AR技術(shù)運(yùn)用到設(shè)計(jì)教育中的創(chuàng)新研究

鄧楚君

摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，新科技與生活的聯(lián)系越來越緊密。生活水平的提高離不開藝術(shù)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)更離不開新科技。作為新科技的AR技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域開始研發(fā)和應(yīng)用。如何將藝術(shù)與新科技發(fā)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)高度融合是一場(chǎng)設(shè)計(jì)教育革命。文章概括了AR技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，闡述了AR技術(shù)的發(fā)展前景，討論了AR技術(shù)運(yùn)用到設(shè)計(jì)教育中的幾種模式及其在創(chuàng)意設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。研究表明：AR技術(shù)將對(duì)設(shè)計(jì)教育提供強(qiáng)有力的手段，并對(duì)設(shè)計(jì)教育產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。

關(guān)鍵詞：AR技術(shù)；設(shè)計(jì)教育；AR技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文童編碼：1672-7053（2018）02-0087-02

近些年來，AR技術(shù)開始廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。比如醫(yī)療、軍事、古跡復(fù)原和數(shù)字化文化遺產(chǎn)保護(hù)、工業(yè)維修領(lǐng)域、娛樂游戲網(wǎng)絡(luò)視頻通訊、電視傳播領(lǐng)域、環(huán)境建設(shè)規(guī)劃等等領(lǐng)域。AR技術(shù)借助頭戴顯示器、跟蹤捕捉、移動(dòng)計(jì)算將圖像、聲音和感官刺激適時(shí)添加到真實(shí)世界的環(huán)境中，精準(zhǔn)定位虛擬重構(gòu)。讓虛擬和現(xiàn)實(shí)過度融合，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。其從學(xué)前教育到掃碼支付，在我們生活中出現(xiàn)的頻率也越來越高，成為了大多數(shù)人口申的談?wù)搩?nèi)容，特別對(duì)于受眾越來也年輕的變化等這對(duì)于設(shè)計(jì)教育創(chuàng)新發(fā)展有了劃時(shí)代的意義。AR技術(shù)的誕生及發(fā)展為設(shè)計(jì)圈帶來了無限發(fā)展的可能性。

1 AR技術(shù)

AR技術(shù)全稱為Augmented Redlity（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)），AR技術(shù)簡單說來就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，也稱之為虛擬和真實(shí)疊加，通過電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，虛擬的物體和真實(shí)的環(huán)境混合映射在同一個(gè)界面或空間。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不像人們現(xiàn)實(shí)中可感知的信息，主要功能是幫助人們將實(shí)現(xiàn)起來不太簡單、不太容易的場(chǎng)景在虛擬真實(shí)世界中展現(xiàn)出來?；诳梢暬夹g(shù)及計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)跟蹤捕捉的交互手段，給受教育者提供“非常直觀的感受”；也用最貼近自然的交互方式為學(xué)習(xí)者搭建一個(gè)自主學(xué)習(xí)的空間。對(duì)于現(xiàn)實(shí)中看不見、摸不著的；或危險(xiǎn)的、有毒的物象需要靠想象完成的教學(xué)具有劃時(shí)代的啟發(fā)意義。正是基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的這些特點(diǎn)，使得它在視覺設(shè)計(jì)教育領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間。

2 AR與設(shè)計(jì)教育

2.1 AR產(chǎn)品展示設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)教育工作中需要運(yùn)用到許許多多展示產(chǎn)品的地方，但是，我們并沒有太多的時(shí)間和空間來完成這些展示，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)教育圈中，大多數(shù)都仍舊停留在用圖片的方式來講解產(chǎn)品，這種方式存在的弊端太大，不儀費(fèi)時(shí)，也不能起到直觀的教育運(yùn)用，如果在設(shè)計(jì)教育中引進(jìn)AR技術(shù)，那么這個(gè)問題將迎刀而解，就算是在課堂上，我們也能將各種各樣的產(chǎn)品通過AR技術(shù)加以展現(xiàn)。在AR技術(shù)的幫助下，我們能在產(chǎn)品的概念階段從耗材和成本上面做到最大程度的節(jié)約。而且有毒的、危險(xiǎn)的產(chǎn)品我們不用接觸它，就能在虛擬現(xiàn)實(shí)中看到它。比如：博物館里展示的文化古跡的信息通過采用AR技術(shù)設(shè)計(jì)，把原本看不見的又要復(fù)原提供給參觀者的歷史故事、文化古跡殘缺的部分展現(xiàn)出來，受眾不僅可以通過HMD（頭戴式顯示器）看到古跡的文字解說，還能看到虛擬的殘缺與現(xiàn)實(shí)中存在的物象完美重構(gòu)。使得文化古跡得到完美的展示。當(dāng)房屋需要裝修的時(shí)候，不少人會(huì)選擇找一個(gè)室內(nèi)設(shè)計(jì)師幫助自己進(jìn)行房屋裝修的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)房屋的布局提出一些裝修方案，而這些方案往往是根據(jù)設(shè)計(jì)師一直以來的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)制作而成的。如今，隨著AR和VR技術(shù)的發(fā)展，室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)能夠以更加清晰明了的形式展現(xiàn)給客戶，我們已經(jīng)進(jìn)入AR設(shè)計(jì)的時(shí)代了。

