信息时代扩展现实技术(XR)对设计发展的影响

杨杰 蔡子杰

摘要：随着计算机、互联网技术的发展，影视、ACG文化作品中所营造的虚拟世界越发绚丽、逼真，因此現实与虚拟世界之间的桥梁——扩展现实技术应运而生，成为未来重要的科技研究方向。文章以最新的扩展现实技术应用为例，对其设计方法、原理、作品优劣等进行分析，探究XR技术对未来设计发展，设计原理、评价标准的变化，尤其是数字媒体艺术创作可能带来的影响。扩展现实不仅让受众获得了更完美的视觉体验，还为设计提供了多样化的新形式和设计评价标准，完美契合了疫期信息传达的新需要，推动了时代的进步与发展。

关键词：虚拟扩展现实设计方法设计发展疫期

中图分类号：J05

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（ 2021） 07-0049-03

Abstract： With the continuous development of computer and Internet technology，the virtual world created by films， ACG culture and other works is more andmore colorful and lifelike. Therefore， the bridge between reality and virtual world一extended reality technology emerges as the times require， and becomes animportant direction of scientlfic and technological research in the future. Taking thelatest application case of augmented reality technology as an example， throughthe analysis Of ltS design methods， principles， advantages and disadvantages，this paper explores the possible influence of XR technology on the future designdevelopment， design principles， design evaluation standards， especially the digitalmedia art creation. Extended reality technology not only provides the audience withnovel， gorgeous and immersive visual experience， but also provides diversified newforms， new methods and design evaluation standards tor design， which perfectlymeets the new needs of information transmission in epidemic period and promotesthe progress and development of the times

Keywords： Information age Extended reality Design method Designdevelopment Epidemic period

引言

设计艺术自西方启蒙运动从纯艺术中分离以来，一直伴随着经济与科技的发展而发展。在计算机不断普及以及互联网飞速发展的当下，信息量爆炸式增长，各种新兴媒介、人工智能技术和产业正在对人们的生活方式产生着潜移默化的影响，尤其是信息接收的方式。传统的设计学科也在经历着转型与巨变。在这种大背景下，能够突破二维媒介限制及现实桎梏的扩展现实技术应运而生，人们可以更加充分地发挥想象力，将虚拟的景、物进行“数字实体化”模拟以产生逼真的体验感。在这个新兴技术的影响下，设计的思路、方法和标准等将迎来新的契机与转变。

过去的2020年无疑是困难且特殊的一年，新冠疫情的爆发使人们的日常生活出行受到了严重的影响。但同时疫情也一定程度上加速了线上生活的普及。线上买菜、看病、教学，博物馆云游览，大型赛事的云转播等无不使VR、AR这些曾经略显高端的技术越发贴近生活及大众化。本文以新兴的扩展现实技术为研究对象，结合最新的案例，剖析其对设计学和设计行业可能带来的影响以及未来的发展趋势。

一、XR技术及冥发展

（一）应运而生的XR技术

作为最主要的感觉器官，日常生活中大部分信息都是通过视觉获得的，因此人类对于视觉感受的用户体验一直非常重视。从战国学者墨翟偶然发现小孔成像原理、到夏尔·雪佛莱制作第一张照片，我们在认识探索世界的道路上从未停止过对于视觉能力的拓展。步入信息时代后计算机、移动电子设备等高速发展的同时，也带动了显示技术。无论是8K家用电视的出现，亦或者手机上越来越高的显示分辨率、精度和色彩准确度;小到便携的智能手表、大到色彩绚丽观感震撼的巨幕荧屏，纵观显示设备的发展史不难发现一无论是电视、影院、户外广告装置，还是手机、平板、笔记本电脑等移动设备，尺寸都在不断变大，其中最主要的原因还是大尺寸大屏幕所带来的沉浸观感。尽管如此，相较于人眼视角的超高分辨率以及平面媒介自身的限制，普通的人造影像设备还是无法很好地满足人们对沉浸式体验的需求。因此，拥有良好沉浸性、交互性、想象性三大特点的XR技术开始受到人们的青睐一通过计算机强大的计算能力实时生成模拟的仿真环境，将现实环境与虚拟世界“无缝”融合，把原本在生活中难以体验到的实体信息模拟后应用到真实的世界，被人类感官所感知，交互并产生接近真实的互动感受。

