虚拟现实技术对主题公园场景的创作方法研究

吴丹

关键词：虚拟现实技术 主题公园场景 创作方法

引言

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术可建构一个用户能够自由参与其中的虚拟世界，结合传感设备让使用者完全沉浸在虚拟环境中，实时感知虚拟世界中的对象，理想情况可以达到一个与真实世界无异的多感官世界。虚拟现实技术为主题公园场景的创建提供了新的思路与途径。为艺术设计工作者开启了一扇智慧之门，激发了创作灵感，丰富了设计手段。让游客在主题公园场景中获得与以往截然不同的全新体验，这是一个更具沉浸感、交互性、想象性，更逼真的虚拟环境。虚拟现实技术重塑了主题公园场景设计的发展形态，给该领域带来了跃迁式的发展。

一、虚拟现实关键技术

虚拟现实的关键技术体现了虚拟现实技术的特征，也决定了虚拟现实技术的创新手段，代表了此项前沿技术的使用功能。虚拟现实的关键技术是：

（一）虚拟现实建模

对于虚拟现实技术来说，营造如同真实的虚拟世界是它的核心内容。建立虚拟世界，首先要建立模型。建模是通过获取或设计虚拟环境及对象的三维数据，依据参数结合需求建立虚拟模型。模型的好坏直接决定最终虚拟环境呈现的逼真和可信程度，也是决定整个虚拟世界是否成功的关键。虚拟现实建模技术可以分为几何建模、图像建模、物理建模、运动建模、行为建模以及声音建模等。这些建模方式要结合设计所需综合运用。

（二）三维图形实时生成

利用计算机模型产生三维图形的技术已经非常成熟，但实时生成三维图形是很困难的。需要在不降低图形质量和虚拟环境复杂程度的基础上，不断提升图像的刷新频率，才能达到理想的实时生成效果。

（三）立体显示与立体声合成

在虚拟现实环境中，用户通过佩戴立体眼镜，两只眼睛看到的图像分别生成，使视觉产生了差距，从而呈现出立体效果。同样由于我们听到的声音到达两只耳朵的时间和距离有所不同，我们可以依靠声音的相位差以及强度差别来控制声音的效果。

（四）交互式

交互技术结合传感、语音等设备，使用户可以在虚拟场景中结合自身感官与环境发生交互，也就是虚拟环境下的人机自然交互技术。主要常用的交互式技术手段有手势互动、眼球追踪、面部表情、移动定位以及语音识别等。用户通过佩戴VR头盔、耳机话筒、数字手套、位置跟踪器、体感衣等传感设备，接触虚拟对象，可以自由移动，通过GPS、红外线、激光等定位技术，同步定位到虚拟场景中的精确位置进而实施和接受指令，达到实时互动的感受。虚拟现实头盔结合眼球追踪技术，使用户可以用眼睛去操控虚拟世界的景物。例如用眼睛移动一个虚拟场景中的星际飞船，这是一种新颖的场景交互体验。交互式语音识别主要包括语音的输入输出技术以及3D环绕音效的实时技术。在虚拟现实场景中，这些交互技术关系着场景体验的优质程度。

二、虚拟现实技术与艺术设计结合创建场景

从环境艺术设计角度来看，虚拟现实技术给主题公园场景设计开辟了新的领域，甚至可以说创造了另外一个人类可感知、可体验、可互动的虚拟世界，这个世界不再是静止不变的景观，而是神奇动态的场景，技术与艺术的结合赋予了场景全新的生命力。具体表现在以下几个分类：

（一）真实世界环境再现

在技术的支持下，设计者能利用的资源很丰富，可以对真实世界的环境进行再造。修复一座古城，再造一个5A级景区都可以达到逼真的效果。虚拟建模技术可以在设计阶段直观地预测到场景最终的可行性，提高场景各元素的精准度，有效节省场景创作的时间和成本。另外，因虚拟现实技术与物联网等技术的结合，虚拟真实场景不再仅仅停留在实景设计的过程阶段，它可以成为另一个虚拟艺术世界的终極。虚拟实景可通过全景拍摄技术获取场景图像，也可以通过动态环境建模技术获取三维数据信息建立真实模型，进而赋予材质纹理贴图，搭配光效进行动态渲染，再结合多媒体交互等技术，创造出逼真的、互动的实际场景。这种虚拟真实场景已经被虚拟旅游、虚拟博物馆等项目采用。用户足不出户就能欣赏风景名胜，参观历史文物，体验场景互动。

