基于虛擬現(xiàn)實建筑景觀漫游動畫設(shè)計研究

趙曉靜

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253034）

在今天的信息技術(shù)迅速發(fā)展中，許多技術(shù)被應(yīng)用在新興的行業(yè)、日常工作和生活中，其中，在制圖、效果演示、動畫設(shè)計等中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了比較廣泛的應(yīng)用。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠更加直接且明確地表現(xiàn)出真實的建筑景觀，無論是在具體的細(xì)節(jié)、構(gòu)架等方面還是宏觀的場景、環(huán)境等方面。而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還能夠在建筑景觀動畫設(shè)計中表現(xiàn)出強(qiáng)大的交互性，通過優(yōu)秀的模擬功能，幫助用戶對于建筑有更加真實和直觀的體驗。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)引起了廣泛的關(guān)注，同時這一技術(shù)的迅速進(jìn)步也使其更加多樣化地應(yīng)用在了人們的日常工作和生活之中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)顧名思義，是要利用和模擬自然環(huán)境、物質(zhì)條件下也即現(xiàn)實的某些視覺、動作等的技術(shù)，這一技術(shù)也被稱為人工環(huán)境，從中可以看出主要的定義。該技術(shù)最初起源于美國并且主要在具體的城市規(guī)劃之中應(yīng)用，為城市規(guī)劃提供比較優(yōu)秀的環(huán)境模擬，現(xiàn)在越來越應(yīng)用在更加廣泛的生活以及設(shè)計工作之中。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)方式

實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的方式比較多樣。

（1）三維建模技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要基礎(chǔ)，這一技術(shù)能夠為虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)提供場景、環(huán)境的構(gòu)建；

（2）場景構(gòu)建技術(shù)，這一技術(shù)能夠為三維建?；A(chǔ)之上的現(xiàn)實構(gòu)建和模擬提供進(jìn)一步的完善，使虛擬現(xiàn)實技術(shù)的效果更佳；

（3）交互技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在應(yīng)用中往往具備交互性，這也是該技術(shù)的一項優(yōu)點，交互技術(shù)能夠通過傳統(tǒng)幾何建模交互技術(shù)與圖像交互技術(shù)，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供核心關(guān)鍵環(huán)境的架構(gòu)，給予更真實直觀的體驗；

（4）數(shù)據(jù)收集技術(shù)，主要是對于現(xiàn)實環(huán)境的收集，包括各種具體的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、照片以及地圖等數(shù)據(jù)等，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)離不開與內(nèi)容相關(guān)的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)收集在該技術(shù)的實現(xiàn)中也是重要的。

1.3 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)建筑景觀動畫設(shè)計的優(yōu)點

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行建筑景觀相關(guān)的動畫設(shè)計，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身所具有的三大特征之上，實現(xiàn)現(xiàn)實建筑內(nèi)容、景觀與虛擬動畫和信息技術(shù)的結(jié)合，具有很大的優(yōu)點。

（1）通過虛擬現(xiàn)實能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)建筑表現(xiàn)更加真實的內(nèi)容，在傳統(tǒng)建筑景觀表現(xiàn)中，往往要通過整體到局部的平面方式，而這種方式容易導(dǎo)致細(xì)節(jié)和整體景觀的統(tǒng)一感無法直觀表現(xiàn)出來，而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，則能夠建立起更加逼真的空間感和立體感，利用三維立體模擬的特殊性，讓建筑景觀的表現(xiàn)形式更加立體化，實現(xiàn)交互性等，彌補(bǔ)傳統(tǒng)建筑表現(xiàn)的不足；

（2）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的感染力也是極強(qiáng)的，在進(jìn)行建筑漫游動畫設(shè)計的時候，虛擬現(xiàn)實能夠讓鏡頭的表現(xiàn)力更強(qiáng)、表現(xiàn)范圍更廣，從整體上建筑景觀的形式和布局，到運用鏡頭來展示建筑的具體細(xì)節(jié)與架構(gòu)等，還可以通過交互和運動的切換，讓用戶體驗到行走、視覺等不同的感官帶來的不同體驗，實現(xiàn)極強(qiáng)的感染力。

2 建筑漫游動畫中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

2.1 沉浸性

沉浸性本身指的是用戶或是體驗者在虛擬世界之中所感受到的環(huán)境的真實程度，如果感受能夠很直觀且真實，那么就做到了比較好的沉浸性。而沉浸性也能夠為交互的實現(xiàn)、體驗效果的提升提供良好的基礎(chǔ)，因此在建筑漫游動畫中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，沉浸性不僅是一項突出特征，而且是基礎(chǔ)的特征。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點之一就在于人們能夠通過主體的投影，對于虛擬現(xiàn)實環(huán)境進(jìn)行觀察和了解，沉浸并且存在其中，進(jìn)一步實現(xiàn)交互等，用戶在體驗過程中，能夠得到視覺、聽覺乃至于自己動作所獲得的沉浸感和體驗感，從而真正感受到建筑漫游的效果。

