互動書籍中增強現實建筑動態效果設計

胡姍姍

增強現實(Augmented Reality，簡稱AR)是虛擬現實領域的一個重要分支和研究熱點，是利用攝像機采集真實世界的信息與計算機生成的虛擬物體信息實時集成互動的一種新技術。增強現實技術應用領域廣泛，最常見的是在廣告宣傳中，如宜家的宣傳頁中就利用了這一技術，用戶可以通過手機客戶端將家具模型與自己家的空間結合，從而判斷家具是否適合自己的家，支付寶在2017年春節期間推出的集五福活動也使用了AR技術。在教育領域，增強現實應用開發大多集中于幼兒教育方面，如識字卡片、科普書籍等，高等教育的增強現實互動書籍寥寥無幾。

一、增強現實互動書籍

《現當代建筑賞析》是利用傳統紙質書籍結合增強現實技術開發的互動書籍，以掃描圖例為觸發載體，以手機客戶端為溝通媒介，調用服務器上的資源利用增強現實技術將多媒體影像融合到現實環境中，學生通過手機或平板掃描圖例即可以生產三維互動的虛擬模型，從而直觀生動地展示教學內容，實現真實和虛擬信息的集成。增強現實互動書籍具有良好的交互性能，可以隨著知識的更新實時變更內容。學習不再是單一維度的信息與知識的接受，而是多維度的交流與互動，它顛覆了傳統的教學模式，給學習者更多的知識體驗與更大的想象與發揮空間。

二、書籍內容的選擇

由于《現當代建筑賞析》互動書籍的特征，其中選擇呈現的內容不同于傳統建筑賞析類書籍以建筑修建時間為順序的講解方式，而是選擇以點帶面的結構進行知識的編排。書籍共分十二章，每章精選一座建筑進行賞析，第一部分使讀者了解建筑概況，知道其歷史背景、地理位置等信息，從而方便對比同時代其他建筑，這里主要安排建筑多角度AR展示。第二部分講解建筑的建造過程和結構特點等，是重點內容，安排了建筑效果AR展示和微課帶領讀者游覽建筑兩個AR點。第三部分作為擴展知識介紹建筑的設計師及其他建筑，安排了微課講解。第四部分回答互動性多類型的測試題，也采用AR接入，學習者可以檢驗學習成果（具體安排如表1）。從而使讀者更加全面地了解建筑，掌握賞析建筑的方法。

三、增強現實建筑效果設計

《現當代建筑賞析》在建筑展示、微課和試題部分都做了AR接入，其中建筑的AR展示是亮點，那么如何對這部分進行編排和設計呢？首先，要結合建筑的特點，展示其有代表性的結構和特征；其次，要考慮到運行APP手機的性能，如果一味地追求細節的逼真勢必會增加計算量，導致運行緩慢，影響觀者體驗，所以要反復測試在效果和運行速度兩者之間找到平衡。結合上述觀點將建筑的動態效果設計成四類。

表1　

（一）建筑環境展示

建筑環境展示包括建筑所處的環境、植被、氣候、光線的變化等。

案列1流水別墅

它的建筑面積雖然只有380平方米，但是卻給人以大氣磅礴的感覺，采用鋼筋混凝土這種在當時較為先進的建筑材料，使得外形不是傳統向上拉伸而是水平沿展，各層都穿插在中間的立柱上，二層的陽臺就像抽出的抽屜，延伸到一樓陽臺外側，遠遠望去好似懸在熊跑溪上，看得人驚心動魄。溪水由建筑下緩緩流出，仿佛站在樓梯上伸手就可以撫摸溪水，抓到溪里躍起的小魚。建筑與周圍的山石、樹木自然地結合在一起，像是原本就生長在這里。最具代表性的特征就是建筑與環境有機結合在一起，因此，我們從這點出發設計建筑展示效果，運用了建筑融入環境的方法，展示包括建筑地理位置、環境植被、潺潺流水、建筑環境季節變化，在不同時節體會建筑不同的美。

案列2薩爾克研究所

位于美國加州海濱城市圣迭戈，路易·康在接到這一委托后就思考把它做成一個屬于自己時代的雅典衛城。研究所建在加利福尼亞州的拉霍拉角，面對美麗的大西洋。在設計的時候，路易·康將傳統建筑設計手法和現代科學技術結合，運用了新的材料和施工工藝，建筑群所展現出強烈的儀式性和意境。通過分析我們選取建筑所處的環境及其對稱性這兩點著重表現，AR展示先出現大西洋，然后是海岸邊的高地，建筑在高地上對稱出現。

案列3光之教堂

這是一棟攝人心魄的建筑，不同于傳統的高聳入云的教堂給人升騰的感受，安藤忠雄的設計巧妙地運用了光影效果，在近乎封閉的混凝土結構室內空間中，墻上的十字裂縫射入光線，瞬間讓人產生膜拜的沖動。分析光之教堂的藝術特征，提取光線作為AR展示的重點，主要利用光線的變化，白天日光照入建筑的十字裂縫，讓人體會到神圣，夜晚燈光從裂縫中射出，指引歸路。

（二）建筑生長效果

建筑生長效果是應用范圍最廣的展示方式，通過模擬建筑的建造過程，使人了解施工步驟和建筑結構，是展示建筑最清晰明了的演示方法。

案列1包豪斯學校校舍

它是現代設計教育的發源地，校舍主要設定了5個功能分區：教學用的工藝車間；生活用房；學生宿舍；教室辦公室；職業學校教室。其中最有特色的是教學用的工藝車間，墻面不再是封閉的磚石結構，而是使用了混凝土框架外掛玻璃幕墻，使得建筑通體透明，傳統建筑的空間因通透而得到釋放，促進了室內外的互動，成為當下流行的建筑形式——玻璃幕墻的先驅。為了突出建筑的框架構造和玻璃幕墻，在設計AR展示時采用建筑生長效果，逐層出現混凝土框架，然后出現玻璃幕墻覆蓋建筑表面。

