虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用分析

摘 要：隨著互聯網信息與虛擬現實技術的快速發展，我國環境藝術設計也發生了一系列的技術與應用革新。借助虛擬現實技術進行現實環境的模擬，已成為環境藝術設計的主流方案。本文主要探討虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用，通過分析虛擬現實技術的特征、關鍵技術等，提出運用虛擬現實技術開展環境藝術設計的方案。

關鍵詞：虛擬現實技術；環境藝術設計；應用；研究

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）04-0088-03

Abstract：With the rapid development of internet information and virtual reality technology，a series of technology and application innovations have also taken place in China’s environmental art design. By using virtual reality technology to simulate the real environment，it has become the mainstream program for environmental art design. This article mainly discusses the application of virtual reality technology in environmental art design. By analyzing the characteristics and key technologies of virtual reality technology，this paper proposes a scheme of using virtual reality technology to carry out environmental art design.

Keywords：virtual reality technology；environmental art design；application；research

0 引 言

虛擬現實技術是多種計算機虛擬技術的融合，其主要通過人機之間的智能交互與計算，來對現實中的物體進行虛擬模擬，帶給客戶一種沉浸式的場景觀看感受。所以在現代環境藝術設計的過程中，利用虛擬現實技術進行實物模擬，能夠突破傳統設計的經費與場地限制，并提升環境藝術設計的視覺效果。本文將首先介紹虛擬現實關鍵技術相關概念及其特征，而后探究虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用方向。

1 虛擬現實技術概述及其主要特征

1.1 虛擬現實技術概述

虛擬現實技術是多種計算機技術的集合，其主要包括電子集成技術、測量與傳感技術、計算機模擬仿真技術等。虛擬現實技術也是硬件、軟件計算機技術的集合，客戶可以通過計算機的硬件操作面板，進行虛擬場景與人之間的智能交互，從而帶給受眾一種沉浸式的虛擬感受。首先，計算機技術的模擬仿真系統能夠完成三維虛擬環境的模擬與搭建；然后通過計算機的顯示與傳感器面板，來實現虛擬場景與客戶之間的模擬交互。而且計算機動態空間中的虛擬場景，會隨著客戶操作而發生相應的反饋與變化。因此虛擬現實技術是虛擬圖形生成技術、顯示與傳感器技術、三維動態建模技術、VR系統開發技術等的集合，通過多種軟件計算技術、模擬仿真技術的支持，可以實現虛擬空間中的多維度場景模擬，從而滿足客戶多樣化的環境藝術設計需求。

虛擬現實技術需要根據不同客戶的設計需求，通過三維動態建模技術，進行不同虛擬場景的搭建與設置。當前虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用，主要分為以下幾個步驟：首先通過信息輸入模塊進行三維虛擬場景信息的輸入；之后通過虛擬圖形生成技術、三維動態建模技術的結合，來完成虛擬信息的采集與設置，并創建出具有空間立體感的模擬三維環境；最后通過顯示與傳感器技術、VR系統開發技術等，來實現人與虛擬環境之間的交流互動。虛擬現實技術在環境藝術設計中的實現流程如圖1所示。

1.2 虛擬現實技術的主要特征

虛擬現實技術是以虛擬情景模擬為核心的技術，主要包括效率性、交互性、構想性、多向感知性等特征。因此在環境藝術設計過程中，通過使用虛擬現實技術進行立體化場景的搭建，能夠帶給人一種如同觀看真實環境的觀看體驗。

1.2.1 交互性

虛擬現實技術應用到環境藝術設計中，可以通過虛擬現實技術的交互性特征，來完成整個虛擬場景的構建。環境設計人員可以利用虛擬現實技術的交互性，進行虛擬場景、虛擬物體的設置與修改，所有改動都會在計算機顯示器中呈現出來。雖然這種虛擬場景、虛擬物體的設置與修改，在某一平面中看不出虛擬場景的變化情況，但在最終虛擬環境模擬中，會產生如同真實環境的震撼效果。

1.2.2 構想性

在環境藝術的設計過程中，通過虛擬現實技術的構想性特征，可以完成多種虛擬模型的搭建與修改。虛擬現實技術的構想性特征，是通過設計者對虛擬環境的設想，來搭建出一個簡易、符合使用需求的虛擬框架，再在虛擬框架基礎上進行環境內容的修改與調整。因此環境藝術設計可以運用虛擬現實技術，自由完成現實場景的虛擬模擬與實現，以滿足客戶多樣化的場景體驗需求。

1.2.3 效率性

虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用，能夠在保證三維空間預算精度的情況下，大幅度提升環境設計的工作效率。環境藝術設計是復雜度與精細度要求較高的工作，因此設計人員在對某一空間的設計中，要針對客戶需求綜合考慮多方面因素。而通過虛擬現實技術進行空間創建，能夠完成更加精細的環境設計，并可以在短時間內進行設計的交流與修改。

