虚拟展示技术在现代展示设计教学中的应用

2015-02-21盛夏,潘倩

宿州学院学报 2015年3期

关键词：虚拟现实软件模型

盛夏,潘倩

安徽城市管理职业学院城市设计系，安徽合肥，230601

虚拟展示技术在现代展示设计教学中的应用

盛夏,潘倩

安徽城市管理职业学院城市设计系，安徽合肥，230601

虚拟展示是用虚拟系统模仿实景展示的技术，它在家居装饰、汽车、电子类产品和服饰等领域的应用越来越广泛。传统展示设计教学存在诸多问题，将虚拟展示技术运用于教学中，发挥虚拟展示技术的优势，可以解决这些问题。虚拟展示的教学可通过三维软件建模、虚拟交互设计和设计成果发布等步骤完成设计任务。虚拟展示可以简化教学设计程序，可以解决实践教学的条件限制，可以取得更好的教学效果。

职业教育；展示设计；虚拟展示；教学方式

虚拟技术(VR)的概念是由美国VPL公司创始人J.Lanier于1989年提出。虚拟技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，通过计算机技术生成一个逼真的三维虚拟现实环境，在这种虚拟的环境里，人们可以看到逼真的三维景象、听到逼真的立体声音，甚至还能通过传感设备获得与真实世界一样的触觉效应，让人产生一种身临其境的感觉。美国人率先把虚拟技术引入高校教学中，并将它作为实践教学中的一种新的教学手段，取得了一定成效。

1 虚拟展示开启展示设计的新时代

美国休斯敦大学建设了“虚拟物理实践室”，该实验室可以通过虚拟手段模仿物体间的万有引力，通过数据来修改引力的大小、方向，并能模拟出这些改变所导致的各种物理现象，这可使学生对这一物理知识获得直观的深刻理解。美国印第安纳州大学运用桌面型VR模拟地球和太阳之间的关系，使学生更好地理解相关知识。北京航空航天大学是国内较早进行虚拟研究的高校，他们在研究相关基础知识的同时重点研究虚拟环境中物体的特征表现。将虚拟设计较好地应用到虚拟展示教学中的是中国地质大学的网上虚拟晶体结构模型室。该模型室运用web技术，学生通过网络进入到这个模型室后，可通过计算机控制虚拟空间，做各种交互动作，如打开某个模型柜、关闭某个抽屉等。另外，西北工业大学CAD/CAM研究中心、上海交通大学图像处理模式识别研究所、安徽大学电子工程与信息科学系等单位也进行了一些类似的研究工作和尝试[1]。

虚拟技术作为一种新型教学手段已越来越为人们所熟知，现代设计领域包括展示设计也开始接触并应用到虚拟技术，一方面通过技术的优越性使传统展示设计的空间和时间扩大；另一方面由于可传递信息量的增多，使得原来一些不可能在现实中展示的内容得以展示[2]。例如，利用虚拟展示技术呈现逼真的三维室内效果图，让用户预先体验家居环境。与此同时，虚拟展示在家居装饰、汽车、电子类产品、服装品展示等方面也得到广泛运用。然而，虚拟现实技术尚不成熟且设备较为昂贵。因此，虚拟技术并非随处可用而又用得很好，目前国内高校只有少数研究和应用，且主要是用来解决自然学科中一些在实验环境中不确定和不安全的技术问题。其实，在现代展示设计教学中，也可以借助现有的各种虚拟技术，运用计算机和虚拟软件来进行虚拟展示设计。这不仅能扩大虚拟技术的使用领域，而且为现代展示设计提供了一个新的手段和方法。研究和发展虚拟展示技术在展示设计课程中的应用具有一定的现实意义[3]。

2 展示设计教学现状

“展示设计”作为现代艺术设计领域一门重要的核心课程，在多年的专业教学发展中已经形成了一套较为成熟的教学手段和方法，但随着信息技术的不断发展和现代教学体系的日益丰富，“展示设计”现有的教学方式在实际教学实践中已不能满足相关需要，主要表现在以下几个方面。

2.1 学生学习兴趣不高

学生学习兴趣不高，作业缺乏想象力和创造力。目前高校的“展示设计”课程教学多在教室中利用投影仪进行教学，仅能提供事先收集好的图片，学生还是扮演观众的角色，被动地接受这些信息，这种缺乏主动参与的学习方式使学生逐渐丧失学习的主动性，从而影响学生想象力和创造力的发挥。

2.2 学生动手能力不强

目前，“展示设计”课程教学一般先由教师讲授理论知识，然后安排课程任务，提出相关要求，学生按照任务书进行实践操作。由于目前高校特别是一些职业院校办学设施薄弱，尤其是缺少“展示设计”课程教学用专门实验室，工具和材料也匮乏，直接影响了学生实践动手能力的提高。

2.3 教育经费投入有限，教学条件亟待完善

目前，大多数高校都存在经费和教学条件不足的情况，这直接影响了“展示设计”课程教学场地、实践设备的建设，很多应该开设的教学实践内容不能进行，极大地影响了教学进程和质量，不利于学生掌握教学内容，更不利于培养学生的综合能力。

3 运用虚拟展示技术教学的优势

运用虚拟展示技术手段，在展示设计课程教学中可以不受传统实验空间和条件的制约，在虚拟的逼真世界中设计、制作、修改和演示，能通过多种创新的表现形式，激发师生的创造灵感，帮助他们更好地展示作品，这是现有教学手段难以达到的[4]。虚拟展示技术在教学中的优势主要体现在以下三点：