案列2上海世博會中國館

何鏡堂設計的中國館將中國的古建筑元素斗拱以新型的建筑材料重新詮釋，配以喜慶的中國紅使得建筑充滿濃濃的中國風。在設計AR展示效果時就抓住這個特點，用建筑的搭建過程展示中國的斗拱結構。

案列3巴塞羅那國際博覽會德國館

巴塞羅那德國館整體長約50米，寬約25米，由3個展示空間、兩部分水域組成。展示空間包含一個主廳、兩間附屬用房。這座建筑外形簡約，主要通過不銹鋼、玻璃和大理石的材質烘托建筑氛圍，其目的是為了展現一種新建筑輕盈的結構和開放的空間。此外，這座建筑的另一個特點是形體簡潔。屋頂是簡單的平板，墻也是簡單的板片，沒有任何裝飾線角，柱體除了顯示材質本身的亮度，上下也沒有形狀的變化，不同的墻面或地面和不同材料間不做過度處理，一切都以簡單明確、干凈利落為設計宗旨。通過對建筑的分析，總結出建筑特征是新材料構筑出的簡潔外觀和流動的建筑空間，AR展示就抓住這兩點，先出現地面和兩個水池，然后出現金屬立柱，再出現理石墻體，發光粒子在建筑中游走不受阻隔就可以游覽全景，表現出建筑的開放性特征，體現出室內外空間的巧妙過渡。

（三）建筑拆解效果

有些建筑能觀看建筑外觀的展示，卻無法了解建筑內部結構特征，如果能掀開棚頂或拆除墻壁看看該多好，建筑拆解效果使這一想法得以實現。

案列1薩伏伊別墅

薩伏伊別墅是建筑大師勒·柯布西耶的作品，體現著大師提出的現代建筑五原則，底部架空、自由平面、自由立面、水平長條窗、空中花園。有些外部造型可以直觀看到，有些則需要進行拆解才能看清楚，比如，層與層之間巧妙的過度，采用了緩緩上升的斜坡，這就需要我們揭開屋頂或拆除墻面來觀察了。在設計AR展示時，用先出現草坪上的薩伏伊別墅，點擊可以出現結構分解，就像炸開一樣之后緩緩復原，點擊屋頂可以去掉三層露出二樓的房間分布，再次點擊可以露出一樓房間布局。

案列2栗子山母親住宅

建筑師設計自宅的很多，但是很少專門為自己的母親建造一棟住宅，文丘里就為母親設計并建造了一棟。在介紹這棟住宅時文丘里寫道:“這是一座承認建筑復雜性與矛盾性的建筑，它既復雜又簡單，既開敞又封閉，既大又小，某些構件在這一層次上是好的在另一層次上不好，它的格局中既包括一般住宅的普遍性要素，又包括特定的環境要素。它取得數目適中的不同組成部分之間的困難的統一，而不是數量很多或很少的組成部分之間的容易的統一。”母親住宅被為稱為“后現代建筑”的代表。特點為建筑的矛盾性和復雜性，以及不對稱的結構設計。基于這種建筑特征，在設計AR時選用拆解的展示方式，先拆解屋頂露出建筑墻體結構，然后四面墻體拆除，露出壁爐和樓梯結構。

（四）建筑局部展示

當建筑的體積龐大、細節豐富時，全部制作文件很大，手機性能無法滿足，就會出現卡頓、死機現象，從而影響觀眾感受，平衡二者可以選擇局部特征展示的方法。

案列1圣彼得大教堂

圣彼得大教堂是世界上最著名的教堂，它的前方有284根巨大石柱圍繞形成的柱廊，就像主教的手環繞著圣彼得廣場，廣場中間矗立著高高的方尖碑，兩側有噴水池對稱分布，教堂內部更是金碧輝煌、珍品無數。面對這樣龐大的建筑細節是無法一一展示的，所以選取其中最有代表性的教堂穹頂結構進行AR展示。先出現教堂，然后點擊穹頂放大，360度展示圣彼得大教堂穹頂外觀，點擊可切換到圣彼得大教堂穹頂內部，展示穹頂壁畫。

案列2納特賽羅市政中心

阿爾瓦·阿爾托設計的納特賽羅市政中心是由四面建筑和內院組成，整個建筑墻面都是用紅磚堆砌而成，但是紅磚堆砌并不是平整的，而是略有凹凸，這種設計使墻角產生復雜的光影變化。納特賽羅市政中心包括自治政府的議會、管理機構、為政府職員提供的宿舍、圖書館和商業空間。由于建筑中心廣場高出周圍環境一層，所以廣場兩側設計了樓梯，一邊為花崗巖臺階、一邊為草梯。AR設計時突出建筑的圍合結構，不同區域功能明確，草坪階梯是建筑的亮點。采用局部展示的方式，先出現建筑的地形，中心廣場，然后逐一出現各部分功能空間，最后重點展示草坪階梯。

這本互動書籍中的增強現實建筑動態效果設計，打破了單一建筑生長的展示方式，選擇不同的方法展示建筑結構，既突出了建筑的個性特征，也使得互動書籍充滿趣味性。