1.2.4 多向感知性

虛擬現實技術的多向感知性，主要通過圖像顯示器、傳感器、VR系統等的加入，來為客戶帶來多種感官共同參與的感受。其中通過計算機屏幕的圖像顯示器，可以為客戶呈現逼真的立體觀看感受；通過計算機攜帶的各種信息傳感器，能夠為客戶帶來十分貼近真實的觸覺感受；而通過計算機VR系統的參與，可以在客戶周圍模擬出虛擬的環境，從而加深客戶在環境體驗中的真實感體驗。

2 虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用

2.1 虛擬現實技術在環境空間模型構建中的應用

相比于傳統環境藝術設計工具而言，利用虛擬現實技術進行環境空間模型的構建，能夠在短時間內完成大量原始模型的制作。在環境空間建筑模型的搭建過程中，可以通過輸入相應的建筑尺寸等數據，來快速構建起需要的建筑模型。例如：在空間建筑模型墻體的搭建中，設計人員只需確定墻體的起點、終點，并輸出每段墻體的長、寬等數據，就能夠完成整個系統中墻體的構建。之后再進行墻體上門窗的批量制作，首先可以在一面墻體上進行門洞、窗洞的創建，然后激活系統中的開洞命令，并確定門洞、窗洞的起點與終點，即可以實現對門窗的批量制作。同樣設計人員還可以輸入相應命令，進行其他環境組件模型的建立，這些操作只需點擊相應命令就能夠實現。當前AutoCAD、3dsMax、Lumion等3D軟件，支持3DS、Mesh格式等素材的導入，可以導入家具、植物、環境裝飾物等模擬物體文件，以提升環境藝術設計的效率，并有效節約環境藝術的設計成本。

環境藝術設計中的空間模型構建，主要分為以下幾個步驟：首先設計人員要制定一整套空間模型的設計方案，并通過AutoCAD軟件完成三維空間的平面圖繪制；之后將繪制完成的三維空間平面圖導入SketchUp軟件中進行直接調用、插入、復制等編輯操作，來實現三維模型基本框架的創建；然后將建模后的工程文件進行精簡，并導入3dsMax、Lumion等3D軟件中，來進行物體材質、燈光等的創建，并根據最終的渲染效果進行調整；最后根據不同環境藝術設計的要求，對空間中的實物進行尺寸與材質的調整，以完成整個環境藝術設計的優化。在環境空間模型的構建完成后，需要導出相應的圖片、動畫與可執行文件，并向客戶展示最終的設計效果。利用虛擬現實技術進行環境空間模型構建的流程如圖2所示。

2.2 虛擬現實區域定位技術在環境藝術設計中的應用

環境藝術設計中需要解決的主要難題，是室內外景觀設計的區域定位與造型。對于環境藝術設計的項目定位，主要包括地理位置、周圍環境等內容的定位。現在虛擬現實技術，首先要解決的重要難題就是室內和景觀的項目定位與造型把握。通過虛擬現實技術進行項目定位，首先要創建某一區域位置的二維平面圖，之后根據二維平面圖中的場景規劃，進行三維空間結構的搭建。這就需要3dsMax、SketchUp軟件的綜合使用。其中3dsMax主要負責對整個場景中物體的位置確定，并按照相應的數據標準進行模型構建，以及材質貼圖、燈光等的設計與調節，最終渲染符合需要的視頻或靜幀圖。同時3dsMax三維軟件還可以對攝像頭的運動軌跡進行設計，并調節某一動畫場景的時長、鏡頭遠近等。而SketchUp則主要對3dsMax制作的整體框架進行優化與改進，包括門窗、家具、植物、環境裝飾物等組件的構建，以及材質貼圖、燈光等方面的完善。因此在環境藝術的設計中，運用虛擬現實的區域定位，能夠快速完成三維場景的精確定位，并實現空間中場景與物體的設計。

2.3 虛擬現實超高速處理技術在環境藝術設計中的應用

在環境藝術設計的三維空間渲染階段，可以通過利用虛擬現實技術中的超高速處理系統，來實現對場景渲染的加速。但在對三維空間進行環境渲染前，需要調節好三維場景中的攝像機角度、材質貼圖、燈光等元素，以保證整個場景環境的統一。之后運用GPU超高速處理系統進行三維空間環境的即時渲染，客戶可以在短時間內看到系統對三維模型的渲染結果。這種超高速處理系統的渲染模式，可以幫助客戶主動參與到環境藝術設計中，并對最終的渲染結果提出相應修改意見。所以利用超高速處理技術進行環境設計，能夠彌補空間設計的缺陷。因此相比于傳統設計流程，引入虛擬現實技術的超高速處理系統，可以針對環境藝術設計的細節，進行快速的結構處理與調整，并帶給客戶“沉浸式”的空間體驗。

