全息虛擬技術(shù)在現(xiàn)代展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

楊茹元 袁 權(quán) 孫友富 Yang Ruyuan & Yuan Quan & Sun Youfu

(1.3.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210037；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京 210044）

經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與交流，也就使現(xiàn)代展示設(shè)計(jì)朝著更科技化的方向發(fā)展。展示設(shè)計(jì)在我國(guó)屬于一個(gè)高速發(fā)展中的行業(yè)，特別是在上海世博會(huì)之后，將信息技術(shù)應(yīng)用于科技展示之中已經(jīng)成為了一種潮流。全息三維投影技術(shù)帶給我們的不僅僅是在視覺上的體驗(yàn)，更是一種精神上的滿足，它改變了現(xiàn)代展示的形式。將全息虛擬技術(shù)應(yīng)用于展示設(shè)計(jì)之中，對(duì)于在展示過程中所呈現(xiàn)出來的視覺效果的提升，是其他形式所難以達(dá)到的。將全息虛擬技術(shù)與展覽館相結(jié)合，讓展覽館所具有的價(jià)值得到極大的提升，將會(huì)帶給參觀者在生活中所難以體驗(yàn)到的沉浸感，同時(shí)也讓場(chǎng)館充滿了創(chuàng)意性與科技感。使人們感受到現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的聯(lián)系，讓人們對(duì)于展覽的內(nèi)容記憶更加深刻，因而對(duì)于展館內(nèi)容的理解也更加全面。

1 全息虛擬技術(shù)研究現(xiàn)狀

通過對(duì)文獻(xiàn)的檢索以及查閱，可以發(fā)現(xiàn)針對(duì)于全息三維投影技術(shù)的研究較多，針對(duì)于現(xiàn)代展示的研究也比較多，但是將全息虛擬技術(shù)用于現(xiàn)代展示中的研究數(shù)量則寥寥無幾[1-2]。

在國(guó)外的一些研究中，涉及到對(duì)于展覽館的設(shè)計(jì)及建設(shè)方面的研究，主要書籍有（德）托伊費(fèi)爾著《博物館、藝術(shù)館、展覽館展覽和陳列設(shè)計(jì)》、《新會(huì)縣展覽館的美術(shù)設(shè)計(jì)》、菲利普·托伊費(fèi)爾編著《博物館、藝術(shù)館、展覽館展覽和陳列設(shè)計(jì)》、《展覽館展示陳列設(shè)計(jì)》，這些書籍的研究大都偏向于理論性的指導(dǎo)，沒有涉及到全息虛擬技術(shù)在現(xiàn)代展示中的運(yùn)用內(nèi)容?！缎旅襟w實(shí)驗(yàn)藝術(shù)與設(shè)計(jì)》、《現(xiàn)代科技展館的創(chuàng)新理念》、《展館研究論文集》等針對(duì)于全息三維投影與展示設(shè)計(jì)的融合進(jìn)行了研究，但是這些研究也只是片段性的研究，僅僅闡述了全息虛擬技術(shù)在現(xiàn)代展示中的重要作用。

在國(guó)內(nèi)研究中，將全息技術(shù)引入到展館設(shè)計(jì)之中的論述并不是很多，《1999-2005年科學(xué)技術(shù)館報(bào)告》、《新展館學(xué)手冊(cè)》等比較深刻的對(duì)展館設(shè)計(jì)中的某一領(lǐng)域和具體細(xì)節(jié)進(jìn)行了分析，但是卻未將展館的設(shè)計(jì)擴(kuò)展到其他領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究，并且對(duì)于三維全息投影技術(shù)在這些書籍中都絲毫未涉及?！缎旅襟w實(shí)驗(yàn)藝術(shù)與設(shè)計(jì)》、《現(xiàn)代科技館展示理念與新型展示技術(shù)發(fā)展研究》等書籍中出現(xiàn)全息三維投影技術(shù)的相關(guān)概念，但是這些研究仍然沒有將全息三維投影技術(shù)作為主題性的方向進(jìn)行探索，未對(duì)全息三維投影技術(shù)的重要性以及具體的運(yùn)用手段從技術(shù)的角度進(jìn)行闡述。

從當(dāng)今世界科技的發(fā)展方向來看，越來越多虛擬技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用為全息三維投影技術(shù)應(yīng)用于展示設(shè)計(jì)中提供了技術(shù)性的支持。國(guó)外非常多的公司已經(jīng)針對(duì)全息三維投影技術(shù)進(jìn)行了研究，在國(guó)內(nèi)來說雖然有些企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了研究，但是由于時(shí)間較短，并沒有進(jìn)行大規(guī)模的商用。

