元宇宙空間中探索數(shù)字雕塑語言的教學(xué)

文/鄧威 by Deng Wei

（大連理工大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院教授）

數(shù)字雕塑技術(shù)出現(xiàn)至今，已經(jīng)誕生出很多創(chuàng)作技法，且大部分是在以平面顯示器為主的計(jì)算機(jī)硬件上實(shí)現(xiàn)的。但是隨著硬件的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備已經(jīng)便宜到可以進(jìn)入千家萬戶。元宇宙的概念也深入到數(shù)字雕塑領(lǐng)域。下面我談?wù)勗谠钪媸澜缰?，如何在教學(xué)和實(shí)踐中更好地運(yùn)用數(shù)字雕塑。

一、元宇宙中的數(shù)字雕塑展示

我本科魯美雕塑出身，對(duì)雕塑有很深的情感，也知道雕塑創(chuàng)作的艱辛。2010年開始研究數(shù)字雕塑方法模擬傳統(tǒng)泥塑。剛接觸數(shù)字雕塑時(shí)被它的眾多優(yōu)點(diǎn)所吸引，很快就一發(fā)不可收拾，從此再也放不下了。

數(shù)字雕塑除了能夠渲染展示還可以3d打印。在21世紀(jì)頭十年，我們的打印機(jī)基本都很原始，只能打比較小的尺度。隨著科技的進(jìn)步，硬件的提升和價(jià)格的降低，CNC技術(shù)的普及，我們這些數(shù)字雕塑家也可以在自己的控制范圍內(nèi)制作大尺度的雕塑作品。往往在打印出來之后發(fā)現(xiàn)了一些尺度錯(cuò)誤，不得不重新去修改雕塑。雖然總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，但是也積累了教訓(xùn)，畢竟帶來了金錢和效率上的損失。

2019年我牽頭開發(fā)的《大連理工大學(xué)數(shù)字雕塑環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)室》，在這個(gè)環(huán)境中，學(xué)生可以導(dǎo)入模型文件，可以更換雕塑的材質(zhì)，改變雕塑的尺度、朝向、和位置，這些操作相當(dāng)于3d軟件環(huán)境中的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放。可以在場景中拍照保存，并結(jié)合環(huán)境因素分析雕塑主要視角下的構(gòu)圖、光照、材質(zhì)等數(shù)據(jù)。學(xué)生在學(xué)期間就能夠體驗(yàn)到真實(shí)的雕塑工程實(shí)踐，為學(xué)生的就業(yè)和日后的社會(huì)實(shí)踐打下了良好的基礎(chǔ)（圖1）。

圖1 《大連理工大學(xué)數(shù)字雕塑環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)室》截屏

我做數(shù)字雕塑的虛擬環(huán)境會(huì)使用以下軟件：SketchUp用于產(chǎn)生人造建筑景觀環(huán)境，World Machine產(chǎn)生自然山地的效果。有色彩的空間環(huán)境依靠360度hdr高動(dòng)態(tài)全景貼圖，還能夠提供類似全局光照的真實(shí)環(huán)境。需要注意的是挑選hdr文件時(shí)要適合場景模型，不能夠出現(xiàn)穿幫現(xiàn)象。例如，制作比較廣闊的大自然環(huán)境，就最好選擇地平線以上全是天空的hdr文件，避免出現(xiàn)近景樹藏在遠(yuǎn)山后面的現(xiàn)象。

數(shù)字雕塑尺度設(shè)定是關(guān)鍵。元宇宙虛擬現(xiàn)實(shí)需要掌握的技術(shù)并不復(fù)雜，但是往往涉及到人體工學(xué)里的一些概念，需要了解設(shè)計(jì)學(xué)的基本知識(shí)，尤其是人體能夠接觸到的建筑構(gòu)件尺度，如臺(tái)階高度、建筑層高、門窗座椅高度、人的視線的高度，雕塑的放置高度，以及最佳觀賞距離，所處地理位置的緯度信息以便獲得太陽高度角等。虛擬現(xiàn)實(shí)手段跟我的研究方向雕塑場域關(guān)系密切，同時(shí)也成為構(gòu)筑虛擬雕塑元宇宙的主要部分。

我使用的虛擬現(xiàn)實(shí)雕塑展示平臺(tái)是Unity3d軟件。可以設(shè)置重力和碰撞屬性，通過后臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)漫游、飛行和第一人稱傳送，從而可以在Unity構(gòu)筑的元宇宙中自由地欣賞雕塑。

