基于虛擬仿真實驗的美學運用研究*

任宏偉 朱冠達 歐陽鼎 蔣智麗

（1.四川美術(shù)學院設(shè)計學院,重慶 401331;2.重慶文化職業(yè)藝術(shù)學院,重慶 401320）

虛擬仿真技術(shù)是指以一個虛擬的系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，其實現(xiàn)方式主要包括虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、融合現(xiàn)實（Mixed Reality，MR）、擴展現(xiàn)實（Extended Reality，XR）、計算機模擬、三維建模、數(shù)字孿生以及全息投影等技術(shù)[1]。在虛擬仿真技術(shù)不斷發(fā)展的今天，得益于虛擬仿真技術(shù)的交互性、沉浸性的優(yōu)勢，其能夠為使用者帶來“身臨其境”的感官體驗，虛擬仿真技術(shù)已被廣泛運用于醫(yī)療、教育、文娛等各行業(yè)領(lǐng)域。

而對于虛擬仿真實驗的研究主要集中在系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)方面[2]，僅少數(shù)文章的研究內(nèi)容探討了虛實相結(jié)合的科研及創(chuàng)作模式，以及虛擬實驗效果反思。虛擬仿真中的美學運用能為使用者帶來良好的感官維度的體驗，特別是視覺體驗，而針對虛擬仿真實驗中的美學運用、創(chuàng)作方法研究更是少之又少。伴隨著體驗經(jīng)濟時代的盛行，如今的消費者不僅僅滿足于“使用”虛擬仿真技術(shù)設(shè)備，更注重于虛擬仿真技術(shù)可提供的“體驗內(nèi)容”，體驗已經(jīng)成為這個時代的關(guān)鍵詞[3]。

因此，對于虛擬仿真實驗中的美學運用、創(chuàng)作方法研究值得探討。對于數(shù)字美學體系的初步架構(gòu)主要集中在2000年之后的十余年間，架構(gòu)內(nèi)容也主要基于傳統(tǒng)美學體系之下對數(shù)字美學的探討。自2014年至今，對數(shù)字美學體系的架構(gòu)與之前相比也都大同小異，觀點缺乏突破創(chuàng)新，而如今的人工智能和虛擬仿真體驗與之前數(shù)字美學研究的環(huán)境相比具有一定的差異性。虛擬仿真中的數(shù)字美學是從美學的角度來研究虛擬仿真技術(shù)的運用，同時也要從虛擬仿真技術(shù)的特征審視美學。因此亟待探索基于虛擬仿真的數(shù)字美學運用方法，嘗試拓展美學研究邊界，為補充數(shù)字領(lǐng)域的美學體系奠定一定基礎(chǔ)。通過前期的設(shè)計實踐以及研究，筆者將基于虛擬仿真實驗的美學運用創(chuàng)作方法劃分為數(shù)字轉(zhuǎn)譯、體驗整合、創(chuàng)作與技術(shù)路徑三個部分，針對每個部分結(jié)合實踐進行了闡述與分析。

一、虛擬仿真中的數(shù)字轉(zhuǎn)譯

在虛擬仿真空間中的藝術(shù)創(chuàng)作并不是簡單地將現(xiàn)實世界原封不動的進行“移植”，應結(jié)合創(chuàng)作目的以及所選虛擬仿真技術(shù)的特點進行分析，通過數(shù)字化的手段對現(xiàn)實世界進行數(shù)字轉(zhuǎn)譯。因此，數(shù)字轉(zhuǎn)譯是虛擬仿真實驗中的美學運用核心。

以傳統(tǒng)中國壁畫在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的數(shù)字轉(zhuǎn)譯為例，傳統(tǒng)中國壁畫的形式語言深深扎根于東方審美體系，包含透視、造型、比例、線條、色彩、結(jié)構(gòu)等多種方面，而當這些形式語言轉(zhuǎn)譯到三維空間這一體系中時，其不可避免地會產(chǎn)生“信息差”與“信息偏移”。因此在同樣的信息通道下，如何完成兩種信息的轉(zhuǎn)譯便是傳統(tǒng)壁畫三維化要解決的問題之一。

張加萬，王巧雯（2018）在敦煌壁畫中建筑的數(shù)字化再現(xiàn)與重構(gòu)的研究中建構(gòu)了敦煌壁畫建筑“信息維度”模型[3]?；诖司S度模型，筆者從意象維度、形象維度、具象維度三個維度去分類壁畫進行數(shù)字轉(zhuǎn)譯時所涉及的信息。

