虚拟现实空间艺术设计策略

杨柳

一、虚拟现实空间3R技术发展

目前，行业内常常提及的虚拟现实技术中的3R技术是指VR,AR,MR。其中VR虚拟现实技术对真实世界的模仿与虚拟最常见的有两种方式。一种是图像，借助高倍率360度的照相技术将空间整个的拍照复制下来进行成像技术，也就是目前应用最多的720云全景展示平台所呈现的那样，相当于高倍的全景拍照效果，这种仿真技术缩小了人与虚拟世界的距离，相机越高倍，像素越加清晰，当人在虚拟现实空间观看时就会越加显得逼真。这种技术被广泛应用于地图和绘画类博物馆展厅等等方面。（图1）

另一种是虚拟模型，使用三维软件制作等比例大小的三维模型。随着目前3D扫描技术的进步，建模技术不仅变得便捷而且更加的精准。但这种技术目前也带有一定的缺陷，模型的质量与好坏直接影响参观者的沉浸感。就目前三维模型的技术而言，与达到逼真的真实世界的效果尚有距离，主要的问题存在于物体质感，环境灯光等技术方面有待突破。（图2）

图 1 全景照片式

图 2 虚拟模型式，引自unity3d官方网站https://unity.cn/2021-1-release

AR及MR技术都在寻找虚拟与现实两个世界直接的联系与沟通。在这个过程中，技术的发展和突破将会直接影响到虚拟现实技术发展的方向。VR技术在虚拟的环境中与参观者尽可能多的产生互动。因此，虚拟技术归根到底是在探索意识想象空间与现实空间的交互与融合。

二、当下虚拟现实空间发展的关键问题

虚拟现实世界中沉浸感是整个体验的关键所在，参与者能否进入特定的虚拟环境，跟随设定路线一直沉浸其中是整个环节的关键所在。一旦意识和思维跳出，就会增加参与者的置身事外之感，而对整个环节毫无兴趣。

（一）眩晕感

当参与者带上头盔式的眼镜时，有的人会随着虚拟环境运动过快，会产生眩晕感。比如在观察天体的虚拟现实作品中，由于眼睛看到或大脑感觉到快速的下降过程，这时人体会发出下降的信号给身体，但是身体处在真实的世界空间中，却无法对大脑做出的指令进行相应的回应，会带给参观者以极大的不适感。

（二）视域

目前MR的虚拟现实技术可以达到360度的全景效果，但实际上人眼的视域是有范围的。虽然虚拟环境的技术可以达到360度，但人的眼睛通常只能对45度角度内的物体可以轻松地直接观察到，超过120度以外的物体视角都不能够观察到位，这样就会产生一系列的问题，需要参与者听到提示，转动身体至较大幅度才能够观察到120度以上的视域内容，这种体验并不符合虚拟现实的沉浸性，破坏了参观者的体验流畅度。所以，虚拟现实技术一直都在探索眼镜或头盔的研发，以适合人类的眼睛。

（三）情节化

VR技术实际上是在由虚拟的意识空间创造并模拟真实世界的环境状态，借助情节化的技术手段和设定，与参观者产生交互与互动的过程。模拟真实环境，使人在此虚拟的仿真环境下产生联想与想象，进而产生沉浸感。当参观者沉浸其中后，预先的情节设定就可以引导参观者向前进行探索。在此过程中，情节引导的重要性就充分体现出来。情节规划得好坏，直接影响到参观者的兴趣和积极探索的心理。

虚拟现实技术实际上都在围绕着实与虚两种空间的交互进行研究和发展，这两种空间的协作发展也将成为今后的发展方向。随着3R技术的发展与普及，大众将逐渐接受虚拟现实技术的局限和由它所带来的体验，这种技术将越来越多地影响到人们日常生活的方方面面。