（二）完全虚拟艺术场景

主要依靠设计者的构想，主观创建环境，是对人类精神文化和审美艺术的追求，打造完全的虚拟世界。场景设计的题材更多样化，星际争霸、古墓探秘、丛林追踪，各种奇幻的设想均可以作为场景设计的选材。场景中的时间和空间秩序都可以被打破，时间可静止、可超速，空间可以延展到没有边界，场景中的造型也不再受施工工艺和成本的限制，艺术家可以通过数字技术让更多天马行空的创意在虚拟世界中实现。电影《阿凡达》中的虚拟世界让我们看到虚拟现实技术在虚拟艺术场景中的发展空间。

（三）虚实共存的交互场景

这类场景主要可以分为增强现实场景和混合现实场景。增强现实场景是在已有真实场景基础上叠加了虚拟效果。场景设计师根据创意，使“虚”作用于“实”之上，变静态场景为动态场景，更好地对真实场景进行了加工润色，达到相得益彰的效果。此类场景未来可以结合成熟的全息投影、裸眼3D等技术，使传统实景焕发新生，这也将成为传统主题公园场景向虚拟现实主题公园场景过渡的一个重要研究方向。混合现实场景是虚拟现实技术进一步发展的产物。是在虚拟场景中引入实景信息，用技术实现虚拟场景和真实场景之间的互动，用户佩戴高端硬件设备参与到场景中，最大化地增强用户在虚拟场景中的沉浸感。

三、虚拟现实技术对于主题公园场景创作方法研究

在数字信息化和虚拟现实技术的发展下，传统主题公园场景的静态节点分布及单向展示的造景思维无法满足游客日益追求新奇特的场景文娱体验。消费者的审美认知和审美追求已经上升到虚拟数字艺术更高端的层面。目前以环球影城、六旗、迪士尼为代表的三大主题公园巨头纷纷将虚拟现实技术融入到主题公园场景的创作中，并且收到了非常好的反馈效果。技术与环境场景、技术与文化艺术、技术与体验者之间的互动不断渗透，主题公园场景中的科技含量节节攀升。下面我们从技术与艺术设计结合的角度，思考虚拟现实技术应用于主题公园场景的创作方法，如图1。

（一）场景构思

虚拟现实技术给主题公园场景建造模式带来了新的突破，虚拟现实建模、实时生成及交互技术给场景画面的艺术表现、场景视角的动态巡游，以及场景的互动体验等方面都提供了更多设想。对于场景设计师而言，这项技术不仅是场景创建的辅助工具，从某种程度来说也是设计师拓宽思路和创意的智能工具。设计师能够将虚拟现实创新技术与文化、艺术相结合，从受众需求的角度去思考，利用技术提供新构思、改进新空间、创造新体验，达到预期的沉浸娱乐、交互通感、审美融情的场景设想。另外，对于传统主题公园的已有场景也可制订出相应的设计改进或更新机制，优化现有设施、资源，焕发景观活力。具体实施方法可以体现在：

1.配合现有游乐设施进行虚拟场景补充创作

传统主题公园中对于动辄数十万甚至过亿的大型设施来说，无法实现设备的短期更新换代，可以结合虚拟场景，丰富用户的感官体验。通过让游客佩戴虚拟现实头显，进入到酷炫的虚拟艺术场景，体验升级版的游乐设施。例如目前最热门的虚拟过山车项目，在许多国际知名的主题公园中已经开始运营，并且获得了游客的追捧。美国奥兰多海洋世界新推出的克拉肯过山车，场景设计师将游客送入虚拟的海底世界，过山车急速坠落的同时，体验到的是巨型海怪的猎捕，大量涌现的史前生物。游客在感受震撼虚拟场景的同时，身体也会随着过山车轨道冲击急转、跌宕起伏，体验高速快感、失重感及离心力的多重刺激。随着虚拟现实技术应用的成熟，更多的传统游乐设施可以与虚拟场景结合进行再创造，如虚拟海盗船、虚拟碰碰车、虚拟平衡车等，这无疑会给传统游乐设施带来新的生命力。