（一）意象維度

首先是基于文字的意象維度，其包括描繪對象相關(guān)的文字信息，包含各個描繪對象的名稱、相關(guān)故事文獻、基于其的文化內(nèi)涵、對其的描述等。以榆林窟第三窟文殊變帝釋頭像的數(shù)字轉(zhuǎn)譯為例，其意象維度具體包含帝釋、帝王冠服形象、通天冠、通天冠形制、佛經(jīng)、文獻資料等文字信息。其身著帝王冠服，對應佛經(jīng)中的描述是為帝釋，依據(jù)壁畫繪制的朝代和造型特點，確認其所戴頭冠即為古代帝王冠服中的“通天冠”一類，依據(jù)這一信息可以搜索古代對于朝天冠的形態(tài)描述，這些文字信息均可與壁畫繪制的通天冠的形制大致進行對應。同時這些文字還可以為壁畫中描繪不清、概括省略、風化缺失的部分提供補充和幫助理解。

（二）形象維度

形象維度既包含描繪對象的壁畫圖像本身，同時又包含同時代壁畫對同一類對象的描繪和不同時代壁畫對同一類對象的描繪，根據(jù)本文所選壁畫數(shù)字轉(zhuǎn)譯對象，其形象維度具體包含但不限于能展現(xiàn)出事物本身的演變、繪制技法的變化、不同角度的樣貌等多種信息、文殊變壁畫、各種帝釋壁畫形象、不同壁畫中的通天冠、中國古代書畫等圖像信息。在觀察所選對象的原始壁畫時，可以獲取人物的面目表情、眉眼關(guān)系、面頰胖瘦，通天冠的形態(tài)和結(jié)構(gòu)比例等信息，這也是壁畫進行數(shù)字轉(zhuǎn)譯時最主要的參考。但原始圖像也僅僅只能提供這一視角的信息，對于其他視角沒有繪制到的部分，就需要參考文殊變壁畫中其他人物在不同視角的形象，以此作為數(shù)字轉(zhuǎn)譯時其他視圖的信息補充。

（三）具象維度

具象維度包括繪制壁畫過程中所參考的現(xiàn)實對應之物，以及衍生出的塑像、石刻等都屬于描繪對象的具象表現(xiàn)，這根據(jù)本文所選壁畫數(shù)字轉(zhuǎn)譯對象，其具象維度具體包含古代通天冠實體形制、佛教造像、大足石刻、敦煌塑像等實體信息。壁畫是依據(jù)佛經(jīng)進行繪制，同時也會因當時的文化而產(chǎn)生變化，我會尋找壁畫中相對應的朝天冠形制，根據(jù)不同時代的朝天冠來確定數(shù)字轉(zhuǎn)譯的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，盡量依據(jù)真實結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)建，使其結(jié)構(gòu)更加合理。同時在某些壁畫抽象、省略的地方，實物的形象就能提供更多的參考，通過實物理解結(jié)構(gòu)后也能幫助推理出壁畫未繪制部分合理的構(gòu)造。

在壁畫數(shù)字轉(zhuǎn)譯的過程中，三維與佛教塑像并不完全相同，塑像受制于材料和制作方法限制，對于結(jié)構(gòu)的處理傾向于抽象、概括、扁平化、浮雕化、符號化。而在三維空間中則不受這些限制，可以制作更復雜的結(jié)構(gòu)，因此在數(shù)字轉(zhuǎn)譯中也需要注意壁畫三維化與塑像石刻之間的區(qū)別。

二、虛擬仿真中的體驗整合

具有高度沉浸感的互動是虛擬仿真技術(shù)中的特點之一，而使用者與虛擬環(huán)境中的對象進行互動的過程中，往往可以為使用帶來視覺、聽覺、觸覺等多感官通道的體驗結(jié)果。在進行數(shù)字轉(zhuǎn)譯后，應對所創(chuàng)造的數(shù)字內(nèi)容從以下幾個方面進行體驗整合：

（一）設(shè)計風格的規(guī)范性

在虛擬仿真中，視覺、聽覺、觸覺等各個感官通道體驗具有相連性，因此需要有一個統(tǒng)一的設(shè)計語言和規(guī)范來保證各種體驗之間的協(xié)調(diào)性。例如為了保證視覺體驗的一致性，可以在虛擬環(huán)境中使用相同的顏色、字體、圖標等設(shè)計元素。