2.2 AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)教育中，對(duì)很多場(chǎng)景、結(jié)構(gòu)空間思維非常困難，耗費(fèi)大量精力還達(dá)不到想要的效果。利用AR技術(shù)，通過實(shí)時(shí)的再現(xiàn)實(shí)環(huán)境中渲染虛擬數(shù)字信息，利用現(xiàn)實(shí)和應(yīng)擬的結(jié)合來幫助用戶完成某項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)和活動(dòng)。AR中的虛擬數(shù)字信息通過與現(xiàn)實(shí)環(huán)境以及用戶的實(shí)時(shí)互動(dòng)來向用戶傳遞有價(jià)值的信息。相比“傳統(tǒng)的”2D層面的交互（手機(jī)app，web等），AR可支持的是更加豐富的三維層面的交互方式；并且這種方式不再僅限于主動(dòng)式的交互（點(diǎn)擊，滑動(dòng)）方式，它還包括用戶行為的被動(dòng)觸發(fā)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破時(shí)間與空間的限制。譬如人們要游覽名勝古跡、參觀展覽，人們?cè)趨⒂^展覽的同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和科室技術(shù)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)中不存在的虛擬對(duì)象，通過傳感技術(shù)將虛擬的名勝古跡、人物等準(zhǔn)確“放置”在真實(shí)環(huán)境中，借助頭盔顯示虛擬和真實(shí)的疊加。這樣使得設(shè)計(jì)直觀、準(zhǔn)確、交互。大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進(jìn)入這些物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，我們要設(shè)計(jì)一天環(huán)游地球，如若現(xiàn)實(shí)中坐飛機(jī)也要很長的時(shí)間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。

3 AR技術(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)教育的發(fā)展前景

AR技術(shù)本來就是一種超能量的復(fù)合技術(shù)，它囊括眾多學(xué)科領(lǐng)域或交叉、或集成或融合，研究內(nèi)容涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、電子學(xué)、傳感器、、智能控制、心理學(xué)等。這些所有的學(xué)科的產(chǎn)品諸如CAD、圖形仿真、虛擬通訊、遙感、娛樂、模擬實(shí)踐領(lǐng)域都對(duì)設(shè)計(jì)起到了革命性的變化，伴隨著這些學(xué)科技術(shù)的不斷發(fā)展，相信AR技術(shù)在設(shè)計(jì)教育中應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛和深入，特別是網(wǎng)絡(luò)及人工智能與AR技術(shù)的結(jié)合，將使其在設(shè)計(jì)教育的應(yīng)用更加智能化，信息化，更具交互性。在某種意義上說它是又一次工業(yè)革命，將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至改變?nèi)藗儗?duì)世界、自己、時(shí)間和空間的固有認(rèn)識(shí)，它是一項(xiàng)深遠(yuǎn)的具有潛在發(fā)展的新技術(shù)。對(duì)需要開發(fā)思維、創(chuàng)煮、動(dòng)手強(qiáng)調(diào)互動(dòng)、思考、自主能力的設(shè)計(jì)教學(xué)來說，AR技術(shù)作為一個(gè)新型的教學(xué)媒體以其自身強(qiáng)大的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、跟蹤、交互、三維空間定位等設(shè)計(jì)教學(xué)優(yōu)勢(shì)及潛力，已經(jīng)逐漸引起設(shè)計(jì)教育工作者的重視和青睞，最終在設(shè)計(jì)教育領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用并改變固有的設(shè)計(jì)模式。

4 AR技術(shù)的應(yīng)用討論

4.1 AR將不可見、抽象的感念展現(xiàn)

AR技術(shù)可以讓抽象概念的學(xué)習(xí)內(nèi)容以三維立體虛擬真實(shí)示人，并以可視化、形象化的面貌展現(xiàn)。學(xué)生可以通過AR技術(shù)感知觸摸3D模型，學(xué)生如入真實(shí)場(chǎng)景增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。以往學(xué)生們學(xué)設(shè)計(jì)多半是平面二維，很難建立起空間感、立體感，AR能使學(xué)生利用3D模型來增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)情境的視覺感知能力。通過對(duì)空間、立體地觀察3D模型（不同角度），從而增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)事物的理解。譬如老師和學(xué)生應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)攝像頭、投影將一個(gè)二位的圖片生成立體人物3D模型并放置增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的空間來觀察；同時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)虛擬3D人物來捕捉人物和房子、家具和環(huán)境的關(guān)系?，F(xiàn)在就有一本3D圖畫書，掃碼立刻可以看到一個(gè)虛擬的真實(shí)的3D模型彈出，將書中內(nèi)容形象化展示，模糊的概念、不可見的現(xiàn)象瞬間得到驗(yàn)證。