2.增加区域性独立的场景创作

利用传统场景中的闲置区域进行独立场景的改造设计。目前开发的比较多的是4D影院、飞行影院等虚拟旅游项目。用户通过佩戴3D眼镜，观赏巨型环屏或穹幕影院，结合多层动感观影座椅，配合环绕立体声，让游客以全新的视野，一次性饱览世界不同区域的知名景观。另外，部分小型的独立虚拟现实主题场馆也逐渐发展起来。美国犹他州的THE VOID和澳大利亚墨尔本的Zero Latency是比较有代表的新型虚拟现实主题乐园。与传统主题公园场景的不同在于他们打造了全新的以用户游戏互动体验为主的混合世界。这类独立区域可以在占地面积很小的实景空间内创造出无限的虚拟场景。玩家通过穿戴设备和计算背包，结合真实的道具和冷气、烟雾等特效，参与全沉浸式的虚拟实时场景的互动游戏。这种混合现实的场景，带给游客真实震撼、酷炫刺激、乐趣无穷的娱乐体验。未来，越来越多的独立区域可以借助虚拟场景和传感设备开展个性化的娱乐体验，建造更智能性、互动性、趣味性的新场景。

3.传统静态景观的更新

传统主题公园场景创建时实景作为创作主体耗费了大量的人力、物力和财力，这部分景点虽有识别性但缺乏变化，容易产生审美疲劳。在虚拟增强现实技术的作用下，虚拟场景与传统实景相结合，使整体场景增添新颖性和艺术性，升级了互动体验。增强后的主题场景还可以不断与时俱进、推陈出新，给静态场景带来长久的生命力。例如哈利·波特主题公园的魔幻主题场景，高度还原原作的景观实景，结合了虚拟现实的诸多创新技术制造出超逼真影像和魔幻体验，加上火龙喷出的火焰和摄魂怪袭来的寒气等魔法效果，让游客完全沉浸在故事的主题和情节之中。

（二）场景主题

在虚拟现实技术的助力下，场景主题创作尤其是虚拟场景的创作受客观因素的限制相对减少，场景能表现出的故事情节更完整，打造的意境更深入，技术效果更神奇。致使场景主题的设计已经进入到概念创新的爆发期。主题的设定关系着场景是否能给游客带来最大的吸引力，也是场景设计能否成功的关键。首先，场景的主题应该结合主题公园的主题派生。形成品牌整体凝聚力和吸引力。其次，场景主题的选择要结合文化艺术内涵，要有特色性，避免雷同。文化艺术的深度和热点决定场景主题的生命力和吸引力。现代游客所需求的主题公园场景，不仅要有身体的感官体验，也要有灵魂的精神追求。另外，场景主题应具有社会传播性，由主题展开的场景情节要生动，场景意境要悠远。2018年9月，E-MAX“重返.西洋楼”沉浸交互秀以全新的模式向观众呈现了圆明园遗址的重生，展示了辉煌的昔日景象。场景中围绕如何通过数字化手段复原文化遗产，设计了一系列新颖的观众参与互动环节，触发了受众强烈的情感共鸣，激活并传播了中国文化。

（三）场景元素创建

虚拟现实技术参与下的主题公园场景元素包括：场景的主体对象、空间环境和动态展现等。

1.场景主体对象

在虚拟环境中，场景主体对象不再受时空和界面的限制，可以将结构或部件拆分重组，设计更夸张、更具想象力和视觉冲击力的造型，使主体具有超强大的感召性和识别性。这里我们要提出虽然虚拟现实技术可以制造出逼真的虚拟场景，但如果想达到完全沉浸式的互动体验感受，每个用户需要佩戴多个高端装备，这不利于目前传统主题公园体量较大的人流集中体验。所以场景中的有形实物尤其是场景主体对象的真实性还是很有必要的。可以借助虚拟建模技术结合现场自然地貌，对主体对象的尺度、造型、质感进行深入设计，更直观地预见实景的最終效果，创作出具有创造力和艺术感的真实景物。

2.场景空间环境

虚拟现实技术具有强大的空间环境营造优势。环境建模技术丰富了景观形态的多样化表现，立体显示与立体声合成技术更好地演绎了环境的故事情节，新的互动体验方式使空间环境意境的传递更具感染力。主题公园场景空间环境更应关注虚拟空间环境和虚实共存空间环境的设计。在虚拟环境中，我们可以巧妙处理当视角转变时场景造型的拉伸和延展，这样更有利于凸显空间环境的张力。虚拟现实技术与其他特效技术的结合，营造出虚中有实，实中有虚，虚实呼应的艺术化空间境域。