（二）多樣化的體驗

虛擬仿真中的體驗應以多樣化為目標，從多感官通道滿足用戶的需求，帶來良好的沉浸感，并激發(fā)他們的情緒感受。虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器或眼鏡可以提供逼真的視覺效果，使用戶感覺到自己身臨其境，增強現(xiàn)實通過手機或眼鏡等，將虛擬的數(shù)字物品與真實空間進行結(jié)合，為用戶提供一種新奇的視覺體驗效果。虛擬環(huán)境中的景物、物體和角色的設(shè)計、動畫和特效等內(nèi)容都可以影響用戶的視覺體驗。而對虛這些內(nèi)容、物品中的光影、尺度、材質(zhì)等效果的夸張、重構(gòu)則可以增強用戶的沉浸感。環(huán)境音效、角色音效、音樂等聽覺通過的內(nèi)容，則可以增加真實感，如環(huán)境音效技術(shù)可以使用戶感覺到聲音來自不同的方向，增強交互體驗。虛擬環(huán)境中的物體的質(zhì)感、硬度、彈性等屬性可以通過觸覺反饋技術(shù)進行模擬，讓用戶感受到真實的觸覺體驗。虛擬環(huán)境中的空間定位技術(shù)可以讓用戶通過手勢、體動等自然軀體運動進行交互操作，這種具有自然性的交互方式增強用戶的沉浸感。虛擬環(huán)境中的交互操作包括了頭部追蹤、手柄、手勢識別等多種方式，讓用戶可以與虛擬環(huán)境中的物體進行互動。

（三）數(shù)據(jù)整合與分析

通過采集與用戶體驗相關(guān)的數(shù)據(jù)進行分析整合，可以得到用戶在虛擬環(huán)境中的行為、偏好等信息，進而優(yōu)化虛擬環(huán)境中的體驗。量表問卷、眼動實驗等實驗方法通常可以幫助驗證虛擬仿真技術(shù)中的用戶體驗。視覺感官體驗作為虛擬仿真技術(shù)中最直觀的信息傳達方式，可以通過對所創(chuàng)作的數(shù)字轉(zhuǎn)譯內(nèi)容進行眼動實驗，分析被試者的視覺注意力，從而優(yōu)化內(nèi)容。筆者于前期的研究中[4]，對敦煌壁畫的裝飾圖案進行三維、動態(tài)的數(shù)字轉(zhuǎn)譯，并通過眼動實驗的方法與靜態(tài)的敦煌壁畫裝飾圖案進行對比研究，探討其中的用戶視覺體驗。而經(jīng)過眼動實驗驗證的具有高視覺注意力的動態(tài)敦煌壁畫裝飾圖案，后續(xù)運用至三維投影、虛擬現(xiàn)實等空間中。

三、技術(shù)與創(chuàng)作路徑

隨著計算機圖形學等虛擬仿真技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展，為虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等虛擬仿真空間中的藝術(shù)創(chuàng)作提供了豐富的路徑，以及不同風格的可能性。因此，在虛擬仿真技術(shù)的藝術(shù)、設(shè)計創(chuàng)作技術(shù)路徑的確定與規(guī)劃決定著實現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)譯及使用者體驗整合實施的完整性、連貫性?？蓮囊韵聨讉€方面對技術(shù)與創(chuàng)作路徑進行分析與確定。

（一）創(chuàng)作目標

不同的虛擬仿真技術(shù)具有不同的特性，同時對應著不同的應用場景，因此應在創(chuàng)作初期便明確創(chuàng)作目標及應用場景，從而選擇相應的虛擬仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)產(chǎn)品可大致分為工具類與體驗類兩大類型。工具類多以訓練、模擬為目標，通過搭建虛擬仿真空間滿足使用者以功能性為主的需求，這一類的創(chuàng)作目標應以可用性為創(chuàng)作指導原則。體驗類多以游戲、娛樂等為創(chuàng)作目標，通過在虛擬仿真空間中創(chuàng)作出一個基于現(xiàn)實但又具有一定構(gòu)想性的虛擬環(huán)境，滿足使用者以享樂性、情感化為主的需求，這一類的創(chuàng)作目標應在滿足可用性的原則之上，更多考慮產(chǎn)品內(nèi)容中的情感化的表達。以敦煌榆林窟第三窟壁畫文殊變的虛擬仿真數(shù)字轉(zhuǎn)譯為例，本次創(chuàng)作的目標是期以通過數(shù)字化的方式，對中國傳統(tǒng)壁畫的數(shù)字創(chuàng)新探索路徑及創(chuàng)作方法，研究二維平面的敦煌壁畫轉(zhuǎn)譯為三維立體的壁畫空間的可能性，同時通過信息界面的呈現(xiàn)，為使用者了解壁畫內(nèi)容中的信息時帶來更具沉浸感、體驗感的形式。

（二）設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)