2 全息虛擬技術(shù)分析

2.1 全息虛擬技術(shù)原理

圖1 肖維巖洞壁畫

圖2 《蜀繡》表演

圖3 汽車展會(huì)上發(fā)動(dòng)機(jī)全息模擬

圖4 全息虛擬室外效果

圖5 擬試驗(yàn)三維制作效果圖

通俗的來講，全息虛擬技術(shù)就是在我們的視線中營(yíng)造出一個(gè)三維圖像，這種三維圖像與我們觀看3d電影時(shí)所佩戴的3d視覺有著本質(zhì)的區(qū)別，往往在觀看3d電影的時(shí)候需要佩戴紅藍(lán)光眼鏡，而紅藍(lán)光眼鏡的最主要功能就是過濾屏幕中的一些光線[3]。但是全息虛擬技術(shù)不需要使用其他的設(shè)備進(jìn)行光線過濾，全息虛擬設(shè)備已經(jīng)幫助人們把一部分光線轉(zhuǎn)換成人視覺可見的三維立體影像。僅僅有設(shè)備并不足以支撐全息虛擬技術(shù)的發(fā)展，還要借助一部分的后期影像制作，后期影像制作人員的主要工作就是為全息虛擬技術(shù)提供素材，比如在全息虛擬設(shè)備運(yùn)行的過程中，人們所感受到的一些爆炸、洪水、懸崖都是后期制作人員來完成的。

2.2 全息虛擬展示要素分析

2.2.1 全息三維虛擬展示的受眾因素

在大部分的建筑空間之中，人是最重要的環(huán)境感受者。在這個(gè)空間中，人是唯一的主體，人與人之間是要相互進(jìn)行溝通的。對(duì)于展示環(huán)境來說，展示場(chǎng)所中的人與其他場(chǎng)所中的人有著一定的區(qū)別，人去展廳中的主要目的并非是去交流，而是進(jìn)行信息的獲取，也稱之為信息的受眾[4]?！笆鼙姟睆淖置嬉饬x上來看就是接受者，人就是在展示環(huán)境中的受眾，也就是信息的接受者，在展示過程中受到多種因素影響，所以在虛擬展示設(shè)計(jì)中我們必然需要去考慮這些影響因素。

虛擬展示技術(shù)是一種新型的科學(xué)技術(shù)，這種科學(xué)技術(shù)剛剛普及，因此對(duì)于大部分的人來說都是比較有吸引力的，從這個(gè)意義上來講虛擬展示具有新奇、獨(dú)特的特點(diǎn)，而這種新奇、獨(dú)特的特點(diǎn)也是其讓受眾前來參展的主要?jiǎng)右蛑弧?/p>

2.2.2 全息三維虛擬展示的環(huán)境因素

對(duì)于虛擬信息展示來說，信息展示所需要的空間主要有兩種：一種是容納設(shè)備和參觀者的物理空間，一種是容納展示信息的虛擬空間[5]。

物理空間為虛擬空間展示提供基礎(chǔ)的場(chǎng)所。物理空間是相對(duì)穩(wěn)定的因素，一般情況下物理空間是指展示場(chǎng)館之中的界面、色彩、地面、裝飾材質(zhì)、裝飾風(fēng)格等不同的元素，這些元素在一般情況下很少會(huì)發(fā)生變化，僅僅是作為展示中的輔助因素而存在的，一般參展的人在勞累之后需要休息，為參展者創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定舒適的空間環(huán)境，這也是物理空間的作用之一。

除了全息三維虛擬展示中的物理因素之外，對(duì)參觀者最具有影響力的是虛擬空間要素。虛擬空間要素與物理空間有著相當(dāng)大的區(qū)別，三維虛擬展示中的元素是以虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建為主體而存在的，這些元素都是通過計(jì)算機(jī)模擬而產(chǎn)生的，虛擬展示的內(nèi)容、形式以及互動(dòng)性，是影響參觀者的決定性因素[6]。