3.场景动态展现

虚拟艺术场景的动态展现可以分为镜头的运动和场景中各对象的动线。VR设备的镜头语言和表现方式相对以往的平面视频有很大的区别，它可以带给用户全方位的沉浸和临场体验。此外，在虚拟世界中场景镜头的移动很讲究，做得不好会感觉头晕目眩。首先速度很关键，固定的速度结合阶段性的韵律及节奏，会让用户有舒适感又不失乏味。其次镜头视角和视野可以打破自然规律，特写夸张的处理会使场景的动态效果更具震撼感。另外，场景中各对象的运动轨迹要思路清晰，结合好游客的参与路线合理设计。

（四）场景交互

交互式技术结合传感设备是虚拟现实技术的创新手段。虚拟现实技术使人与场景的互动发生了根本转变。互动的过程从物象观察到情景互动到意境领会再到回馈测评。用户可以通过显示合成、语音输入输出技术以及传感等设备参与到场景中，在各个精心设计的情景中通过自身五感去感知环境，综合自己的主观意识与场景进行交流互动，这个过程是逼真生动的，交互体验是循环的。场景交互的重点是技术与创意、与艺术及文化的优质结合，应该说能创造出多精彩的交互場景，用户就能得到多精彩的场景感受。所以场景交互过程的设计要深入细化。具体应该表现在：

1.娱乐性。游客在场景中首先要获得的就是娱乐体验，互动环节具备了娱乐性，才能形成亲和力和吸引力，从而促进场景与游客之间的良性互动关系。在研究人的行为心理学过程中我们发现，人们总是寻求娱乐创意的多样化，场景互动情节可以结合热门影视、游戏、动漫、大事件等，通过娱乐游戏互动或社会热点来刺激游客的互动热情。

2.参与性。在场景的设计中，受众参与感知很重要。例如在E-MAX沉浸交互秀中，观众通过沉浸式VR设备，参与到圆明园遗址的寻踪测绘、色彩复原以及虚拟拼接等趣味多样的互动体验中，使受众在参与的同时了解到丰富的文化知识。另外，互动参与一定要做好技术对接，不能有体感延迟或行动不对应的情况发生。例如我们在虚拟场景中看到前面有个椅子，想要坐过去，那么在真实世界里确实有这样的一个东西，可能不是椅子，但这个实体确实存在，你走过去的距离和在虚拟世界看到的距离是吻合的，按照我们自然感官的判断，坐下去的高度和质感也是准确的，这才能让用户感到真实。虚拟现实技术还可应用在花车巡游等场景活动中，用户不再仅仅是观赏者而是活动的参与者。参与形式上可实现多个不同位置的用户同时参与到一个虚拟现实世界，共享信息、实时操作、交互体验。

3.引导性。在互动体验环节还有一项是引导观众注意力，打造更智能化的景观场景，尤其应用在新型虚拟乐园的混合现实场景设计中。用户佩戴头显看到虚拟的奇幻场景，但看不到现实中的场景，这会使小面积的空间通过巧妙的虚拟指引和路线设计实现丰富的功能，也可以制造更多的惊喜。例如我们可以在虚拟世界中设计一条很长很直的有光照的路，而在真实空间中这条路根本不是很长并且是曲折的。但在虚拟世界里，设计师通过微妙的视觉改变，用潜意识引导了用户的行走方向，并且让他们认为自己完全在直行。这会使空间反复被利用，节省了实际物理空间的使用面积，用很小的面积创造出无限探索的空间可能。

结语

虚拟现实作为一种前沿的信息数字化高科技，融入到主题公园的场景创作设计之中，弥补了传统场景设计的缺陷，重塑了主题公园场景的创作模式，避免了实际施工的潜在隐患，也提升场景的艺术感染力，更增强了用户的体验性、真实性、趣味性和互动性，顺应了未来主题公园的发展趋势。将来不论是传统的大型主题公园还是完全构架在虚拟现实基础上的主题乐园体验馆，都需要不断探讨文化、艺术与技术的结合，深入研究创作方法的多样化，不断提升场景的科技含量。这不仅是对主题公园场景未来设计的创新需求，也会促进虚拟现实技术的不断完善。