三、虚拟现实空间设计原则

在对虚拟现实的创作中，意识成为主旋律，这种以意识为主的创作可以使人抛弃现实中的种种束缚，激发创造性的创意，但应该注意的是，在虚拟的世界所进行的无限创作，其终将应该服务于真实世界的发展，而不是取代真实世界的创造和发展。虚拟现实技术应该是促进与协助真实世界的发展，因此，虚拟现实世界的创造应该积极正面，对参与者产生并激发兴趣，最终回到真实世界加以应用，对真实世界的参与者起到引导与返回现实的促进作用，而非沉迷于虚拟世界，不能自拔。由于这些虚拟现实的特性，也就注定在进行设计时，用户的认知，情感和意识将发生巨大的变化。因此，在虚拟现实的世界之中，设计师在创造的时候应该秉持三大原则：首先应该创造性地建造虚拟世界；其次在虚拟的世界建造中注重对参观者心灵的塑造；再次在交互中提倡并尊重参与者自我的创造体验。只有在尊重这些原则之下，才能创作出授人以心，帮人于现实的虚拟现实作品。

四、虚拟现实空间设计策略

艺术设计的根本在于解决所遇到的问题，并且通过自身的艺术手法，减少甚至改变劣势为优势。虚拟现实空间设计应该从以下方面入手和研究：

围绕人的五官感受形成并虚拟模仿，是虚拟现实空间设计的出发原点。针对五感的设计内容，在视觉方面主要包括虚拟空间中的设计色彩，UI界面设计等等；听觉方面主要包括背景音乐等效果，通过听觉上的特效配合并增加真实感；在触觉味觉和嗅觉方面，可以参考绘画作品中的方式，通常绘画作品中是主要通过视觉的观察建立对画面中材质的体验，比如文艺复兴时期的作品，衣服上的丝绸感觉和玻璃，都是借助绘画上的视觉联想，使观看者联想到物体的材质感觉。而目前的虚拟现实技术主要也是通过视觉上的联想来激发并体验到触觉的感知。在一些大型的虚拟现实空间体验场内，通常会借助机械喷出风和水，以配合虚拟现实空间里面场景设计的刮风和下雨。但现场体验并不十分真实，因为视觉沉浸在虚拟空间中，而这种风和水则将身体的知觉同时唤醒。这时，大脑就会瞬间回到现实世界的体验之中，产生意识和现实的瞬时错乱。可以发现，人在虚拟现实空间中总是在以视觉体验为主导下来进行的，而触觉，味觉，听觉和嗅觉则可以随着视觉产生相应的联想。而触觉，味觉，听觉和嗅觉在虚拟现实空间的开发则更多依赖于设备的发展与进步。

因此，在进行设计时，应以视觉为主进行虚拟空间的设计开发，主要包含以下几个主要方面：

第一是模型的质感。虚拟现实空间的营造，不管是VR,AR还是MR技术，模型的建造都是该虚拟现实空间建立的基础。因此，模型的精细程度和复原程度将极大影响人的视觉真实感，尤其是对模型材质的营造更是重点。目前，UNITY3D，3DMAX,MAYA等材质图片的精度普遍较低，还完全达不到完全复原的效果。在设计和制作时，应该使用高精度的图片，甚至使用高精度的拍照还原环境中原有的材质效果，然后在三维软件中，重新制作UV进行贴图，以求高精度的仿真原环境。在UNITY3D中共有十种材质贴图，如果仅使用标准着色器，如图3中材质较为生硬呆板，通过调整albedo反照率贴图、metallic金属度贴图以及normal map法线贴图后，就可使物体材质的细节更加逼真接近真实，如图4，Occlusion贴图则可以更好地改善阴影，更好地表现出模型的细节。

第二是虚拟环境中光线的营造。在虚拟现实空间中，光线的真实感会直接影响到人们对环境的体验感。目前，现有的制作软件都并不能将现实世界中真实的光源大小，冷暖和照度确定下来，大部分都是在场景中直接添加光源把环境照亮即可，这种不精确的“大概”方式并不能很好地满足眼睛对真实光线的感知需要。另外，在AR和MR虚拟现实技术中，虚拟场景和现实空间之间会有重叠和交叉，因此，在模型搭建初期就应该根据实际光源进行模拟和检测，以适应虚拟空间中多种场合的光线变化。

