傳統(tǒng)工藝美術(shù)中VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究及應(yīng)用

朱正宇 袁蔚 上海工藝美術(shù)職業(yè)學(xué)院

傳統(tǒng)工藝美術(shù)中VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究及應(yīng)用

朱正宇 袁蔚 上海工藝美術(shù)職業(yè)學(xué)院

近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)興起，越來越多的行業(yè)使用VR技術(shù)作為賣點(diǎn)，它可以讓用戶進(jìn)入到虛擬的3D世界中，感受到身臨其境的沉浸式體驗(yàn)。在這個(gè)發(fā)展的勢(shì)頭上虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)賦予了圖像呈現(xiàn)模式以嶄新的面貌。隨著該技術(shù)的成熟，它開始被廣泛運(yùn)用于游戲及產(chǎn)品模擬等領(lǐng)域，并逐步受到市場(chǎng)的認(rèn)可，但是如何將虛擬現(xiàn)實(shí)及傳統(tǒng)工藝美術(shù)相結(jié)合，就需要在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及用戶體驗(yàn)等方面進(jìn)行研究。

虛擬現(xiàn)實(shí) VR 工藝美術(shù) 手勢(shì)識(shí)別

本文主要探討的內(nèi)容是基于VR虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)在傳統(tǒng)工藝美術(shù)上的應(yīng)用研究，并且將以案例的形式以陶藝制作的形式虛擬現(xiàn)實(shí)程序的開發(fā)驗(yàn)證，它是一款全新概念的交互技術(shù)應(yīng)用程序，能夠提供用戶集陶藝模型制作及教學(xué)于一體的系統(tǒng)，不僅注重圖像展示效果也同時(shí)兼顧用戶體驗(yàn)。

研究初期首先需要了解傳統(tǒng)陶藝，傳統(tǒng)的陶藝制作都需要經(jīng)歷：肉泥、做坯、印坯、蕩里釉等復(fù)雜的制作工序，制作之前需要對(duì)材料和器材進(jìn)行準(zhǔn)備，制作過程講究技術(shù)和手法。如在制作過程中如出現(xiàn)錯(cuò)誤，將會(huì)造成材料的浪費(fèi)。而使用了VR虛擬交互技術(shù)，可以使得這種傳統(tǒng)的制作變得簡(jiǎn)單，既能夠節(jié)約材料成本同時(shí)又能夠體現(xiàn)到完全不同的制作環(huán)境。但如果要達(dá)到完全擬真的交互效果，除了VR設(shè)備，還需要輔助設(shè)備的支持，通過輔助設(shè)備將手部掃描到虛擬世界，從而更好地進(jìn)行虛擬陶藝制作。

圖1 VR頭部設(shè)備附加手部感應(yīng)器

目前VR手部的感應(yīng)出現(xiàn)了很多種實(shí)現(xiàn)的方式，有些VR設(shè)備采用類似游戲手柄的方式來識(shí)別手部，有些則采用特定的感應(yīng)方式，例如紅外探測(cè)。Leapmotion設(shè)備是一款利用紅外探測(cè)識(shí)別手部的設(shè)備，可以將它粘附于VR頭盔上使用（如圖1所示）。

使用此解決方案可以同時(shí)偵測(cè)人的左右手，只要將手置于設(shè)備的前方，電腦程序的虛擬空間中便會(huì)出現(xiàn)虛擬的手，它按照現(xiàn)實(shí)中的手的動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可以在虛擬手上添加代碼與碰撞控制，從而進(jìn)行功能上的二次開發(fā)。

VR設(shè)備方案組合完成后，便能夠進(jìn)入軟件設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)了。項(xiàng)目制作選用時(shí)下流行的交互引擎Unity3D，它能夠支持世面上所有主流VR設(shè)備的軟件開發(fā)。