（二）扩展现实的概念

XR的全称是“扩展现实”（Extended Reality），是一種集成了虚拟、增强和混合现实技术的扩展现实技术。其中VR （Virtual Reality）“虚拟现实”是让受众利用可穿戴设备在计算机模拟的虚拟世界中体验酷似现实的实时互动环境，以获得沉浸式的视觉、听觉甚至触觉感受。AR （Augmented Reality）是在虚拟现实的基础上发展起来的“增强现实”，其综合运用数字媒体、三维空间建模、物体实时追踪及注册、智能交互、光线传感等技术将虚拟信息与现实世界进行巧妙融合。这种融合不是简单的叠加，而是依靠计算机强大算力以及各种传感器、虚拟模型来实现的“无缝”合成，达到以假乱真的效果。“混合现实”（Mixed Reality）则更进一步突破媒介限制，在虚拟、现实世界以及受众三者之间创建可以直接进行实时交互的综合性环境。可以说，XR是对VR、AR和MR三种技术的综合运用。

随着基于数字化技术的新媒体及传播工具的发展，美国麻省理工学院教授尼格罗庞蒂于1995年出版的著作《数字化生存》中所描绘的数字化世界逐渐成为现实，人们的日常生活再难以离开数字设备以及互联网。据统计，油管上每天上传的视频量可以连续不间断地播放80年，信息超载也导致获取信息的主要方式由传统媒介转向数字媒介。而沉浸式体验这个曾经要借助复杂的现实封闭空间和大量的辅助设备才能实现的概念被数字技术赋予了全新的涵义一通过数字媒介提供参与者高度仿真的沉浸式体验，提高信息传递的效率，

保罗米尔格拉姆和岸野文郎早在1994年就提出了虚实统一体（Reality-V.rtuality- Continuum）的概念，“实”即真实存在的现实世界，“虚”是计算机模拟的虚拟世界。他们认为随着科技的发展，我们的世界将逐渐成为一个虚实结合的空间一现实世界与计算机模拟的增强虚拟现实的结合，两者之间的界限将越发模糊，而XR技术就是连接现实和虚拟两端的桥梁。

（三）特殊时期的发展机遇

受到疫情影响，2020年以来，为了让人们足不出户，在家也能享受到高质量的视觉体验，扩展现实逐渐走入公众的视野。部分线上演唱会、产品发布会和影视作品的拍摄等场景开始使用到XR。其主要技术框架大致由数个寻像器、监视器所组成的录制场地、摄像机、光线传感与定位装置、图形渲染引擎（AR技术）等几大元素组成，最后将通过计算得到的虚实结合的图像内容传输至显示媒介，形成完整的XR场景。扩展现实的火热并不是偶然，就像宫崎骏编剧的经典动画电影《借东西的小人阿莉埃蒂》中所描绘的一样，每个人小时候也许都曾幻想过创造一个微缩世界，把自己缩小并放进去，这样就拥有了一个与世隔绝的天地。很可惜现实世界存在物理法则的约束，最接近这个想法的表现形式，可能就是电子游戏了。而现在，得益于XR技术的发展完善，受众通过虚拟、增强现实可以获得相较于手机、电脑等二维媒介更加真实，沉浸的观感。敦煌研究院开发的数字敦煌网站，让观众纵使相隔千里也能够“亲临现场”感受莫高窟优美壁画的浓厚艺术熏陶。大英博物馆与虚拟现实开发商合作开发了VR应用，观众通过Oculus触摸控制模拟器就可以打破空间限制，在线上把玩、欣赏大英博物馆中的海量藏品。美国旧金山现代艺术博物馆也开始尝试使用增强现实技术来展示馆藏的艺术作品，带给观众不一样的阅览体验。苹果公司这两年也在手机、平板等移动设备上大力研发Lidar模组（发射光线阵列的雷达），通过这个模组，移动设备可以实时精准的测算空间深度，而空间深度对于VR、AR的体验至关重要。

