VR技術(shù)在藝用人體解剖應(yīng)用程序中的開發(fā)研究

劉寶 李娜 呂良威 李梓銘

摘 要：本文以傳統(tǒng)藝用人體解剖教學(xué)模式和藝用人體解剖應(yīng)用程序存在的弊端為切入點(diǎn)，分析目前VR技術(shù)發(fā)展中存在的問(wèn)題，提出VR技術(shù)與藝用人體解剖結(jié)合設(shè)計(jì)構(gòu)想，提出主要從動(dòng)態(tài)模擬、透視角度、燈光效果和不同材質(zhì)的貼圖和界面設(shè)計(jì)來(lái)開發(fā)藝用人體解剖應(yīng)用程序。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù) 藝用人體解剖 藝用人體解剖應(yīng)用程序

一、傳統(tǒng)藝用人體解剖教學(xué)模式和現(xiàn)代藝用人體解剖應(yīng)用程序存在的弊端

藝用人體解剖傳統(tǒng)的教學(xué)輔助工具一般有人體標(biāo)本、人體模型、藝用人體解剖專著（教材）、藝用人體解剖掛圖、幻燈片（課件），高質(zhì)量的三維的人體標(biāo)本、人體模型雖然很直觀，但是價(jià)格高昂，并且體積較大不方便攜帶；在研究人體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體標(biāo)本、人體模型在動(dòng)態(tài)變化情況下的結(jié)構(gòu)變化則無(wú)法顯現(xiàn)出來(lái)，給研究和學(xué)習(xí)帶來(lái)了諸多不便；屬于二維平面范疇的書籍、解剖掛圖、幻燈片等，可以展示出很細(xì)微的骨骼和肌肉，能夠很直觀地把握人體比例和動(dòng)態(tài)，能夠營(yíng)造出三維的效果，在研究人體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠表現(xiàn)出人體的關(guān)鍵動(dòng)作，但是這種關(guān)鍵動(dòng)作表現(xiàn)出的往往是人體的極限狀態(tài)，并且缺少中間動(dòng)作的變化，對(duì)于書中的人體結(jié)構(gòu)只能通過(guò)書中的文字描述來(lái)體現(xiàn)出來(lái)，這種文本和圖片相互對(duì)照的呈現(xiàn)方式是二維平面范疇的書籍、剖掛圖、幻燈片的共同特點(diǎn)，在霍加斯的《人體結(jié)構(gòu)》中表現(xiàn)的很明顯。

伴隨著信息時(shí)代（互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代）的到來(lái)和智能手機(jī)的普及，出現(xiàn)了L' Ecorche、Artnatomy、Zygote body（前Google Body）、3DBody、Multifit Elearning等幾款人體解剖應(yīng)用程序，為藝用人體解剖的研究和學(xué)習(xí)提供了借鑒作用，為藝用人體解剖學(xué)習(xí)程序的開發(fā)也提供了指導(dǎo)作用，但是這幾款軟件有存在缺陷，L' Ecorche是蘋果專屬軟件，是掃描三維石膏模型后再在Zbrush中雕刻出細(xì)節(jié)，總體上來(lái)說(shuō)還是平面的靜態(tài)的，并且有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，安卓系統(tǒng)的手機(jī)和PC都無(wú)法使用；Artnatomy是一款專門研究人物面部表情和人物面部肌肉動(dòng)態(tài)的軟件，可以讓面部肌肉和面部骨骼對(duì)應(yīng)起來(lái)，還可以通過(guò)改變面部肌肉和面部骨骼的透明度來(lái)更直觀的了解對(duì)應(yīng)關(guān)系，但是只有頭部到頸部的肌肉和骨骼，再者動(dòng)畫表情方面很僵硬；其他三款軟件Zygote body（前Google Body）、3DBody、Multifit Elearning針對(duì)的領(lǐng)域側(cè)重于醫(yī)學(xué)和體育訓(xùn)練，不適合藝用解剖知識(shí)的學(xué)習(xí)，再者這幾款軟件都是外國(guó)開發(fā)的，頁(yè)面內(nèi)容都是英語(yǔ)，給訪問(wèn)者帶來(lái)了諸多不便；國(guó)外網(wǎng)站受國(guó)內(nèi)防火墻的限制，要么打開速度很慢，要么直接打不開；只有小部分內(nèi)容是免費(fèi)的，大部分內(nèi)容都是收費(fèi)的，并且價(jià)格較高。

二、目前VR技術(shù)發(fā)展中存在的問(wèn)題

1.VR內(nèi)容資源匱乏，優(yōu)質(zhì)的VR資源是VR技術(shù)發(fā)展的短板：VR內(nèi)容平臺(tái)資源更新慢、資源少。主流應(yīng)用商店并沒(méi)有對(duì)VR內(nèi)容資源進(jìn)行獨(dú)立分區(qū)，這導(dǎo)致VR內(nèi)容資源不好發(fā)現(xiàn)、難以查詢。視覺(jué)體驗(yàn)效果差，與VR用戶的交互式元素少，畫面品質(zhì)有待提升，畫面的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換效果不好。作品內(nèi)容形式雷同化、簡(jiǎn)單化，高品質(zhì)原創(chuàng)VR內(nèi)容資源待激活，將VR資源細(xì)分化，精準(zhǔn)對(duì)位VR用戶，滿足更多元內(nèi)容需求。

