建筑漫游課程設計與改革探討

[摘 要]文化傳承與交叉融合創新是當前我國數字媒體設計學科的重要發展契機，建筑漫游作為專業創新創業課程，亟需緊扣專業特點和現實需求展開課程改革。文章基于建筑漫游課程實踐中存在的不足，提出三維動畫基礎、環境藝術設計、動畫設計和交互設計雜糅的知識模塊穿插式課程設計原則，并歸納了基于工具軟件的課程改革實踐要點。

[關鍵詞]建筑漫游課程;設計;改革

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2019）05-0080-03

一、當前建筑漫游課程建設的概況

數字媒體設計誕生以來，三維動畫課程一直是人才培養不可或缺的組成部分，其中，以三維動畫軟件基礎教學為主，涵蓋動畫運動規律和圖形渲染技法，最終延伸至三維動畫創作以及影視后期實踐。原本以動畫技術為橋梁，數字媒體設計與盛極一時的動畫專業相輔相成、相得益彰;影視動畫專業明確劃歸戲劇影視學之后，在高校教育資源集約整合的背景下，相關專業的課程內容可以取長補短、糅合得更加精進。建筑漫游從屬于三維動畫課程體系，旨在將傳統的建筑表現從單一的靜態平面展示擴展為動態的三維空間渲染，從而直觀有效地傳達對建筑空間的理解以及對建筑美學的情感。本質上，建筑漫游是基于計算機圖形圖像技術發展起來的一種數字媒體形態，如今已滲透融合了最新的虛擬現實技術，主要應用于景觀設計、城市規劃、建筑設計亦或古建筑保護與復原。國內比較典型的案例是2010年上海世博會官網上的園區建筑漫游動畫以及各地區風情展示交互式漫游動畫。

二、建筑漫游課程設計的原則

（一）三維動畫基礎在前

三維動畫基礎是當前高校相關學科必備的專業基礎課程，以選修或必修的形式開展學習，涉及到的內容主要包括三維空間、三維建模方法、三維動畫制作、材質貼圖、攝像機/燈光/渲染。除了針對動畫專業的動畫運動規律理論外，這些內容多可結合三維動畫軟件進行講解和實踐操作。可選的軟件多種多樣，常用的有3ds Max、Maya、AutoCAD、SketchUp等。

（二）環境藝術設計為輔

環境藝術設計輔助課程圍繞實際應用，可選的包括室內設計、建筑設計、規劃設計。讓學生熟悉氛圍的營造，了解建筑形態，區分主體設計和配景設計，充分認識光影、構圖的重要性。在學習過程中，將手繪效果圖與簡單漫游動畫相結合。可選的工具包括在線空間設計平臺、AutoCAD、SketchUp等。

（三）動畫設計為主

建筑漫游動畫是建筑漫游最為常見的表現形式，其基本原理是攝像機動畫。漫游設計的過程也就是圍繞建筑或場景的動畫設計過程。它與三維動畫電影中的角色動畫設計顯然不同，卻有著自身的動畫設計規律，更多地體現為攝制時的鏡頭運動藝術和后期的鏡頭組接藝術。眾多周知，概念設計和出圖是SketchUp的強項，但與此同時，SketchUp中直接提供了“漫游”功能和動畫視頻導出功能，能快捷地實現建筑漫游動畫。但其現有的工具簡便卻單調，缺乏靈活性;藝術風格突出而擬真性不足;要制作令人滿意的建筑漫游動畫，在三維建模、材質貼圖以及攝像機/燈光/渲染等方面仍需與AutoCAD、3ds Max、Lightscape、VRay等協作配合使用。

（四）交互設計作為延展

交互設計又稱為互動設計，是以用戶為中心，圍繞產品，統籌其在特定場景下與不同的設備產生行為的交互過程[1]。交互設計是設計領域的方向之一，也是漫游系統設計中亟待加強的環節。2010年上海世博會漫游動畫設計中靈活地加入了互動設置[2]，提供了基于網絡的多媒體互動設計優秀范例。雖然建筑漫游多以動畫視頻形式展現，但是交互元素的加入無疑為開啟建筑漫游中的用戶新體驗提供了新思路。與虛擬現實技術的結合有望將建筑漫游的沉浸式體驗發揮到極致。

