)的發(fā)展過(guò)程，當(dāng)前看來(lái)“高能、低成本”依然是其將來(lái)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(dòng)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(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境，在這之中動(dòng)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(duì)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(duì)于VR技術(shù)提供平了一個(gè)優(yōu)良的平臺(tái)，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(guó)的虛擬設(shè)備還無(wú)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(lái)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(duì)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(shì)來(lái)看新型、便宜數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

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(zhǎng)，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(lè)的結(jié)合；3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使游戲的感覺(jué)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(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)趨勢(shì)、發(fā)展的需要，就可先行一步，擊敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(dòng)畫、電視廣告和多媒體的新興技術(shù)，在國(guó)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(lái)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(huì)，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(zhǎng)，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(huì)科技飛速發(fā)展的需求，可以說(shuō)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(shì)。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(lái)的損失，對(duì)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(wèn)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(lái)將要實(shí)行的方案，能方便地從庫(kù)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(méi)的說(shuō)，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(lái)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(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出如配筋量和配筋圖等結(jié)果。對(duì)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(dòng)畫領(lǐng)域的探索

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

建筑動(dòng)畫是把建筑以動(dòng)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(lái)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(guò)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(dòng)態(tài)施工過(guò)程，也可以對(duì)古代的建筑進(jìn)行復(fù)原，向當(dāng)今社會(huì)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(lái)越大，甚至很多世代建筑佳作都被歷史的潮流所淹沒(méi)，后人只有通過(guò)歷史資料上的圖文等來(lái)了解古代的建筑風(fēng)貌，局限性很大，給研究者帶來(lái)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(shì)，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(duì)古建筑進(jìn)行復(fù)原利用VR技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同，現(xiàn)如今我國(guó)的“虛擬故宮博物”就是一個(gè)成功的實(shí)力，使人們?cè)诩依锞湍軌蛴^賞到故宮全貌，對(duì)于古文物的保護(hù)亦具有相當(dāng)重要的意義（圖4）。

一般來(lái)說(shuō)，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(cè)量。包括各個(gè)方面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，比如說(shuō)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(duì)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(lái)，包括其綠化、地形、地貌等。測(cè)量的過(guò)程，需要全站儀等測(cè)量工具。傳統(tǒng)的測(cè)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(cè)量方法幾何形狀規(guī)則，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的樓房類建筑相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)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(chǎng)景，我們應(yīng)該在對(duì)于數(shù)據(jù)展開測(cè)量的同時(shí)，采用相機(jī)拍攝建筑對(duì)應(yīng)的紋理細(xì)節(jié)貼圖圖片，在這之中包含墻面、屋頂?shù)?，并?duì)我們收集到的這些照片資料進(jìn)行編號(hào)，以便和后續(xù)CAD圖對(duì)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(guò)查閱歷史文獻(xiàn)、采訪當(dāng)?shù)赝林用駚?lái)獲得有效信息再進(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(shì)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(cè)量階段就把CAD圖畫出來(lái)。

古建筑里的臺(tái)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(lái)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(lái)創(chuàng)建模型，此時(shí)能夠采取隨機(jī)分形集合技術(shù)來(lái)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(duì)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(duì)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(duì)于建筑模型貼圖。然而在采用貼圖以前我們應(yīng)該對(duì)于照片展開PS處理，由于古建筑通常具有相當(dāng)長(zhǎng)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(duì)于照片的亮度、對(duì)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(jué)。

結(jié)語(yǔ)

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(guò)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(dòng)，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(huì)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