MR技術在美術設計中的應用

林 蛟

（湖南環境生物職業技術學院，湖南 衡陽 421005）

混合現實（MR）是最新的數字化技術，它使虛擬世界融入現實世界。混合現實技術的目標就是研究出能與人類的感知系統相一致的技術，以此干預人們的感知過程，觸發神經元的碰撞，產生真實的感受[1]。混合現實藝術設計中的很多元素都是為了烘托作品的氣氛，暗示和引導觀眾進入作品營造的氛圍中。據人們的社會生活經驗，對事物的固有印象，利用虛擬技術在作品現場模擬相應的元素，引起人們對這些元素的條件反射，模糊了觀眾對空間的感知，從而被引導進入作品的情景，使藝術語言的表達變得更加多維。

1 MR 混合現實的運用方式與表達形式

1.1 淺識MR技術

MR 混合現實是VR與AR技術的結合體[2]。混合現實技術通過計算機圖形技術和可視化技術，在現實環境中可以產生不存在的虛擬對象，通過虛擬技術，還原或重組了一些時間和空間，激發觀眾的感知系統，調動出相應的時間和空間的感覺，使觀眾在進入作品觀賞的那一刻就被帶到藝術家所創造的時空里去。這種感知體驗超越了觀眾當下所處的時空，從而給人帶來一種全新的感知體驗。混合現實藝術作品在時空的營造與呈現上是自由和靈活的，不受當下時空的限制，在時空中任意跨度重組，不斷挑戰和刷新人們的感知體驗。并通過傳感技術將虛擬對象準確地“放置”與真實環境融為一體，用戶可以通過現實設備（如頭盔顯示器等），感知附加的虛擬信息，增強用戶對環境的信任度。

1.2 MR技術的發展及運用

在 MR 技術與 CR 技術的未來發展中，應該將前面所談到的技術問題逐步解決與完善[3]。并且做到既能夠讓用戶隨身攜帶，又能夠在其眼前展示非常真實、廣闊的視覺效果，將3D 效果的渲染做到以假亂真。MR 技術與 CR 技術在其他行業中，不僅是設計行業，如醫療、建筑、汽車等領域都展現出它獨一無二的魅力，可以說 MR 技術的應用前景是非常廣泛的。尤其是在美術設計中的應用，藝術家利用了混合現實技術在計算機上創建出與人類的感知經驗一致的仿真作品，例如仿真三維模型、仿生的動植物模型等。在觀眾進入作品周圍體驗時，就會觸發相應的感應裝置，從而向受眾傳遞相應模型的聲音、動態、重力等信息，而這些信息與現實生活中的真實物體是相一致的。這些體驗對人的感官體驗來說，是真實的存在，但是這些物體又確實是虛構的物體，從而模糊了虛擬與現實的界限。讓觀眾完全沉浸在虛擬空間中，由虛擬的空間引發出一些真實的感受，讓人重新思考“虛”與“實”之間的關系。

2 混合現實藝術的特點以及設計原則

2.1 混合現實藝術的特點

2.1.1 虛擬性

混合現實藝術，就是將真實的事物與非真實（即虛擬）的事物混合在一起的藝術形式。結合技術需求，混合現實藝術能夠讓想象的事物在現實中虛擬出來，形成人眼所謂的“真實環境”，能夠促進人對美術設計的理解，所以說混合現實藝術具有虛擬性。

2.1.2 暗示性

藝術作品是藝術家的情感表達，藝術家通過作品的形式向人們暗示一種狀態或者觀念，從而引發人們的思考。混合現實藝術根據人們的社會生活經驗，對事物的固有印象，利用虛擬技術在作品現場模擬相應的元素，引起人們對這些元素的條件反射，模糊了觀眾對空間的感知，從而被引導至作品情景。

2.1.3 跨時空性

穿越時空一直以來都是人類美好的幻想，科學和藝術也在這些方面不斷探索與研究，通過虛擬技術還原或重組了一些時間和空間，激發觀眾的感知系統，調動出相應的時間和空間的感覺。傳統的藝術家是在表現或者記錄時間和空間，而混合現實藝術家則是再造或者重新排序時間和空間。混合現實是觀眾通過觀賞作品進入藝術家所創造的時空。

2.2 混合現實藝術設計原則

20世紀末的科技革命后，科技開始運用到藝術創作中，藝術家除了探索視覺感知外，還加入了聽覺、觸覺、嗅覺等感知元素[4]。MR中使用多媒體技術的媒介，來替代了傳統的畫布和畫筆，提供了多個感官通道，讓更多的觀眾在觀看之余，還能體會和參與到藝術中來。其設計原則是基于人類的感知特征以及社會感知經驗，以提高人類生理上對音量音色的接受度，混合現實藝術家通過科技媒介在藝術作品中喚醒觀者更多的感官參與，通過多維度的感官體驗沖擊，以展現作者想要渲染的情緒氛圍，使作品主題得到更加充分的傳達。

3 MR技術在美術設計中的編程以及應用分析

3.1 MR技術在美術設計中的編程

3.1.1 配置環境

Map/Reduce是一個編程模型（programming model），是一個用于處理和生成大規模數據集（processing and generating large data sets）的相關的實現。用戶定義一個map函數來處理一個key/value對以生成一批中間的key/value對，再定義一個reduce函數將所有這些中間有相同key的values合并起來。很多現實世界中的任務都可用這個模型來表達。配置環境：Add Vuforia Engine to a Unity Project or upgrade to the latest version add-vuforia-package-8-6-7.unitypackage（2.30 kB）Download for HoloLens Development in Unity 2018.4 VuforiaSupportinstaller-Windows-8-6-7.zip（109.50 MB）