2.2 交互性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互性十分突出，今天的虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供體驗的時候，往往需要借助相應(yīng)的設(shè)備，而佩戴設(shè)備為用戶提供了互動的基礎(chǔ)，這也是該技術(shù)能夠并且迅速在現(xiàn)實工作與日常中得到了廣泛的推廣的重要原因。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)所提供的環(huán)境構(gòu)建中，人們的操作能力得以在自然環(huán)境中進(jìn)行反饋，也即能夠通過互動來得到一定的結(jié)果，從而進(jìn)行推斷。手勢、動作等所獲得的視覺、聽覺等方面的感官體驗和交互體驗，能夠讓用戶得到一種身臨其境的感覺。

2.3 感知性

感知性，這一特征意味著人們通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是能夠更加直觀地獲取相關(guān)的知識和信息，并且獲取主要是通過自己的主觀認(rèn)知與感知。感知性在建筑景觀漫游動畫中也是重要的一個因素，其意味著用戶在體驗時能夠獲得良好的感官體驗，尤其是相比于傳統(tǒng)的技術(shù)所展現(xiàn)出來的建筑形式和動畫內(nèi)容，虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)之上的動畫設(shè)計顯然更具有感知特征。

2.4 想象性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)所呈現(xiàn)出來的建筑景觀漫游動畫的一大特征還在于想象性，雖然虛擬現(xiàn)實代表的是比傳統(tǒng)建筑呈現(xiàn)方式更真實、更全面的環(huán)境模擬和建筑構(gòu)建，但是從基礎(chǔ)上是離不開想象性的，例如基于該技術(shù)的漫游動畫中也會出現(xiàn)現(xiàn)實中并不存在或者是想象中未來的建筑情景?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行建筑景觀的漫游動畫設(shè)計，目的和意義不僅限于彌補(bǔ)、突破傳統(tǒng)展現(xiàn)形式的限制，給用戶更優(yōu)秀的感官體驗，也在于幫助體驗的用戶開拓思維，得到更加廣泛的靈感激發(fā)，在模擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)之上同時實現(xiàn)藝術(shù)價值。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑景觀漫游動畫中的運用關(guān)鍵

3.1 三維建模

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的建筑景觀漫游動畫設(shè)計的關(guān)鍵之一，在于三維建模的設(shè)計和軟件應(yīng)用。三維建模技術(shù)、三維交互等，均涵蓋在此范圍之中，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)也在于三維建模技術(shù)能夠有效應(yīng)用。通過三維建模，能夠?qū)μ摂M現(xiàn)實的環(huán)境和景觀進(jìn)行基礎(chǔ)的運算模擬和真實性還原，尤其是對于可視化場景、宏觀景象和具體景觀結(jié)構(gòu)的模擬，是非常重要的。三維建模技術(shù)所提供的現(xiàn)實模擬場景是虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)一步實現(xiàn)交互性、感知性等的基礎(chǔ)。

3.2 精確建模

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用中，精確建模也是非常重要的。與傳統(tǒng)的建筑景觀呈現(xiàn)形式不同的是，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用，強(qiáng)調(diào)的就是對現(xiàn)實景觀的某種意義上的重現(xiàn)和模擬，尤其是從細(xì)節(jié)到整體的完整性給用戶帶來的體驗，因而對于精確建模就提出了更高的要求。精確建模軟件中，Pro/Engineer 系統(tǒng)作為代表，表現(xiàn)出了在建模過程中，對于造型自由、建模形式全面等的表現(xiàn)，通過這一技術(shù)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)曲面建模和實體建模，同時還可以對圖形進(jìn)行渲染和自由打造，既能夠更加自由地對現(xiàn)實環(huán)境進(jìn)行模擬，還能夠具有一定的想象和發(fā)展空間，利于規(guī)劃現(xiàn)實中不存在的一些場景，尤其是工業(yè)項目中，更注重精確性，也就更強(qiáng)調(diào)精確建模的重要性。

3.3 三維動畫制作

三維動畫制作是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在漫游動畫設(shè)計中實現(xiàn)運用的一個重要內(nèi)容，以3D MAX 為代表，許多軟件都是為三維模型創(chuàng)建、三維動畫制作服務(wù)的，這些軟件以及多樣性的插件，能夠在漫游動畫設(shè)計中實現(xiàn)還原與拓展。三維動畫軟件制作的動畫效果，對于畫面的渲染效果更好、更及時。

3.4 虛擬現(xiàn)實建模

虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)的實現(xiàn)中，MultiGen Creator 是一個具有代表性的實時運行的軟件，同時也會加上其他的虛擬建模工具，共同進(jìn)行虛擬現(xiàn)實的模擬和場景的三維創(chuàng)設(shè)。與傳統(tǒng)的場景模擬不同，虛擬現(xiàn)實的建模難度顯然是更高的，直觀和全面的要求使得在建模過程中需要更加重視具體的每一點到整體結(jié)構(gòu)和復(fù)雜面上的建構(gòu)。