第三是环境的视角范围。人的眼睛存在最佳视觉范围，超过该范围就会给人眼带来不舒适的感觉，甚至造成变形的抽离感。因此，在产品设计时，应该考虑到视野的极限角度。虽然虚拟空间搭建时是720度全景的效果，但当眼睛进行观察时，超过或大于120度范围的图像就会给人带来视觉模糊。因此，在设计时应该考虑并设定最大视角范围，以免出现过于变形的图像。图5展示的是使用者进入狭小的空间中所看到的画面，使用者感到视角范围狭窄，晃动中产生头晕不适的情况。

第四是物体运动速度的设计。人在陌生环境中，通常行进速度会放慢，因为在新环境中眼睛和注意力都会不自觉地观察周边。而当人逐渐熟悉该环境后，步行的速度则会加快。目前国内的虚拟现实空间中，通常不会考虑人的行进速度，也没有模拟人的步行速度，在体验时通常会有飞一般的就进入一个空间的感觉，这种体验常常会破坏人在虚拟空间的沉浸感。因此，在虚拟空间设计时，应考虑人的行进速度，比如转弯、进入等步行速度，避免产生过大的跳跃感。如图6展示的是目前VR虚拟现实中移动的方式，使用摇柄点击想要前往的方向，图中蓝色圈距目前所站的位置约6米，当点选按钮后，瞬间即可移动到蓝色圈的位置。移动中过快的速度与日常行为不符，引起使用者的不适感。尤其当使用者从外界进入内部空间时，出于对内部空间的好奇，会使使用者旋转身体，观察周边环境。但画面会随身体旋转而严重倾斜，这种倾斜度与现实感造成的极大落差，使人感到眩晕。

图 3 修改材质前

图 4 修改材质后

图 5 引起视觉不适的视角感受

图 6 虚拟现实中的移动方式

图 7 画面不稳引起眩晕感

第五是情节的设定。在虚拟现实的世界中，整体的情节设计需要体现出易理解，易感知，易使用的特点。情节的设定势必会出现两种结果，第一种是参观者追随设定的情节发展，参与整个体验环节。另一种则是不能够融入情节的发展之中，时刻在情节的联想之外发展。针对这种情况，对情节的设定不仅仅是对真实世界的仿真环境的建造和模拟，而且应该在情节的设定中加入偶然性；不仅仅停留在对真实世界的复制，也不应该仅仅是设定一些预定的情节环境。当情节中增加未知的偶然，就会增加参与者的兴趣与好奇心，也为参与者的多种互动方式提供可能性。因此，情节的主线可能不止以往博物馆或电影中的一条主线，而有多条主线，但这些主线的发展和互动环节的展开不能偏离设计的主题和设计的功能。

五、虚拟现实技术的当下反思

虚拟现实技术因其在现实和虚拟之间所产生的联系与互动，将给人们的意识层面带来巨大的变化。首当其冲的是对审美意识的改变与冲击，当艺术设计可以完全抛开现实世界中技术的局限，以网络代码为支撑时，艺术创作和虚拟的环境可以抛开当下的技术建造，以意识创造为主，出现新的虚拟世界与景观环境。这就像在游戏世界中场景，很多在现实世界中都是不可实现或者存在的，这些游戏场景的创造都是依靠游戏场景设计师的意识想象，所构建出别样独特的游戏场景，而这种前所未有的场景和虚拟世界的建构势必会反过来影响我们在现实世界中的审美观念。

虚拟现实空间设计虽然是在虚拟的世界里进行设计，但它终将为真实世界所服务。任何数字化和信息化的技术都应该成为人类发展和进步的工具和手段。因此，不断提升我们的设计认知和独立思考的能力，才能“外师造化，中得心源”。尊重参与者，秉持以人为本的设计原则，在设计之前应针对适用人群重点分析，扬长避短地进行设计，针对用户的身份，喜好等等特点进行调查走访。实地调研需要模拟的环境或需创造的环境，如果是仿真环境，就需要对场地进行一比一的等比例测绘，以方便后期模型的制作。如果是艺术创造的环境，则需要设计师外师造化，毕竟设计创造来自生活。