2.2.3 全息三維虛擬展示的情節(jié)因素

每個(gè)人的經(jīng)歷都是不同的，因而就導(dǎo)致了每個(gè)人的情感喜好、認(rèn)知都有所差別，全息虛擬技術(shù)在展示的過程中不可能滿足所有人的需求，但是可以滿足大多數(shù)人的需求。虛擬展示在進(jìn)行的過程中所展示出來的內(nèi)容對(duì)于每個(gè)人的感官影響是不同的，產(chǎn)生差異的主要原因是由于人們對(duì)于生活情節(jié)的記憶以及生活情節(jié)的聯(lián)想是不同。全息虛擬展示也是一種藝術(shù)形式，每一種藝術(shù)形式都與現(xiàn)實(shí)有著一定的聯(lián)系，所以說同樣的內(nèi)容展示出來帶給人的感受是不同的[7]。

3 全息虛擬技術(shù)在展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 展示空間中全息虛擬技術(shù)的應(yīng)用案例

法國(guó)著名的景點(diǎn)——肖維巖洞壁畫（圖1），就是運(yùn)用了全息虛擬技術(shù)進(jìn)行展示[8]。由于肖維巖洞壁畫具有非常強(qiáng)的線條感，利用全息虛擬技術(shù)展示的時(shí)候運(yùn)用了透視法以及線條的明暗變化，對(duì)于巖畫中所出現(xiàn)的動(dòng)物，更是運(yùn)用了動(dòng)態(tài)的展示方法，帶給參觀者以無限的視覺享受，人們?cè)趨⒂^的過程中無不驚嘆古人的智慧，全息虛擬技術(shù)使肖維巖洞壁畫以更生動(dòng)的形式重現(xiàn)在人們的眼中。

在2015年的春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)上，利用模塊化的舞臺(tái)，李宇春表演的《蜀繡》（圖2）受到了大家的歡迎，這是在春晚舞臺(tái)上第一次使用全息投影技術(shù)。該舞臺(tái)全息投影技術(shù)在制作完成后，在產(chǎn)生立體空中幻像的同時(shí)，真實(shí)表演者可以與幻像產(chǎn)生互動(dòng)，疊加背景舞臺(tái)的多媒體投影一起動(dòng)態(tài)地完成表演，產(chǎn)生令人震撼的視覺效果[9]。近年來，全息投影技術(shù)也開始被應(yīng)用到展會(huì)和展覽館中，如廣州車展上（圖3），一些品牌使用了全息投影展臺(tái)，吸引了參觀者的目光[10]。

全息虛擬技術(shù)從上個(gè)世紀(jì)產(chǎn)生以來一直歸于沉寂，但隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的不斷發(fā)展全息虛擬技術(shù)有了更廣闊的應(yīng)用和發(fā)展空間，在這個(gè)過程中由于科學(xué)家與藝術(shù)家之間不斷的溝通與交流，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓藝術(shù)作品與觀眾之間的溝通更加暢通，使大眾對(duì)于藝術(shù)以及科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識(shí)更加深刻。

3.2 全息虛擬技術(shù)的拓展應(yīng)用

對(duì)于人類來說，對(duì)未知的探索是人類得以進(jìn)步的原動(dòng)力，擴(kuò)大人類的生存空間是其中最好的選擇之一[11]，但是對(duì)于居住在地球上的人來說，將全息虛擬技術(shù)應(yīng)用于生活之中，將極大的擴(kuò)展我們生活的空間。

3.2.1 利用全息投影拓展室內(nèi)空間

將全息投影技術(shù)用于居住空間之中，可以將窗外的花鳥魚蟲和大海藍(lán)天搬到室內(nèi)之中，讓我們享受到平時(shí)難以享受到的自由生活（圖4）。但是目前全息虛擬技術(shù)還屬于新興行業(yè)，推廣到家用的成本比較高，在成本降低之后，對(duì)于家用來說是非?？尚械腫12]。人們生活節(jié)奏的加快與城市資源的日益緊缺，使人們想要在較小的空間范圍內(nèi)獲得更好的生活體驗(yàn)，全息虛擬技術(shù)將會(huì)成為一種非常好的選擇。

3.2.2 利用全息技術(shù)拓展智慧生活

智慧家庭的概念早已被產(chǎn)業(yè)界所提出，其主要目的是希望利用當(dāng)今世界先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)為家庭提供一個(gè)更舒適的居住空間[13]。隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)層面的智能化已經(jīng)不再那么強(qiáng)調(diào)，更注重的是精神層面的因素。全息化智慧生活逐步走進(jìn)人們的視野，在未來，全息旅行、全息醫(yī)療、教育等等都會(huì)注入到智慧家庭生活之中，以此帶給人更多的舒適感和便利感。