2.VR標(biāo)準(zhǔn)不完善，VR設(shè)備分裂，VR用戶適配難度大：VR標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一造成VR設(shè)備、VR操作系統(tǒng)、VR版本的發(fā)展不統(tǒng)一，從而加大了游戲、教育、醫(yī)學(xué)、影視等內(nèi)容對(duì)VR用戶適應(yīng)難度，這樣以來(lái)就導(dǎo)致VR內(nèi)容生態(tài)的無(wú)秩序感，也會(huì)影響VR用戶的選擇和體驗(yàn)。

3.VR技術(shù)對(duì)硬件要求高，這樣就限制VR設(shè)備應(yīng)用普及：VR設(shè)備對(duì)周邊的配套產(chǎn)品（手機(jī)、PC）性能要求相對(duì)較高，間接抬高了VR設(shè)備使用成本。存儲(chǔ)量大、網(wǎng)速（移動(dòng)流量）速度快、高性能的硬件配套設(shè)施是未來(lái)發(fā)展的方向。

三、VR技術(shù)與藝用人體解剖結(jié)合設(shè)計(jì)構(gòu)想

1.在傳統(tǒng)的藝用人體解剖教學(xué)工具（書籍、掛圖、幻燈片和已有的應(yīng)用程序）中人物動(dòng)態(tài)是不方便表現(xiàn)出來(lái)的，但是在實(shí)際的繪畫或者創(chuàng)作中，對(duì)于人體的需求不單單是標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)，因此我們需要知道掌握不同姿勢(shì)下的人體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的變化；傳統(tǒng)的人體寫生可以解決部分人體動(dòng)態(tài)的問(wèn)題，但是對(duì)于動(dòng)作幅度比較大的姿勢(shì)，人體模特也不能長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持，對(duì)于更深層的肌肉結(jié)構(gòu)更是無(wú)法通過(guò)肉眼觀察到?；诂F(xiàn)代VR技術(shù)發(fā)展的保障條件，虛擬現(xiàn)實(shí)的藝用人體解剖應(yīng)用程序應(yīng)該更加注重人體解剖動(dòng)態(tài)的模擬，將人體解剖動(dòng)態(tài)的模擬分為骨骼動(dòng)態(tài)模擬、肌肉動(dòng)態(tài)模擬和皮膚動(dòng)態(tài)模擬三部分進(jìn)行模擬，盡量實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的藝用人體解剖應(yīng)用程序與用戶的交互性。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)的藝用人體解剖應(yīng)用程序除了注重人體的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)注意人體的透視變化，在很多教材中透視內(nèi)容是和人體解剖放到一起的；首先虛擬現(xiàn)實(shí)的藝用人體解剖應(yīng)用程序要實(shí)現(xiàn)人體在三維空間中的旋轉(zhuǎn)和縮放功能，以便用戶體驗(yàn)到人體在三維空間中的透視變化，能夠結(jié)合人體的動(dòng)態(tài)的變化，繪制各種透視角度下的人體結(jié)構(gòu)和比例的變化，成為繪制人體透視變化的重要依據(jù)；其次要預(yù)設(shè)各種視角，方便用戶體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的藝用人體解剖應(yīng)用程序帶來(lái)的視覺(jué)效果，例如超廣角鏡頭、廣角鏡頭、魚眼鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、中焦鏡頭、長(zhǎng)焦鏡頭、超長(zhǎng)焦鏡頭等鏡頭效果；最后在虛擬現(xiàn)實(shí)的藝用人體解剖應(yīng)用程序中要實(shí)現(xiàn)某一結(jié)構(gòu)的單獨(dú)移動(dòng)功能，某一結(jié)構(gòu)的單獨(dú)移動(dòng)功能是結(jié)合旋轉(zhuǎn)和縮放功能的。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)的藝用人體解剖應(yīng)用程序的界面設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括：收藏（方便用戶收藏自己想要的內(nèi)容）、搜索（方便用戶搜索自己想要的內(nèi)容）、畫筆（用戶標(biāo)識(shí)用途）、截圖、拆分模式、線框模式等內(nèi)容；在介紹人體肌肉和骨骼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采取逐步細(xì)化的分支結(jié)構(gòu)，并在每個(gè)分支下面有文字、語(yǔ)音或者視頻解讀。

隨著生產(chǎn)成本的降低、VR技術(shù)推廣的加強(qiáng)，VR用戶規(guī)模不斷擴(kuò)大，International Data Corporation （IDC）預(yù)測(cè)：到2021年，中國(guó)超過(guò)1.5億人將經(jīng)常使用AR / VR平臺(tái)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、內(nèi)容和數(shù)據(jù)。因此，將藝用人體解剖和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

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基金項(xiàng)目：本論文為山東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃專項(xiàng)課題《基于VR技術(shù)的藝用人體解剖APP研究與開發(fā)》階段性成果，課題編號(hào)：BCA2017001。