虛擬現(xiàn)實(shí)中，數(shù)字雕塑展示的核心技術(shù)還是集中在對(duì)于多邊形的實(shí)時(shí)渲染上。

雕塑要想制作出這種效果還需要借助游戲技術(shù)：其中包括高模、低模、展UV、貼圖制作。

現(xiàn)在的圖形處理技術(shù)日新月異，能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算更多的多邊形數(shù)量。可以動(dòng)態(tài)生成自然效果的材質(zhì)，模擬天空云朵、日出日落、投影跟蹤、雨雪風(fēng)等自然現(xiàn)象，可以實(shí)時(shí)渲染環(huán)境氛圍。

圖2 medium下的數(shù)字雕塑草圖制作

我最初利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，目的就是檢驗(yàn)數(shù)字雕塑的尺度真實(shí)性。在虛擬空間里，能夠體驗(yàn)雙眼感知立體雕塑的真實(shí)感覺。這種雕塑場域不需要很復(fù)雜的環(huán)境背景，可以說沉浸式體驗(yàn)雕塑是最合適的低成本虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的利用。我在虛擬現(xiàn)實(shí)中檢驗(yàn)雕塑作品的尺度和環(huán)境的適應(yīng)性。因?yàn)樵赯Brush中雕塑過程產(chǎn)生的視覺失真現(xiàn)象是不能忽視的，如果貿(mào)然放大將造成嚴(yán)重后果。所以，控制雕塑的尺度與透視角度產(chǎn)生的效果變化對(duì)于確定雕塑欣賞的最佳位置至關(guān)重要。這也是開發(fā)《大連理工大學(xué)數(shù)字雕塑環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)室》的初衷。

二、元宇宙中的數(shù)字雕塑制作是一個(gè)富有創(chuàng)意的過程

現(xiàn)在已經(jīng)推出很多虛擬現(xiàn)實(shí)雕塑軟件，我目前只接觸過Medium。據(jù)悉使用的人群還不大，尚處在初級(jí)階段，鑒于VR雕塑強(qiáng)大的生命力相信不久的未來一定會(huì)在數(shù)字雕塑領(lǐng)域產(chǎn)生很多重大的科技成果和藝術(shù)成果。

下面簡要說說我的VR雕塑過程：

Medium軟件操作十分簡單，操作時(shí)只需雙手握住手柄操控有限的幾個(gè)工具，幾乎可以實(shí)現(xiàn)所有的傳統(tǒng)雕塑的操作，而且還能克服現(xiàn)實(shí)世界的重力，雕塑操控的自由度非常高。雕塑家不再需要起重機(jī)等大型設(shè)備，節(jié)約空間和資金，安全也有保障。

雕塑方法主要受方昕老師的啟發(fā)，我的VR雕塑開始于一種空間速寫，速寫的過程很快。就像在紙上勾畫草圖一樣在我對(duì)面的空中揮舞筆刷，這就是速寫式的開始階段。既然是草圖就一定會(huì)有畫的過分和出格，就相當(dāng)于融入了傳統(tǒng)雕塑的激情和感受，這些自然的流露在數(shù)字雕塑環(huán)境中得以發(fā)揮，沒有任何拘束。（圖3，圖4）

圖3 unity 3d制作的虛擬現(xiàn)實(shí)場景截圖

圖4 ZBrush下的深入雕刻

Medium中體驗(yàn)雕塑非常容易，比ZBrush容易的多，而且身臨其境效果極好，觀察雕塑非常簡單，在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中很平常地轉(zhuǎn)一下頭，就像感受真實(shí)世界一樣自由便捷。觀察行為單純了，精力就會(huì)集中到雕塑的創(chuàng)作中。

我的虛擬現(xiàn)實(shí)階段的雕塑是快速的。我只把雕塑人物的空間形態(tài)，基本的比例關(guān)系，空間關(guān)系做出來，都不一定要作對(duì)，意在筆先，有可能產(chǎn)生夸張生動(dòng)的造型。這就需要用藝術(shù)家的眼光審視雕塑，而不是像在Maya里為角色擺pose去扭動(dòng)肢體。過于理性的數(shù)字雕塑過程不適合有激情的雕塑家。