三、建筑漫游課程改革的要點

審視當下建筑漫游課程教學實踐，出現的問題主要集中如下：一是頂層設計需重新考慮該課程的目標，如針對哪些方向開設、何時開始、實踐體系如何建設等問題;二是前期課程不夠，如很多學生此前未進行任何建筑設計相關知識學習;三是實踐課程接續性較差，如學習了三維動畫基礎不會建筑建模，會建筑建模卻不會建筑表現，掌握建筑表現技法了卻不會渲染出效果。

如何降低建筑漫游學習的認知難度是該課程改革的難點。針對此問題，提出如下建議：一是規范設計流程講解;二是“點對點”操作比對;三是案例應用實踐;四是知識點講解。實踐表明，做好這幾點，不僅能夠深化學生對建筑漫游設計的系統認識，還能有效降低認知難度，讓學生記憶深刻，學習效果有顯著改善。下面是基于工具軟件的建筑漫游課程改革要點。

（一）參照三維動畫設計流程，規范講解建筑漫游工作流程

可配合大型商業案例讓學生形成初步認知，如西班牙水景別墅的建筑動畫表現過程[3]，從項目分析、建筑建模、動畫設計、材質燈光、渲染、后期等環節進行解讀。其中，項目需求分析舉足輕重，這個環節將對設計的內容和風格提出具體要求，同時決定作品設計的重點是動畫設計還是交互設計。

（二）介紹工具軟件，“點對點”操作比對演示讓各類工具的綜合使用變得輕巧靈活

這里以3ds max + SketchUp+ VRay的軟件搭配作為示例。3ds max是普適性的三維動畫設計軟件，具有建模、動畫、材質、燈光、攝像機、渲染等模塊，在動畫設計過程中遵循典型的計算機插值動畫原理，關鍵幀動畫設置與Flash、AfterEffect等數字媒體專業常用軟件保持一致。SketchUp是以建筑概念設計為主的軟件，集建模、組件、風格、材質為一體，是建筑表現的便捷工具，漫游動畫設定作為功能補充在其中是很不起眼的功能。通常需要搭配VRay等渲染插件獲得擬真的高質量的視覺效果。而VRay通常作為3ds max或者SketchUp的渲染插件進行工作，它的特點是充分考慮自然光中的直接光照和間接光照，在光影表現方面效果極佳。同時，VRay也提供了一套材質、燈光功能，能夠有效彌補SketchUp的不足。在建筑建模中，max和SketchUp均適合采用基于二維圖形的擠出方式，因此在建模階段無需非此即彼地二選其一，取長補短反而更容易上手。對于復雜圖形，max中放樣的概念在SketchUp中依然適用（路徑跟隨）。

（三）注重案例應用實踐，也就是實訓環節

可自由選擇軟件工具，從建筑設計到室內設計，最后是規劃設計，由簡入難，逐步鋪開。任務設計要有明確目標，完成后點評修改。商業案例任務明確，流程規范，體量大，細節多，是課堂實踐能力提升的首選。同時，組建切實可行的項目組將有效發掘創新創業課程的實際意義。

（四）將知識點講解貫穿于案例實踐全過程

小問題現場“一對一”解答即可，普遍性的或者關鍵性的問題需要專門講解。整個設計過程中，涉及到的幾個關鍵點包括各類配景模型生成插件（如Forest、Treestorm）、模型的精簡與優化（刪除多余對象、模型分類整理、塌陷處理、使用代理）、動畫設計（攝像機動畫、漫游動畫）、渲染測試技巧（VRay的常用參數、幾種渲染引擎、渲染光子）。關于建筑圖紙的使用，可適時加入并基礎圖紙識別知識，以及介紹AutoCAD工具的圖紙處理操作，以期讓整個建筑模型設計過程更規范。