登陸 vuforia 的官網，點擊導航欄的 Downloads 選項卡，發現 Vuforia Engine 最高只能適配到 Unity 2018.4 ，而 Unity 目前的最高版本是 2019的，這意味著Unity 2018.4 的版本才能夠有效使用，才能完美適配這套SDK 。在安裝時需要選擇 Unity 的安裝根目錄，否則會報找不到 unity.exe 的錯。

3.1.2 獲取License

在 Vuforia 官網上的導航欄選擇 Develop 選項卡，接著隨意輸入一個名字就獲得了一個 License Key ，這里使用 3D Course 作為名字，這樣就獲得了License Key，在剛剛安裝SDK 完成后，筆者發現在 Unity 里，編程人員可以在右側創建物體表單中發現 Vuforia Engine ，接著編程人員就在里面選擇AR Camera ，接著在左側 Inspector 中選擇 Open Vuforia Engine configuration。

獲取License：

Back To License Manager

Add a free Development License Key

License Name*

You can change this later

License Key Develop

Price： No Charge

VuMark Templates： 1 Active VuMarks：100

By checking this box，l acknowledge that this license key is subject to

the terms and conditions of the Vuforia Developer Agreement.

3.1.3 創建Database

點擊下方的 Add Database 按鈕。瀏覽器將自動導航到

Vuforia 的 Target Manager。

創建Database：

Target Manager

Add Database

Use the Target Manager to create and manage databases and targets

接著點擊 Add Database 就會生成一個Database，我們點開3D_Course 這個 Database ，這里就是進行圖像識別時需要用到的數據庫，接下來加入一個用于圖像識別的Target圖象識別的意思就是將一個圖片展示在AR Camera 時，它會識別這個圖片，并在其上做一系列動作。這里注意到的是，在 Add Target 時需要使用一張特征比較明顯的照片，即圖案鮮艷、輪廓分明、線條多的照片。添加完之后，并且選定要下載的Target并點擊右上角的 Download Database 進行下載。下載完成后，就將包拉入Unity 中。

3.1.4 圖片識別

添加一個ImageTarget（在 Vuforia Engine 選項欄下可以找得到），接著設置其Image Target Behaviour （Script） ，設置為剛剛添加進入得Target，這個時，我們將原先的Main Camera 刪除，并在AR Camera下添加一個Camera 。接著我們在從Asset Store里下載一個模型，并掛載在剛剛的ImageTarget下。點擊開始運行按鈕。并將圖片展示在攝像頭下。

3.2 MR技術在美術設計中的應用分析

MR技術作為一種通用性技術，在很多行業內都能找到應用場景的結合點。基于混合現實技術的全息展示和空間定位等特性，目前在工業、設計、展覽、建筑、醫療、教育等行業中都具有業務需求。在這些行業中，已經涌現出了不少成功的混合現實應用案例。

3.2.1 展覽中的美術設計

MR 技術在展覽和展示中應用最多，在博物館和美術館展覽中應用也十分廣泛，MR絕對是酷炫和黑科技的代名詞。用MR技術，就是利用黑科技來展示美術作品和博物館藏品，例如昌吉回族自治州博物館數字化發展，通過MR技術將展品呈現出來，包括環境在內的設計都貼合博物館整體效應，既美化了博物館，又保護了藏品。從功能上講，MR技術應用于展覽行業，結合美術設計和編程，以交互式的全息可視化內容呈現給大眾。所以說MR技術是結合美術設計、計算機編程、3D全息化等工藝形成的一種全息影像，非常適合展示精密昂貴的產品，并展示產品的細節。

3.2.2 教學中的美術設計

在教育行業，MR技術須開發全息教學內容，把內容通過交互式模型動畫形象地展示出來，這種教學還需要美術設計，既滿足教學內容整體性，又加深學生對學習內容的印象。MR技術可以將培訓教學內容虛擬化，而美術設計可以使其更加美觀，例如在美術圖示鑒賞中，MR技術向學生展現的繪畫演示過程，并與教學現場的環境和實物疊加起來，輔助學生掌握期繪畫內容。

3.2.3 建筑中的美術設計

MR技術，可通過2D文檔將建筑信息模型轉化為 3D模擬，結合美術設計，將建筑的3D模型呈現給用戶，以更為直觀的方式展現出來，可以根據模型，使用戶以更自然的方式去體驗和理解設計方案，將MR與BIM完美地結合在一起，進而提高建筑精度，加快建筑工程行業的智能化發展。

4 結論

隨著人類科技的迭代發展，MR技術作為可開發全息化技術，應用范圍廣，尤其是在美術設計中具有明顯優勢，所以該文在了解MR 技術的基礎上，針對其美術設計和藝術兩方面進行論述，闡述MR技術在藝術中的設計原則，并進行編程，其中主要對美術設計中圖像處理進行論述，從配置環境到圖像識別，進行美術設計分析，并通過交互式模型動畫將其形象地展示出來，該技術可以結合美術設計將內容虛擬化，使其更貼近環境，并能夠與實物疊加，進而輔助大眾理解，所以說MR技術與美術設計是相輔相成的，MR技術可以通過美術設計得以更好的詮釋，而美術設計能夠使全息化影像更加完美。