二、XR技术对设计的影响

德国著名设计学院包豪斯的创始人格罗佩斯很早就意识到技术与艺术相统一的必要性，无论何种技术在融入艺术创作时都不能剥离艺术创作的基本法则。因此他创办了双轨制的教学制度，尝试将艺术与技术相结合，为现代主义奠定了理念基础，一直到今天都是设计师所遵循的设计原则。而根据XR技术出现的时代背景以及其与数字媒体艺术、视觉信息传达密不可分的关系，其对设计行业产生的影响必然也是深远的。首先就设计评价标准而言，以平面设计为例，建立于纸媒和印刷等传统平面媒介的平面设计师核心竞争力大大减弱，VI、招贴、LOGO等平面作品将不再局限于在静态、二维的显示媒介上进行展示，三维化的成像技术，动态化的显示效果为平面设计动态化即动态图形设计带来了新可能，而相应的设计评价标准也会发生变革;其次对于设计过程而言，诸如设计方案构想、推进和完善等阶段，都需要通过手绘方案稿、二维渲染效果图，三维模型等方式进行预览和展示并修改或与客户沟通，在这个过程中受制于二维的展示媒介，设计师的理念表达难免会受到影响而表达不清或者不够准确。

XR技术很好地弥补了这些缺陷，设计师可以通过扩展现实将设计方案以更加真实，全面的效果快速应用于实际场景中进行展示，使受众在方案阶段就能对设计有直观的了解和感受。不仅方便了设计师的理念、思维展示过程，还使作品修改完善过程更加灵活便利，让设计师有更多的精力来孕育创意（图1）。在电影《钢铁侠》中（图2），史塔克工业就运用扩展现实对设计方案进行实时的预览与调整。今年春节档的一部国产特效大片《刺杀小说家》也使用了XR延伸出的虚实结合的拍摄方法，即通过光学追踪，把现实中摄影机的实时空间位置信息同步投射到一个虚拟引擎里，在拍摄真人镜头的同时预览到相对应的虚拟画面。虚实结合拍摄提供了更加自由方便的拍摄条件，摄影师和导演不需要去猜测后期合成的效果，可以根据拍摄现场的寻像器和监视器实时看到拍摄的内容以及虚实结合后的初步画面。由此可见XR技术不仅提升了用户的视觉体验，方便了设计制作的过程，同时还为设计方法、过程和评价标准等带来了革新。

可以预见，在XR技术的帮助下，人们获取信息的方法进一步简化。科幻电影《银翼杀手2049》（图3）以及去年大热的次世代主机游戏《赛博朋克2077》中都对未来生活中扩展现实技术的应用做了生动设想，借助全息投影（AR增强现实技术的衍生）、便携式穿戴电子设备乃至义眼的帮助，信息的传播与接受跳出了二维媒介限制，虚拟影像与现实世界的场景搭配进行展示，增强了视觉信息的观赏性、互动性和体验感。接下来，我们通过S10英雄联盟全球总决赛以及2021春节联欢晚会的案例分析，来实证XR技术是如何革新视觉信息传达方式，为设计领域带来全新可能的。