四、結語

建筑漫游課程的開設源于現實需求，隨著網絡環境的逐步普及和云端計算技術的高速發展，建筑漫游應用越來越廣泛。構建基于云端的三維建筑漫游展示系統成為理想的應用情境。該系統將提供真實的、具有可交互性的三維可視化環境，用戶可以自由切換不同瀏覽模式（如自由瀏覽、漫游動畫），在虛擬現實的交互體驗中對建筑環境有直觀而深入的認識。該系統涉及虛擬現實技術、建筑信息化模型和數據庫技術[4]。

鑒于數字媒體設計的專業基礎重點在于藝術設計，選用諸如Unity3D、Virtools之類具有交互功能、可視化編程模塊的工具將十分適宜。此外，多種數字技術的參與，將有效拓展建筑漫游的應用領域，豐富其表現形態，以校園漫游設計為例，基于全景圖像的漫游逐漸成為一種新方式，在地圖導航、室內設計中扮演重要角色，通過收集校園建筑及周邊風景甚至航拍圖片，通過合成全景軟件Panaram Studio、全景漫游制作軟件Pano2VR將照片合成為視覺上的全景漫游三維動畫[5]。而利用三維激光掃描技術和VR-Platform設計將同樣構建三維校園虛擬漫游系統，這種方法建立的虛擬校園則更逼真、沉浸感更強，可多角度全方位自由漫游，該系統運用三維激光掃描技術采集校園主要建筑點云并建立其三維模型，在Max中完成配景模型設計，最后將烘焙后的模型導入VR-Platform制作可交互式漫游動畫[6]。

如今，作為虛擬現實技術的一項重要應用，建筑漫游正在迅速地發展，也越來越被人們所重視，不僅體現在強調以用戶為中心的沉浸式體驗[7]，還體現在對古建筑文化資源的保護與開發利用上。

在人工智能深入發展的大背景下，蘭州大學Deepflying團隊利用人工智能技術充分發掘敦煌藝術文化，完成了基于Tensorflow的飛天服飾創新設計項目。該項目基于敦煌壁畫中的服飾藝術特征和現當代服飾數據，智能設計生成新的服飾風格和服飾樣式，是敦煌壁畫服飾藝術和人工智能前沿科技的融合，也是大數據時代藝術、文化和科技的創新。這為建筑漫游課程的改革提供了新的啟示——在建筑漫游中啟動人工智能輔助設計：一方面可以利用新技術發掘敦煌藝術特征，形成建筑漫游設計中豐富且具有民族文化特點的素材庫;另一方面可以嘗試基于人工智能的中國傳統建筑模型設計;最后，由大數據技術挖掘用戶需求，將有效提升建筑漫游中交互設計的用戶體驗。而這些新的啟示具體如何融入建筑漫游課程的改革中，將是下一步需要思考的問題。

[參考文獻]

[1]由芳，王建民，肖靜如.交互設計——設計思維與實踐[M].北京：電子工業出版社，2017.

[2]張剛.建筑漫游動畫創作運用新探索——以上海世博會漫游動畫為例[J].裝飾，2010（7）.

[3]楊興春. 3ds Max——VRay印象超寫實建筑動畫表現技法[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[4]王守平，陸海燕，寧寶寬等.基于虛擬現實技術的云端建筑方案展示系統[J].建筑設計管理，2018（1）.

[5]高曉晶，馮麗露.360°全景漫游在校園虛擬展示設計中的應用研究[J].中國教育信息化，2018（6）.

[6]楊曉波，陳邦澤，張文翔，等.基于三維激光掃描技術和VR-Platform的校園虛擬漫游系統設計[J].實驗室研究與探索，2017（10）.

[7]周家慧，李海濤，廖建軍.建筑漫游在居住區景觀設計的應用——以衡陽市“友愛之家”居住區景觀設計為例[J].中外建筑，2018（9）.

[作者簡介]汪俊瓊（1985-），女，湖北武漢人，蘭州大學藝術學院講師，在讀博士，研究方向：數字媒體藝術。

[責任編輯 方 仁]