Medium環(huán)境里雕塑的增材減材操作都很方便，雕塑給料工具的大小設(shè)置也很容易理解，便捷的控制方法，使得做大體塊雕塑很有優(yōu)勢(shì)。這一點(diǎn)對(duì)于大型雕塑快速創(chuàng)作最為重要。

在速寫階段制作出初步的雕塑感覺來以后就可以輸出到ZB里繼續(xù)深入雕刻了。自我覺得，在ZBrush里的加工編輯才是真正樹立數(shù)字雕塑形態(tài)風(fēng)格，并能夠最終煥發(fā)出數(shù)字雕塑的表現(xiàn)力。

三、對(duì)于數(shù)字雕塑的真實(shí)感和元宇宙的數(shù)字雕塑展示的看法

其實(shí)，這一切都不能代替雕塑藝術(shù)的真實(shí)魅力。利用數(shù)字雕塑技術(shù)如果達(dá)不到傳統(tǒng)雕塑的過程體驗(yàn)及最終的材質(zhì)語匯，其在方法上的優(yōu)勢(shì)都會(huì)打一些折扣。

初次感受Medium的塑造方法：能夠提供真實(shí)感的空間體驗(yàn)，可惜沒有觸覺，不過這也許不是一件壞事。對(duì)于頭顯手柄工具的運(yùn)用，五個(gè)手指的功能不能完全發(fā)揮，單憑這點(diǎn)就沒有超越傳統(tǒng)，但是方法還是很好。

首先在雕塑的手感上，我們習(xí)慣的數(shù)字雕塑軟件ZBrush，其輸入方法目前還停留在壓感筆的力度感知上。當(dāng)然Wacom影拓系列的精度早已經(jīng)達(dá)到2048級(jí)別，完全滿足數(shù)字雕塑的對(duì)于塑造力道精度的要求了。在Medium中雕塑家對(duì)于手的動(dòng)作跟傳統(tǒng)雕塑行為一樣是空間全三維的，數(shù)位板比起雕塑家的兩只手來說遠(yuǎn)沒有雕塑家的手指靈活，所以在這一點(diǎn)上，無論虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯、手柄還是數(shù)位屏、數(shù)位板等數(shù)字雕塑的硬件開發(fā)是有很大的發(fā)展空間的。

接下來是觸感。雕塑家在泥塑的過程中很享受塑泥的柔軟帶來的舒適體驗(yàn)，配合雕塑家靈活的雙手，雕塑的形象就容易在手中誕生。塑泥的濕度柔韌度給人的感覺，就像電影《人鬼情未了》有了一種浪漫的人泥互動(dòng)，能夠產(chǎn)生創(chuàng)作沖動(dòng)。

數(shù)字雕塑帶來的方便功能其實(shí)也是一把雙刃劍。嚴(yán)密的邏輯和嚴(yán)格的步驟會(huì)斬?cái)辔覀儗?duì)于創(chuàng)作豐富多樣性的嘗試，的確數(shù)字技術(shù)手段會(huì)帶給我們方便，高效的同時(shí)也許還給我們帶來了懶惰，不思進(jìn)取，同時(shí)扼殺了我們的創(chuàng)作力。為了時(shí)刻保持新鮮感和對(duì)雕塑的創(chuàng)作熱情，不能沉浸在技術(shù)的限制中，切忌由于技術(shù)的原因打斷雕塑家工作時(shí)燃燒的創(chuàng)作熱情。所以我主張技術(shù)有限論，掌握幾種必要的數(shù)字雕塑技巧，返璞歸真，一步一個(gè)腳印，用電子粘土從頭做起。當(dāng)有了一定的積累，量變引起質(zhì)變，技術(shù)不再成為你數(shù)字雕塑創(chuàng)作的羈絆時(shí)，就是數(shù)字雕塑水到渠成之時(shí)。

我舉一個(gè)例子，比如大家都熟悉的對(duì)稱功能。曾幾何時(shí)，我也很依賴對(duì)稱?，F(xiàn)在意識(shí)到應(yīng)該適可而止，對(duì)稱帶來的僵化日益顯現(xiàn)。對(duì)稱功能不可缺，在開始塑造時(shí)起到很大的作用。但是到一定階段后，越早擺脫掉越有利于形態(tài)所造的生動(dòng)。