三、XR技术未来方向的相关思考

（一）临危受命的XR技术

作为当今世界上最知名，影响最广泛的电子竞技项目，每年的英雄联盟全球总决赛都引人瞩目，屡屡创下数千万人同时观看、总人数3.9亿（2016年官方数据）和累计观看时长超10亿小时（2019年官方数据）的记录。2020年的总决赛时隔三年再次在中国上海举办。像这样高规格的电竞赛事，为了让观众能有更好的体验，背后的团队投入了大量的时间与金钱，整个赛事的直播规划从一年前就已经开始。受疫情影响，今年的全球总决赛与往年不同，没有现场的观众，整个比赛流程几乎都在单一的演播室和缺少氛围的有限舞台空间内呈现，如何把这个劣势转变为优势，既为观众带来完美的赛事转播，同时提高观众的审美标准呢？拳头公司最终选择了XR技术。

（二）颠覆传统的视觉效果

按照体育赛事直播的传统观念，比赛现场的摄像头是不能转向工作人员或充满桌椅杂物的后台的，然而XR技术就可以360度地来展示这个拓展现实的效果，原本与比赛内容格格不入的机械设备等被XR场景取代，观众通过摄像师操控的真实与虚拟镜头在带有部分现实世界的梦幻空间里遨游。每场比赛转播都有三十多台摄影机参与录制，其中有数个红外摄影机会时刻发射红外线并接受布满整个舞台的红外线反射点反射回的光线。当一台摄影机能够同时接受多个点返回的红外线时，就可以通过点之间的距离与夹角计算出摄影机的实时位置，再将其与虚拟摄像机（UnreaI虚拟世界引擎中的摄像机）进行运动对齐，最后把虚拟引擎与现实中所拍摄的不同画面进行实时的合成，绚丽的虚拟世界就与真实的比赛现场得到了很好的有机结合。以往观众席的位置被转换为了充满想象力的艺术空间，有限的场地空间得到了充分的扩展，线上的比赛转播获得了更好的沉浸感，趣味性和视觉体验。在观众眼中，选手们仿佛置身于高耸的东方明珠、上海中心大厦之下，头顶星海，脚下的舞台被波光粼粼的水面所包围。这些充满人文关怀的元素的融入使电竞比赛的现场不再冰冷、单调。以此为灵感，扩展现实技术也可以应用于环境、景观、展示设计等领域，将有限的橱窗、店面环境进行延伸，更多充满创意、天马行空的视觉环境展示成为可能，在控制成本的同时也保护了环境。

对于XR场景来说，要做到以假乱真，除了摄影机定位精确之外，现场的光线设计也很重要。S10的XR技术团队除了运用大量的顶部打光之外，还活用了现场LED显示屏发出的光对整个舞台空间进行一个基本的照明，同时通过自主设计的插件将Unreal引擎（虚拟世界）里的灯光环境与实际舞台中的灯光进行匹配。若虚拟世界的光线产生变化，那么舞台中对应的实际灯光也会随之改变，这样观众看到的整个虚实结合的画面就不会因光线混乱产生失真感。光线对于视觉信息的传递与接受至关重要，无论是丹麦设计师保罗·汉宁森的著名设计pH灯具，还是现代主义建筑大师贝聿铭老先生所提出的，“让光线来作设计。”从商品摆放的展柜，博物馆陈列的橱窗到车站机场的大屏幕等，各式各样的光线都在直接或间接地影响着我们，起到引导视线、过滤信息、渲染情绪、烘托氛围等作用。未来的信息传达与环境空间展示会更关注受众的体验，带来更好的产品、视觉互动，而这些都离不开光线。扩展现实技术极大地方便了设计师在设计时模拟光线效果，不同环境下的光线设计与应用更加灵活多变。针对复杂的环境光，XR场景可以通过模拟计算辅助现实中的光线系统实时调节出最符合受众观看习惯的舒适场景，而这也很好地契合了人体工程学先驱亨利·格雷福斯所提出的“设计必须符合人体的基本要求”。如图4。