4.2 AR的自然交互

二位動(dòng)畫如flash實(shí)驗(yàn)是無法模擬出“真實(shí)體驗(yàn)感”的。flash沒計(jì)的動(dòng)畫只能是二維動(dòng)畫，和玩家所處的現(xiàn)實(shí)環(huán)境沒有任何關(guān)聯(lián)。即使玩家通過flash的點(diǎn)擊按鈕對(duì)戰(zhàn)，也沒能體驗(yàn)有真正現(xiàn)實(shí)環(huán)境中開槍的感覺。但用AR技術(shù)就可以既迅增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)快速地記錄槍戰(zhàn)結(jié)果，又能以真實(shí)開槍方式體驗(yàn)玩游戲的臨場(chǎng)感。并且通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲可以讓位于全球的玩家在不同的地點(diǎn)，共同進(jìn)入一個(gè)真實(shí)的自然場(chǎng)景，以虛擬替身的形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對(duì)戰(zhàn)這種非鼠標(biāo)、鍵盤操作的自然交互方式，與做真實(shí)實(shí)驗(yàn)的感覺基本是一致的。

4.3 AR合作式、情景式學(xué)習(xí)增強(qiáng)

在擁有移動(dòng)設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)移動(dòng)技術(shù)技術(shù)的支持下，移動(dòng)AR系統(tǒng)能夠在真實(shí)環(huán)境中的利用電腦仿真技術(shù)、游戲、模型和虛擬物體的幫助，使無處不在的合作式和情境式學(xué)習(xí)得到加強(qiáng)。一些移動(dòng)設(shè)備上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲就是基于支持課外學(xué)習(xí)而設(shè)計(jì)的。 讓學(xué)生在真實(shí)空間中玩虛擬游戲，能夠提升學(xué)生對(duì)環(huán)境的感知，能夠促使他們結(jié)合所有環(huán)境因素做出互動(dòng)。而且，當(dāng)學(xué)生連接網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備在進(jìn)行面對(duì)面的互動(dòng)時(shí)，它的社會(huì)交互性也被增強(qiáng)。

4.4 把“虛”、“實(shí)”學(xué)習(xí)相結(jié)合

利用AR和其他技術(shù)手段，建立一個(gè)虛擬的關(guān)于非遺文化的主題工作坊環(huán)境，活動(dòng)內(nèi)容分虛擬和現(xiàn)實(shí)兩種，包括對(duì)非遺博物館的走訪、對(duì)非遺文物酌觀察課程前后的參觀以及試驗(yàn)和建模等。在這項(xiàng)教學(xué)中，學(xué)生可以通過對(duì)虛擬和傳統(tǒng)博物館（實(shí)）的參觀，對(duì)殘缺的非遺文物利用AR技術(shù)將學(xué)校中所學(xué)到的科學(xué)知識(shí)（虛）與之相聯(lián)系，彈出文物數(shù)據(jù)并補(bǔ)充完整。以此增強(qiáng)學(xué)生對(duì)非遺項(xiàng)目3D模型等事物的形象化認(rèn)知程度。

4.5 學(xué)習(xí)者的存在感、直覺和專注度得到提升

AR是一種“參與式”的學(xué)習(xí)媒體，它能使學(xué)生具有興趣、參與感、存在感、增強(qiáng)直覺和專注力。AR能夠給學(xué)生者一個(gè)特殊的“真實(shí)”空間，讓學(xué)生感覺到跟其他人、物、場(chǎng)景同處一個(gè)位置。這種存在感可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的認(rèn)知。AR系統(tǒng)能提供即時(shí)圖片、語音、非語音反饋的信息提示來培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力。由于直覺對(duì)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力非常重要，而AR又恰恰能夠?qū)W(xué)習(xí)者、虛擬模型或數(shù)子信息以及某些特性在一個(gè)真實(shí)環(huán)境中融合到一塊觸發(fā)設(shè)計(jì)靈感，所以，AR在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性方面有巨大幫助。

5 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)正改變世界，川人工智能將是下一個(gè)風(fēng)口，作為新型的人機(jī)接口和仿真工具，AR受到的關(guān)注日益廣泛，并且已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，顯示出了巨大的潛力。AR技術(shù)是融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)最好的“媒介”，更是改變世界未來重要的技術(shù)。有研究者稱AR技術(shù)將是未來酌隨身聽，是人們身上必不可少的物件。因?yàn)樗鼤?huì)改變?nèi)祟悘氖驴茖W(xué)研發(fā)、創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)施的最佳方式，從而為全面開發(fā)人的認(rèn)知能力提供新的重要工具。而從設(shè)計(jì)教育發(fā)展的現(xiàn)狀來看，目前更為個(gè)性化的、私人定制式的設(shè)計(jì)教育已經(jīng)成了人們需求的方向，同時(shí)多媒體技術(shù)類似flash等二維動(dòng)畫已經(jīng)難以滿足目前藝術(shù)設(shè)計(jì)教育的需求，在這樣的情況之下，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)無論從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還是交互設(shè)計(jì)，必將在設(shè)計(jì)教育領(lǐng)域全域應(yīng)用，推動(dòng)設(shè)計(jì)教育事業(yè)的強(qiáng)勢(shì)發(fā)展。