沉浸性、交互性是虛擬仿真技術(shù)的核心特點之一，也是用戶在使用虛擬仿真產(chǎn)品時影響“體驗”的重要因素。在目標確定之后，需以“系統(tǒng)”的角度對圖形圖像、信息架構(gòu)、功能架構(gòu)、用戶交互界面等進行分析整合。以敦煌榆林窟第三窟壁畫文殊變的虛擬仿真數(shù)字轉(zhuǎn)譯為例，針對“文殊變”壁畫虛擬仿真的互動設(shè)計，為了更好地展現(xiàn)信息，需要對信息進行梳理和分級處理，使信息在虛擬仿真中呈現(xiàn)出清晰的層次感，便于觀眾理解和接受。這樣做的目的是打破原有壁畫信息傳達的煩瑣性，讓信息更加有條理地展現(xiàn)在觀眾面前，從而提升用戶的體驗感。在進行文殊變壁畫的三維化過程中，筆者收集、整理了大量的相關(guān)文獻和圖像資料。并將所收集的資料分析整合為三個層級。第一層級基于壁畫的內(nèi)容進行了基礎(chǔ)分類，分為人物和環(huán)境兩個大類。第二層級對兩個大類進行了具體的細分，包括人物中的19個角色，以及環(huán)境中的山、水、建筑等。第三層級包含了更加具體的細節(jié)信息，如法器、服飾和特效等。這樣的信息分層處理能夠更好地理解信息之間的聯(lián)系，以及為內(nèi)容制作時的數(shù)字轉(zhuǎn)譯提供了更加清晰的思路和指導。

（三）內(nèi)容制作

內(nèi)容制作是虛擬仿真系統(tǒng)的創(chuàng)作技術(shù)路徑中極為重要的環(huán)節(jié)。現(xiàn)今的虛擬仿真技術(shù)產(chǎn)品多以三維化為主，不管是虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、三維投影，其中都包括了三維化、紋理制作、動畫制作等多個方面。

首先是三維化，虛擬仿真中的三維化是指將現(xiàn)實中存在的對象、場景，或是基于現(xiàn)實所進行的藝術(shù)化創(chuàng)作構(gòu)思等轉(zhuǎn)化為數(shù)字三維模型的過程。這個過程可以通過多種路徑進行實現(xiàn)，例如三維建模軟件、三維激光掃描等使。應以最終的表現(xiàn)結(jié)果及實踐可能性為指導，選擇合適的三維化方式。

其次是紋理制作，紋理是指為三維模型添加貼圖以及表面材質(zhì)的過程。紋理可以讓模型看起來更加真實、細致，同時也能夠表現(xiàn)出模型的材質(zhì)特性，如光滑、粗糙等等。紋理的制作可以使用專業(yè)的貼圖軟件進行制作。

最后是動畫制作，動畫是指為虛擬世界中的物體添加動態(tài)效果的過程。動畫可以讓虛擬世界中的物體更加生動、活躍，同時也可以為虛擬仿真系統(tǒng)中的用戶提供更加豐富的交互體驗。

虛擬仿真系統(tǒng)的內(nèi)容制作需要結(jié)合建模、紋理制作、動畫制作等多個方面進行，以達到更加真實、細致、生動的效果。同時，內(nèi)容制作還需要根據(jù)虛擬仿真系統(tǒng)的應用場景進行有針對性的設(shè)計和制作，以提供更好的用戶體驗。

（四）整合封裝

在虛擬仿真系統(tǒng)的創(chuàng)作技術(shù)路徑中，整合封裝至虛擬仿真平臺是非常重要的一步，它將前期的模型、貼圖、動畫、信息界面、特效等多種內(nèi)容創(chuàng)作進行有機的結(jié)合，生成一個完整的虛擬場景或產(chǎn)品，供用戶進行交互或欣賞。簡單而言，這個環(huán)節(jié)決定著能否將一個虛擬仿真技術(shù)產(chǎn)品概念轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵖尚械某绦颉?/p>

在整合封裝的過程中，需要將各個元素按照場景或產(chǎn)品的需求進行有序的組合，保證場景或產(chǎn)品的完整性和真實感。此外，還需要考慮到場景或產(chǎn)品的流暢性、兼容性和易用性等方面，以便讓用戶能夠更好地使用和體驗。同時，在這個環(huán)節(jié)應重視美術(shù)與技術(shù)的平衡，所創(chuàng)作的美術(shù)內(nèi)容能否良好的與技術(shù)實現(xiàn)進行匹配，并進行相應的取舍與變化。

結(jié)語

今天的數(shù)字美學主要基于人們在屏幕端所具備的體驗及審美經(jīng)驗，但在虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）、混合現(xiàn)實（MR）等虛擬仿真技術(shù)的環(huán)境下，具有交互性、沉浸感、場景化、非物化、游戲性等特點，數(shù)字審美也隨之增加了新的條件，是一個全新的機會來探索數(shù)字美學的新樣態(tài)、新特征，從而對美學體系進行補充。設(shè)計學科是一個注重實踐的學科，一切理論的價值都在與指導實踐，全新的、補充的美學領(lǐng)域的探索研究，會在數(shù)字媒體虛擬仿真設(shè)計運用的運用中發(fā)揮積極作用，從而開發(fā)全新的設(shè)計方法與路徑。