3.1 教学设计程序简化

以产品展示为例，在传统的教学过程中，首先要进行产品模型的制作，学生在实验室里需要经过一系列复杂的实践步骤，先用电脑绘制模型图和效果图，然后选择相适合的材料、工具进行制作，最后打磨上色等。在这一过程中要经过复杂的运算和精密的测量，耗费大量的时间。而虚拟展示技术则只需要创建模拟的三维环境，让学生在虚拟的世界里完成实验室里的任务，通过鼠标、键盘等设备与展示对象进行互动，完成视觉、听觉甚至嗅觉的交互体验，大大简化了繁冗的工作程序[5]。

3.2 实践教学手段灵活

在传统的展示设计课程教学中，对教学场地、实验室条件等有较高的要求，比如材料要齐全、加工工具和设备要应有尽有。不少高校由于受人员和经费等条件的限制，往往忽略很多重要的实践教学环节，极大地影响了展示设计课程的教学效果和学生职业素质的培养。如果在课堂教学中引入虚拟展示技术，就可以在有限的资源和条件下完成实践教学，能显著改善教学条件，丰富教学手段。例如学生可以在教师事先设定好的虚拟空间内设计制作模型，并进行交互式体验，既巩固了基础知识，提高了学生的实际动手能力，又能有效地避免真实环境中因为操作不当等原因造成的安全事故和原材料浪费。

3.3 教学效果良好

传统的课堂教学只能通过多媒体设备向学生展示二维图片或者播放视频，角度单一且不具有交互性，而虚拟现实技术的运用可以帮助教师丰富课堂教学手段，让展示更逼真、更生动，且具有多角度和互动性特点。运用虚拟展示技术编制的课件，不仅有声有色，而且更具立体感和真实感，还能提供虚拟的实验环境。例如，建立一个虚拟的产品展示，教师可以边演示课件边点击相关的视频连接，还能进行实时的互动操作，甚至是再现制作工程，能为现代的教学特别是在线学习和远程教育提供良好的平台[6]，以取得更好的教学效果。

4 虚拟展示技术在展示设计教学中的应用

虚拟展示在现代展示设计教学中有着广泛的应用，教师可以在掌握三维建模软件的基础上进行虚拟展示教学。目前，此类软件已发展得相当成熟，如人们熟知的3D-MAX、犀牛、MAYA等都是常用的建模软件，模型建立以后通过虚拟平台即可对其进行虚拟展示。以下以电子产品中一款点钞机的虚拟展示应用为实例，剖析虚拟现实技术在展示设计教学中的具体应用。

4.1 运用三维设计软件创建展示模型

三维模型是运用三维设计软件创建的，目前使用较多的三维设计软件是由美国Autodesk公司开发的3DS-Max软件。该软件具有较为快速的三维建模功能，同时还可以较好地处理材质、贴图和各种空间变形。它能够输出c3d、wrl、obj等格式文件，可以直接在主流的虚拟现实平台使用，兼容性很好。

4.2 选择虚拟展示平台进行虚拟交互设计

模型建立后，选择虚拟展示平台。教学中，可以使用瑞典Cycore公司开发的Cult3D软件。该软件已在虚拟设计领域得到了广泛的应用，它具有文档小、便于传送、3D互动真实、材质表现力强、可跨平台运用等优势。Cult3D软件对计算机的硬件要求相对较低，一般办公或家用计算机、笔记本电脑和平板电脑甚至手机都能流畅地浏览Cult3D作品[7]。基于JAVA语言的内核使Cult3D软件具有良好的扩展性，在完成交互设计后可以生成多种形式的文件进行发布，如可生成“.co”格式的文件，该文件可以无缝地嵌入网页页面。总之，该软件相对简便，符合设计类专业教学的软硬件开发环境及应用目标。

4.3 设计成果通过浏览器进行发布

首先，根据设计图纸建立点钞机产品模型。必须注意的是：要保证在3ds-Max软件中建立的产品模型面的数量尽量少，因为目前虚拟软件在进行模型渲染时，不能较好地运行过多面数和过于精细的模型，否则会对虚拟软件运行平台造成负担。其次，为了后期的贴图、材质赋予及在Cult3D虚拟软件里进行交互设计，点钞机模型应当按照结构分别建模。点钞机模型建立好输出时，为了减轻后期软件运算的负担，尽量导出成jpeg或gif格式，以便有效地控制文件大小(图1)。最后，安装Cult3D Exporter for 3dsMax 插件，将已经创建好并进行了对象群组的点钞机模型通过插件的EXPORT命令导出，保存为Cult3D Designer( *.c3d)类型[8]，以便在Cult3D中进行进一步的交互动作设置。

图1 产品建模

进入Cult3D软件中进行点钞机虚拟交互设计。首先启动Cult3D Designer程序，通过导入命令导入点钞机模型，然后根据预设的展示动作进行基本交互设置，设置的对象主要包括场景、动作、事件三要素(图2)。场景包括导入的C3D文件中的材质、声音、纹理等要素，动作一般包括点钞机模型的移动(旋转、缩放、平移等)、显示或者隐藏物体、颜色显示和转换、视角旋转等，事件包括开始事件、计时器、鼠标或者键盘事件及由其他事物激发的自定义事件等。如果有组合关系，可通过事先设计多种组合形式分别命名，再对模型预设键盘单击触发事件的相应动作，这样就能够在演示窗口通过键盘事件完成点钞机形态和色彩变换的展示(图3)。