（三）新技术促进设计创新

竞技比赛的最大魅力在于其实时性与不确定性。选手的状态、阵容的组合、战术的指挥，微小的操作甚至是地图资源的随机刷新等种种因素，都会影响到一场比赛的走向，而这种充满变化的比赛形式，为赛事的直播带来了极高的难度和广阔的设计发挥空间。除开XR为赛事直播的技术方案带来的改变外，其同样也为赛事的内容方案注入了新鲜的血液，例如现场摄像机的布置、舞美效果的设计与呈现、宣传片的制作播放流程、比赛数据的实时展示、赛事视觉包装等。主办方将原本需要通过數字化图表、动画等形式直接传达给线上观众的大量赛事数据信息与现场的舞台及场景布置进行令人耳目一新的结合，二维信息打破次元壁得到了立体化展示，提升了信息传达的准确度、直观度和信息接受的趣味性。随着经济水平的高速发展以及物质财富的不断饱和，人类社会逐渐迎来了精神经济时代，传统设计专业开始不断转向“服务设计”，用户的体验感成为越发明显的企业竞争优势。体验管理平台Qulatrics提出了“领先观念、提高意识、激活能动性、洞察与启发、积极回应以及不破不立”六种体验管理所必须的理念，想要不断提高用户的体验，不能只停留于对已知问题的逐个解决，更应该积极领导开发创新。扩展现实无疑为设计创新提供了极大的便利与契机。

2021年春节联欢晚会也运用了亮眼的XR技术创新。在歌舞节目《牛起来》中，制作团队将中国传统文化元素与未来感十足的技术进行了完美的联结，为远在千里的刘德华打造了与现场舞台相融合的四个虚拟场景。刘德华透过屏幕在荡气回肠的宏伟中式建筑上演唱，在庞大的中式传统礼盒所搭建的梦幻世界中舞蹈，在象征着年年有“鱼”的海洋中遨游，与现场的关晓彤、王一博等演员进行实时互动。借助XR技术将虚拟世界、现实世界以及人物结合的能力，周杰伦得以在云录播的《莫吉托》歌舞表演中驾驶着粉红色小轿车“环游”世界。

通过对XR案例的分析，可以发现其对视觉效果提升的重大帮助。巧妙运用XR技术有效提升了视觉信息在传播时的效率、趣味性以及观赏性，为受众带来沉浸式观看体验的同时，无需花费大量的资源搭建真实场景。XR技术也衍生出一系列新的设计种类，为设计评价标准赋予了新涵义。

目前复杂的XR场景仍然需要强大的硬件设备支撑，即计算机强大的算力与渲染能力来处理海量的灯光和实时视频数据，仅有一小部分最新的影视剧、电影，大型赛事、演出会使用，因为它价格高昂且技术难度较大。但是从长远的发展来看，XR技术有着广阔的发展与应用空间，诸如《头号玩家》（图5）《创：战纪》《黑客帝国》等一系列著名的科幻电影中，都展现了人们对于XR技术在未来可能对人类文明发展所产生影响的设想。

结语

纵观当下，尤其是疫情期间，无论是制造业中的产品设计生产，亦或是线上远程医疗、教育、娱乐行业，乃至零售行业，大部分领域都能运用到XR技术。而这个以提升视觉效果为主的技术势必会推动设计的新发展。随着科技水平的进步，扩展现实更多地走进人们的视野，深入到生活的方方面面中。扩展现实拥有逼真的沉浸式体验感，这种优势难免会面临被用来表现某些过于暴力血腥的内容，此时设计内容的规范就尤为重要。器物只是实现行为的媒介、工具和手段，设计所需要关注的对象一直都应该是使用者。维克多·帕帕奈克在其设计伦理著作《为真实的世界设计》中就提到，设计要为人民服务，要遵从设计伦理原则。同时，再完美的器物也需要借助于人类的智慧才能发挥出价值，技术进步的同时也要进一步提高艺术设计的水平，新兴的XR技术在应用到设计领域时只有时刻秉承着这一基本理念，才可以走的更远。

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