我在數(shù)字雕塑的鉆研過程中，獨(dú)自設(shè)定了幾款數(shù)字雕塑筆刷。配合SCULPTRIS PRO功能，雕塑過程就像在揉捏柔軟的塑泥，配合數(shù)位板的壓感功能，雕塑形體能夠做到實(shí)時(shí)細(xì)分，但是這種基于拓?fù)涞母淖儗?duì)原始的雕塑網(wǎng)格會(huì)帶來一定程度的破壞。這種方法更接近于傳統(tǒng)雕塑，因?yàn)椴豢赡妫赃@種雕塑方法很能夠鍛煉學(xué)生的數(shù)字雕塑基本功。

這些操作最終都會(huì)直接作用于3d模型，可用于3d打印實(shí)現(xiàn)數(shù)字雕塑實(shí)例化。（圖4）

但是對(duì)于數(shù)字雕塑的虛擬空間展示，這種高模的形態(tài)不利于硬件進(jìn)行實(shí)時(shí)的渲染運(yùn)算。所以在游戲或者虛擬現(xiàn)實(shí)展示，還是運(yùn)用游戲方法，利用貼圖和低精度模型去欺騙玩家的眼睛（圖5）。

圖5 unity 3d制作的虛擬現(xiàn)實(shí)場景截圖，馬克思巨像

作為一個(gè)挑剔的雕塑家，我對(duì)于元宇宙里的數(shù)字雕塑展示有自己的標(biāo)準(zhǔn)，并且為實(shí)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去努力。首先，虛擬現(xiàn)實(shí)要實(shí)現(xiàn)對(duì)于高精度模型的實(shí)時(shí)渲染；其次，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的光跡追蹤而不是騙人的shadow mapping。總覺得這些手段忽悠游戲玩家可以，但欺騙雕塑家就不對(duì)了，畢竟不能拿著虛擬現(xiàn)實(shí)里的模型去3d打印吧。虛擬現(xiàn)實(shí)中也為展示雕塑細(xì)節(jié)提供了方法，一般3d游戲采取LOD的分級(jí)細(xì)分的技術(shù)來設(shè)定雕塑第一人稱的距離采取不同精度的模型。這種方法工作量較大，不適合雕塑家，也不解決根本問題。最好就是提高硬件的性能，提高軟件的算法。可惜都不是我們雕塑家能夠解決的。所以數(shù)字雕塑在虛擬現(xiàn)實(shí)的元宇宙表現(xiàn)上還有很長的路要走。

以我目前的眼界，對(duì)于數(shù)字雕塑的渲染結(jié)果比較好的解決方法就是Keyshot，這個(gè)軟件可以直接傳輸ZBrush的原始模型，能支持高模，靜幀的渲染速度可以接受，但是效果還有待提高。ZBrush自身的渲染器我覺得也不錯(cuò)，非真實(shí)的渲染風(fēng)格、超快的渲染速度，配合材質(zhì)的變化、高度可調(diào)的表面噪波和豐富的濾鏡效果，單從效果圖的角度來看別有一番風(fēng)味。（圖6）

圖6 ZBrush下的自然泥塑肌理

成果展示：我的虛擬現(xiàn)實(shí)雕塑展場

總結(jié)元宇宙的數(shù)字雕塑制作和展示都展現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景，每個(gè)雕塑家都能夠構(gòu)建自己的雕塑展場。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)展示雕塑，我構(gòu)建了自己的數(shù)字雕塑展場，感覺無限自由。我根據(jù)雕塑的內(nèi)容和形式劃分成不同的區(qū)域。在元宇宙場景空間中規(guī)劃建筑和雕塑的關(guān)系，利用地形的海拔變化豎向設(shè)計(jì)雕塑的位置朝向，在一個(gè)范圍內(nèi)布置了一定數(shù)量的數(shù)字雕塑展品，日后也可以不斷地將新雕塑增加到場景中。

我可以將雕塑任意放大，（圖7）這個(gè)雕塑我就放大到150米，帶上虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯我在元宇宙中體驗(yàn)一下建成的效果，這在平面顯示器中絕對(duì)體驗(yàn)不到的震撼感受，難以用語言和圖片描述。

圖7 元宇宙中150米高的巨像

我把元宇宙看作虛擬現(xiàn)實(shí)的高級(jí)應(yīng)用，元宇宙一定會(huì)為雕塑家?guī)砀嗟臋C(jī)會(huì)和驚喜。