由于需要在虛擬的世界中進(jìn)行陶藝制作，為了達(dá)到擬真的效果，所以項(xiàng)目中特別進(jìn)行了虛擬場(chǎng)景的3D建模，場(chǎng)景設(shè)計(jì)成中國特定風(fēng)格的院子。

虛擬場(chǎng)景使用3D圖形設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模，建模時(shí)考慮到整個(gè)模型需要用在實(shí)時(shí)運(yùn)行中，所以對(duì)模型的多邊形數(shù)量進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。模型完成后收集貼圖素材進(jìn)行貼圖制作，貼圖取材盡量使用真實(shí)照片素材，并配合中國古建筑的風(fēng)格采用石墻、木門等素材。

圖2 貼圖之后的模型渲染效果

由于需要制作交互，所以模型貼圖完成后，導(dǎo)入交互引擎調(diào)節(jié)材質(zhì)及燈光。使場(chǎng)景盡可能保持良好的視覺效果，從而給用戶帶來更好的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，經(jīng)過光影調(diào)節(jié)之后的場(chǎng)景效果（如圖2所示）。

同時(shí)準(zhǔn)備好陶泥的材料模型，交互的主要對(duì)象是虛擬工作臺(tái)上面的陶泥材料，需要將場(chǎng)景視角定位在工作臺(tái)前，方便用戶制作。

整個(gè)場(chǎng)景及美術(shù)資源配置完成后，進(jìn)入交互程序的制作過程。

除了虛擬現(xiàn)實(shí)的功能以外，最最重要的功能部分是手部識(shí)別及交互。Leapmotion作為一個(gè)手部探測(cè)設(shè)備，提供了一套完整的開發(fā)工具及開發(fā)手冊(cè)，用戶只要接入設(shè)備后通過SDK中的Api代碼調(diào)用，便能夠?qū)崿F(xiàn)手部控制。

圖3 手部測(cè)試效果

當(dāng)實(shí)現(xiàn)了手部的控制后便可以在手部識(shí)別的基礎(chǔ)之上進(jìn)行二次開發(fā)了，首先需要讓陶泥材料旋轉(zhuǎn)起來，以模擬真實(shí)陶藝制作的效果。

陶泥旋轉(zhuǎn)代碼如下：

public float rotateSpeed；//定義物體旋轉(zhuǎn)速度

圖4 陶泥配置

陶泥除了需要制作出模型外，還需要制作交互，所以相對(duì)簡(jiǎn)單的方法是將陶泥模型縱向綁定若干骨骼，將模型蒙皮到該骨骼，并給每根骨骼配置碰撞體，如果手的模型碰到了某個(gè)骨骼，讓該骨骼實(shí)現(xiàn)縮放，從而達(dá)到捏陶的效果。

在具體制作思路上，給陶泥從上到下的多個(gè)范圍指定了多個(gè)碰撞范圍。

該程序?qū)⑿盘?hào)傳給主程序，并進(jìn)行每個(gè)部位的大小控制。

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程模擬及漫游等領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出大量高質(zhì)量的作品。尤其是歐美國家，在這方面的發(fā)展更是走在了領(lǐng)先地位。我國虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)發(fā)展迅速，逐漸涌現(xiàn)出了一些有發(fā)展?jié)摿Φ淖髌罚Ｍ锰摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)和工藝美術(shù)相結(jié)合項(xiàng)目能夠普及，并為我國虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)作出一份貢獻(xiàn)！

[1]Unity Technologies.《虛擬仿真及游戲開發(fā)實(shí)用教程》.上海交通大學(xué)出版社,2015

[2]Unity Technologies.《Unity 5.x 從入門到精通》.中國鐵道出版社,2015

朱正宇，1982—，上海人，adobe中國認(rèn)證教師，文學(xué)學(xué)士，研究方向：交互多媒體及平面設(shè)計(jì)方向。袁蔚，1982-，男，上海人，講師，工程碩士，研究方向：交互多媒體及游戲開發(fā)。