2.4 虛擬現實VR技術在環境藝術設計中的應用

在環境藝術設計中應用虛擬現實的VR技術，能夠在保證藝術設計效果的同時，完成客戶與虛擬空間之間的交流互動。在虛擬現實技術中客戶需要佩戴VR頭盔，并進入搭建完成的三維虛擬環境，來觀看各個部分的環境藝術設計效果，并對不滿意的地方提出相應的修改意見。VR技術中存在高性能、大范圍的全景顯示器，能夠對虛擬環境中的小體積配景進行放大，從而完成對整個虛擬場景的大像素展示。而環境藝術設計者可以根據客戶的要求，通過運用多種計算機設計軟件，進行空間中建筑、門窗、家具、植物、馬路、汽車等的設計。

同時在利用VR技術進行虛擬場景漫游的過程中，設計人員需要通過3dsMax、SketchUp、AE、Flash等軟件，設計出整個虛擬現實場景的漫游路徑，以帶給客戶更加真實的觀看體驗。例如：設計人員可以在虛擬環境中加入雨滴、水聲、鳥叫聲等視聽元素，還可以在環境中添加綠化、鋪裝、水景或景觀小品等元素，或者設計出實時跟蹤的移動光影，來豐富環境藝術設計的細節體驗。

3 虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用案例

在城市環境、園林景觀規劃快速發展的情況下，虛擬現實技術被應用到建筑、家裝、園林環境、橋梁等方面的設計中。例如：在大型建筑外觀、建筑周圍環境的設計中，通過使用虛擬現實技術，能夠對建筑的整體結構、材質、燈光等進行快速調整。

首先利用建筑數據信息進行整體框架的搭建，設計人員需要按照原有建筑的尺寸，進行等比例的三維框架搭建，以完成對現實建筑環境的虛擬模擬。之后針對不同用戶的環境藝術設計需求，進行行人、植物、馬路、汽車等物件的添加，同時也要在環境中添加聲音、圖像、動畫、工程背景等信息，以帶給客戶一種身臨其境的視覺感受。然后根據虛擬技術中的電子地圖信息，來確定建筑背景等真實場景的區域位置，再根據某一區域位置的景物結構排布，進行各個場景細節的調整。因此虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用，能夠在完成建筑三維空間搭建的情況下，提升虛擬場景的精度與細節模擬程度，以帶給客戶更加真實的觀看體驗。同時借助虛擬現實技術中的建筑數據、景物素材，可以有效提升環境藝術設計的效率，并減少環境藝術設計的錯誤與漏洞。因此將虛擬現實技術應用到環境藝術設計中，便于環境景觀的設計與修改，圖3為虛擬現實技術在環境藝術設計中的三維模擬示例。

同時在房地產行業快速發展的前提下，虛擬現實技術也被應用到房地產等城市景觀的設計中。在房地產的環境藝術設計中，主要包括大型場景、三維建筑模型、公共設施等三方面設計。而虛擬現實技術在房地產設計中的應用，能夠搭建出符合真實觀感的虛擬環境。首先在三維大型場景模型的搭建中，主要通過對整體環境的測繪進行建模，再運用材質貼圖、燈光等形成建筑的基本表皮紋理，最后進行外觀造型的精細化調整。然后是房產三維立體模型的設計，這一設計可以先制作出一個建筑框架，再通過批量復制、精細化調整，來完成整個房產框架的搭建。最后針對水景、花卉、樹木、草地等環境景觀，可以利用模型庫中選取的素材進行創建，并通過調整燈光來形成統一的視覺風格。

圖3 虛擬現實技術在環境藝術設計中的模擬

4 結 論

虛擬現實技術作為三維空間的模擬仿真技術，能夠通過運用多種計算仿真軟件、顯示與傳感技術，來完成對環境藝術的仿真設計。在環境藝術設計中應用虛擬現實技術，不僅能夠快速進行三維模型的構建，還可以借助GPU超高速處理系統，進行三維空間環境的實時渲染與修改。因此利用虛擬現實技術進行環境設計，可以在一定程度上降低環境藝術設計成本，并有效避免設計中的誤差，最終提高環境藝術設計的質量及效率。

參考文獻：

[1] 王占君.虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用研究 [J].赤峰學院學報（自然科學版），2015，31（24）：49-51.

[2] 伍星，田藝龍，劉謙益.基于虛擬現實技術的環境藝術設計發展 [J].藝術科技，2015，28（5）：168.

[3] 李熙成.虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用研究 [J].美術教育研究，2014（17）：68.

[4] 苗萌.論環境藝術設計中虛擬現實技術的融合應用 [J].現代裝飾（理論），2016（10）：279.

[5] 曹哲.虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用淺析 [J].藝術科技，2017，30（8）：313.

作者簡介：萬國（1975-），男，漢族，四川成都人，副教授，碩士研究生導師。研究方向：藝術設計教育、環境藝術設計。