3.2.3 利用全息技術(shù)拓展軍事應(yīng)用

對(duì)于現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展來說，傳統(tǒng)的技術(shù)手段已經(jīng)難以滿足軍事技術(shù)快速發(fā)展的需求，二維顯示技術(shù)在軍事運(yùn)用中已經(jīng)成為一種逐步被替代的技術(shù)，全息投影技術(shù)所擁有的圖形立體感高和仿真程度高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以充分滿足現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的需求，目前全息虛擬技術(shù)在軍事中主要有戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真、幻覺武器、軍用視覺偽裝等多種形式[14]。

4 全息虛擬技術(shù)試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)原理

該試驗(yàn)?zāi)康氖侵谱饕粋€(gè)小型的全息虛擬三維道具，來模擬并論證目前展覽展示場(chǎng)館中所應(yīng)用的技術(shù)以及可實(shí)行度，該試驗(yàn)利用自制特殊視頻源文件、全息反射膜、4個(gè)半透特殊玻璃對(duì)光線進(jìn)行反射和折射，讓虛擬圖形在全息膜載體上進(jìn)行呈現(xiàn)，呈現(xiàn)畫面為虛幻影像，畫面進(jìn)入眼簾后呈現(xiàn)出360度立體畫面。視頻源文件利用After Effect、Premiere軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)編輯，處理出的視頻文件分別有上下左右四個(gè)畫面，對(duì)同一虛擬物體進(jìn)行全三維信息模擬，該物體需要進(jìn)行全三維模型編輯并執(zhí)行動(dòng)作渲染，形成連貫的動(dòng)作視頻畫面。處理后視頻文件同時(shí)播放，并在全息膜上各自對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)虛擬面，最終實(shí)現(xiàn)全息虛擬動(dòng)態(tài)形象（圖5）。

4.2 材料準(zhǔn)備與試驗(yàn)過程

在試驗(yàn)前需要根據(jù)最終呈現(xiàn)效果的面積大小進(jìn)行材料選擇，并確定播放源和源文件，播放源可以選擇電視、電腦顯示器、IPAD或手機(jī)。源文件需要確實(shí)虛擬物體，例如虛擬地球，另外需要準(zhǔn)備全息膜和工程塑料透明玻璃板數(shù)張。經(jīng)過試驗(yàn)得出在過程中需要注意如下事項(xiàng)：

圖6 自制試驗(yàn)1、2

圖7 自制試驗(yàn)3、4

圖8 模擬試驗(yàn)360度全視頻

圖9 模擬試驗(yàn)虛擬動(dòng)態(tài)地球演示效果

①確定制作呈現(xiàn)模型的大小，以及確定框架大小用以支撐播放平臺(tái)。試驗(yàn)最后圖像虛擬接受面，即制作的透明玻璃板，分別用1、2、3、4四個(gè)面搭建成錐形體（圖6），視頻源畫面經(jīng)過該錐形體發(fā)射和折射后進(jìn)入觀察者眼界，每一面視頻源文件需正好與錐形面覆蓋，使四個(gè)錐形面同時(shí)接受畫面。錐形面斜角面需與底面呈45度角，且錐形面需為等邊三角形。在制作過程中總結(jié)發(fā)現(xiàn)：在制作接受畫面的錐形體時(shí)，六等錐出現(xiàn)的虛擬畫面最為精準(zhǔn)，三角錐在圖像呈現(xiàn)時(shí)有稍許變形，而六等錐可以無死角地讓觀察者看到清晰完整的全息圖像。

②錐形體的制作。用透明玻璃根據(jù)呈現(xiàn)畫面的大小進(jìn)行裁切，定位出三塊等大的玻璃或者有機(jī)玻璃，外貼全息膜，再用工程玻璃膠或者不干膠逐步粘結(jié)成金字塔形狀（圖7）。視頻播放源有兩種放置辦法——下置和上置。這兩種放置辦法同樣都要讓錐形體的金字塔尖對(duì)著視頻播放源。上置時(shí)視頻播放源需考慮用支架固定，這兩種方式分別有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)：上置視頻源，觀察者低視效果最佳，這樣視頻源不會(huì)出現(xiàn)在觀察者眼中，只會(huì)出現(xiàn)全息虛擬畫面，該試驗(yàn)采取視頻上置。下置視頻源，觀察者需仰視效果最佳。這樣就要求，整個(gè)模型需要抬高到一定程度，最好是在觀察者視線之上。這樣觀察者只能看到錐形體內(nèi)出現(xiàn)的虛擬畫面，而視頻源文件不會(huì)對(duì)視線進(jìn)行干擾。