4 建筑景觀漫游動畫設(shè)計中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的技術(shù)內(nèi)容

4.1 細(xì)節(jié)與層次模擬技術(shù)

該技術(shù)也就是LOD 技術(shù)，是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中比較基礎(chǔ)的技術(shù)內(nèi)容之一。細(xì)節(jié)與層次模擬技術(shù)，顧名思義，能夠為在虛擬環(huán)境的模擬中實現(xiàn)不同物體之間的層次以及物體本身的層次方面進(jìn)行模型的建立。在具體的三維建筑景觀模擬的時候，漫游動畫的設(shè)計離不開對于豐富結(jié)構(gòu)的設(shè)計，而同時，與平面不同，三維同時還要重視物體的視點問題，包括與此相關(guān)的物體細(xì)節(jié)清晰度問題、宏觀景觀的分辨問題。該模擬技術(shù)則能夠很好地解決這種問題，通過分辨率模型的不同，來創(chuàng)設(shè)對于細(xì)節(jié)的表現(xiàn)，從而不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)建筑景觀表現(xiàn)形式中的不足，還減少了在細(xì)節(jié)繪制方面帶來的時間浪費，增強(qiáng)了漫游動畫設(shè)計最終的效果。

4.2 實例化操作技術(shù)

實例化操作技術(shù)在建筑景觀漫游動畫設(shè)計中，主要的應(yīng)用方法是彌補(bǔ)同一物體多次建模的缺點。實例化操作技術(shù)，實際上就是對于某一物體或者是場景的應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一建模，也即只需要建造起一個統(tǒng)一的模型，而后利用該技術(shù)應(yīng)用這一模型，將模型引入在不同的場景中。通過對同一個物體進(jìn)行一個模型的建造和利用，避免出現(xiàn)不必要的重復(fù)，從而實現(xiàn)工作量的減少和工作效率的提升，同時由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于計算機(jī)應(yīng)用的要求，該技術(shù)也能夠有效地降低計算機(jī)的操作負(fù)荷、節(jié)約內(nèi)存，讓漫游動畫的設(shè)計更有效率。

4.3 紋理放射技術(shù)

紋理放射技術(shù)，在建筑景觀漫游動畫設(shè)計中是非常重要的。和其他的一些動畫設(shè)計有所不同，對建筑景觀進(jìn)行漫游動畫設(shè)計，離不開細(xì)節(jié)的模擬，做好細(xì)節(jié)建造的真實感，是提高交互感、體驗感的重要途徑，也是給用戶更加真實體驗的有效方式，尤其是建筑景觀中往往具有一些紋理、細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，這些細(xì)節(jié)能否得到良好的體現(xiàn)，是真實感形成的關(guān)鍵點。紋理放射技術(shù)，正是能夠進(jìn)行真實感增強(qiáng)的有效方法，通過紋理的放射，實際上也就是對于真實的圖形、花紋等進(jìn)行模擬和呈現(xiàn)，通過三維立體的方法將紋理呈現(xiàn)在建筑中，加強(qiáng)建筑景觀的真實感。同時，這一技術(shù)還能夠降低動畫設(shè)計和制作中的工作量，利用模擬模型來進(jìn)行統(tǒng)一的引入，降低模型構(gòu)建的工作量。

4.4 交互漫游技術(shù)

交互漫游技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實建筑漫游動畫中，有效實現(xiàn)交互感和體驗感的一項技術(shù)內(nèi)容。該技術(shù)包含的包括了自主漫游技術(shù)和路徑漫游技術(shù)兩者，并且能夠?qū)崿F(xiàn)不同的模擬效果。在自主漫游技術(shù)之下，體驗的用戶可以根據(jù)自己的個性化選擇來決定漫游的路線和內(nèi)容，從而通過技術(shù)設(shè)備來獲得更加自主的體驗。而對應(yīng)的，路徑漫游技術(shù)，則能夠?qū)τ诼肪€進(jìn)行提前的設(shè)定和安排，避免其他因素的干擾，實現(xiàn)良好的交互效果。

5 結(jié)語

在建筑景觀漫游動畫設(shè)計之中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用將會越來越廣泛，技術(shù)也將不斷實現(xiàn)進(jìn)步。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠充分利用交互性等，更加細(xì)致地設(shè)計和詮釋建筑景觀的細(xì)節(jié)與宏觀，兼顧到宏觀的景象和具體的景觀細(xì)節(jié)建構(gòu)，實現(xiàn)動畫設(shè)計質(zhì)量的提升。因此，隨著技術(shù)和人們的體驗需求的改變與進(jìn)步，基于虛擬現(xiàn)實進(jìn)行建筑景觀漫游動畫設(shè)計，需要設(shè)計師們更加提高設(shè)計能力和技術(shù)應(yīng)用水平，學(xué)習(xí)中外先進(jìn)的形式與技術(shù)提升，推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)與動畫設(shè)計的雙重發(fā)展。