③錐形體四個(gè)面需要正切四個(gè)視頻源文件，視頻源文件制作需要注意背景干擾問題。首選為突出虛擬物體形象，背景為黑色較為適宜。在視頻制作過程中常用制作軟件為Premiere、After Effect、MMD、3DmaxMaya，首先需要利用三維軟件3Dmax或Maya進(jìn)行虛擬模型的制作，該模型需要全三維體，利用軟件自帶材質(zhì)進(jìn)行貼圖并進(jìn)行動(dòng)畫關(guān)鍵幀的設(shè)置，最終執(zhí)行渲染動(dòng)畫，在動(dòng)畫渲染過程中需要分別渲染上下左右四個(gè)視圖動(dòng)畫文件，即360度全文件（圖8）。再利用MMD及AE或Premiere軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將模型渲染出來的多個(gè)視頻文件轉(zhuǎn)換成一條全視頻文件，這個(gè)視頻文件即最終播放視頻的源文件。

該試驗(yàn)屬于全息虛擬的一種方式，也是目前相對(duì)比較簡(jiǎn)易的一種方式，在某種意義上他是一種偽全息影像的呈現(xiàn)，因?yàn)樗抢萌搜鄣囊曞e(cuò)覺，主動(dòng)進(jìn)行畫面的鏈接識(shí)別[15-17]。在投影中其實(shí)視頻源文件還是二維畫面，只是四個(gè)面同時(shí)呈現(xiàn)，任何角度都可以出現(xiàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證最終全息虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)地球效果（圖9）[18-21]。

5 結(jié)語

對(duì)于人類來說，每個(gè)歷史階段中都有不同的技術(shù)產(chǎn)生，這些技術(shù)對(duì)我們整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步有著不同的影響。展示設(shè)計(jì)的技術(shù)手段進(jìn)步與整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步有著密切的關(guān)系，因?yàn)檎故驹O(shè)計(jì)需要運(yùn)用到不同學(xué)科的內(nèi)容，將不同學(xué)科的內(nèi)容融為一體才是展示設(shè)計(jì)的最終目的。在展示設(shè)計(jì)中運(yùn)用全息虛擬技術(shù)，將會(huì)使展示的形式變得多姿多彩。我們的世界不僅僅是技術(shù)的不斷革新，在潛移默化中藝術(shù)也在不斷的產(chǎn)生著變化，數(shù)字化的進(jìn)程對(duì)于每一個(gè)行業(yè)的影響都是深遠(yuǎn)的，將全息虛擬技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代展示設(shè)計(jì)之中，展示設(shè)計(jì)所具有的審美價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值都會(huì)得到完整的體現(xiàn)。

研究以展示設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合全息虛擬技術(shù)的應(yīng)用，針對(duì)受眾的行為心理因素進(jìn)行全面的分析，文章在大量案例的基礎(chǔ)上針對(duì)虛擬展示中常見的構(gòu)成要素以及應(yīng)用要素之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行陳述，針對(duì)全息虛擬技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行全面的解讀。

①對(duì)于全息虛擬技術(shù)在展示中的應(yīng)用，我們不僅僅應(yīng)當(dāng)從技術(shù)的角度進(jìn)行研究，還應(yīng)當(dāng)針對(duì)展示藝術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，利用全息虛擬展示技術(shù)所營(yíng)造出來的虛擬空間和沉浸感來提升展示的效果。全息虛擬技術(shù)與現(xiàn)代展示的融合才剛剛起步，在未來全息虛擬技術(shù)與現(xiàn)代展示之間的結(jié)合必將更加緊密。

②對(duì)于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展來說，都要保證“以人為本，技術(shù)為人類服務(wù)”的原則，不管技術(shù)發(fā)展到如何的階段，我們都不能脫離這個(gè)基本的原則，只有把受眾的體驗(yàn)放在首位，才能使展示設(shè)計(jì)朝著更積極的方向發(fā)展。

對(duì)于全息虛擬技術(shù)來說，這是一個(gè)新興而又有歷史性的課題，全息虛擬技術(shù)涉及到不同的學(xué)科，如光學(xué)、物理學(xué)、心理學(xué)、傳播學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等，具有非常強(qiáng)的跨學(xué)科性。目前大部分的研究還僅僅停留在理論研究層面，未來應(yīng)對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究，使展示設(shè)計(jì)向著更積極的方向發(fā)展。