MR技术在美术设计中的应用

林 蛟

（湖南环境生物职业技术学院，湖南 衡阳 421005）

混合现实（MR）是最新的数字化技术，它使虚拟世界融入现实世界。混合现实技术的目标就是研究出能与人类的感知系统相一致的技术，以此干预人们的感知过程，触发神经元的碰撞，产生真实的感受[1]。混合现实艺术设计中的很多元素都是为了烘托作品的气氛，暗示和引导观众进入作品营造的氛围中。据人们的社会生活经验，对事物的固有印象，利用虚拟技术在作品现场模拟相应的元素，引起人们对这些元素的条件反射，模糊了观众对空间的感知，从而被引导进入作品的情景，使艺术语言的表达变得更加多维。

1 MR 混合现实的运用方式与表达形式

1.1 浅识MR技术

MR 混合现实是VR与AR技术的结合体[2]。混合现实技术通过计算机图形技术和可视化技术，在现实环境中可以产生不存在的虚拟对象，通过虚拟技术，还原或重组了一些时间和空间，激发观众的感知系统，调动出相应的时间和空间的感觉，使观众在进入作品观赏的那一刻就被带到艺术家所创造的时空里去。这种感知体验超越了观众当下所处的时空，从而给人带来一种全新的感知体验。混合现实艺术作品在时空的营造与呈现上是自由和灵活的，不受当下时空的限制，在时空中任意跨度重组，不断挑战和刷新人们的感知体验。并通过传感技术将虚拟对象准确地“放置”与真实环境融为一体，用户可以通过现实设备（如头盔显示器等），感知附加的虚拟信息，增强用户对环境的信任度。

1.2 MR技术的发展及运用

在 MR 技术与 CR 技术的未来发展中，应该将前面所谈到的技术问题逐步解决与完善[3]。并且做到既能够让用户随身携带，又能够在其眼前展示非常真实、广阔的视觉效果，将3D 效果的渲染做到以假乱真。MR 技术与 CR 技术在其他行业中，不仅是设计行业，如医疗、建筑、汽车等领域都展现出它独一无二的魅力，可以说 MR 技术的应用前景是非常广泛的。尤其是在美术设计中的应用，艺术家利用了混合现实技术在计算机上创建出与人类的感知经验一致的仿真作品，例如仿真三维模型、仿生的动植物模型等。在观众进入作品周围体验时，就会触发相应的感应装置，从而向受众传递相应模型的声音、动态、重力等信息，而这些信息与现实生活中的真实物体是相一致的。这些体验对人的感官体验来说，是真实的存在，但是这些物体又确实是虚构的物体，从而模糊了虚拟与现实的界限。让观众完全沉浸在虚拟空间中，由虚拟的空间引发出一些真实的感受，让人重新思考“虚”与“实”之间的关系。

2 混合现实艺术的特点以及设计原则

2.1 混合现实艺术的特点

2.1.1 虚拟性

混合现实艺术，就是将真实的事物与非真实（即虚拟）的事物混合在一起的艺术形式。结合技术需求，混合现实艺术能够让想象的事物在现实中虚拟出来，形成人眼所谓的“真实环境”，能够促进人对美术设计的理解，所以说混合现实艺术具有虚拟性。

2.1.2 暗示性

艺术作品是艺术家的情感表达，艺术家通过作品的形式向人们暗示一种状态或者观念，从而引发人们的思考。混合现实艺术根据人们的社会生活经验，对事物的固有印象，利用虚拟技术在作品现场模拟相应的元素，引起人们对这些元素的条件反射，模糊了观众对空间的感知，从而被引导至作品情景。

2.1.3 跨时空性

穿越时空一直以来都是人类美好的幻想，科学和艺术也在这些方面不断探索与研究，通过虚拟技术还原或重组了一些时间和空间，激发观众的感知系统，调动出相应的时间和空间的感觉。传统的艺术家是在表现或者记录时间和空间，而混合现实艺术家则是再造或者重新排序时间和空间。混合现实是观众通过观赏作品进入艺术家所创造的时空。

2.2 混合现实艺术设计原则

20世纪末的科技革命后，科技开始运用到艺术创作中，艺术家除了探索视觉感知外，还加入了听觉、触觉、嗅觉等感知元素[4]。MR中使用多媒体技术的媒介，来替代了传统的画布和画笔，提供了多个感官通道，让更多的观众在观看之余，还能体会和参与到艺术中来。其设计原则是基于人类的感知特征以及社会感知经验，以提高人类生理上对音量音色的接受度，混合现实艺术家通过科技媒介在艺术作品中唤醒观者更多的感官参与，通过多维度的感官体验冲击，以展现作者想要渲染的情绪氛围，使作品主题得到更加充分的传达。

3 MR技术在美术设计中的编程以及应用分析

3.1 MR技术在美术设计中的编程

3.1.1 配置环境

Map/Reduce是一个编程模型（programming model），是一个用于处理和生成大规模数据集（processing and generating large data sets）的相关的实现。用户定义一个map函数来处理一个key/value对以生成一批中间的key/value对，再定义一个reduce函数将所有这些中间有相同key的values合并起来。很多现实世界中的任务都可用这个模型来表达。配置环境：Add Vuforia Engine to a Unity Project or upgrade to the latest version add-vuforia-package-8-6-7.unitypackage（2.30 kB）Download for HoloLens Development in Unity 2018.4 VuforiaSupportinstaller-Windows-8-6-7.zip（109.50 MB）

登陆 vuforia 的官网，点击导航栏的 Downloads 选项卡，发现 Vuforia Engine 最高只能适配到 Unity 2018.4 ，而 Unity 目前的最高版本是 2019的，这意味着Unity 2018.4 的版本才能够有效使用，才能完美适配这套SDK 。在安装时需要选择 Unity 的安装根目录，否则会报找不到 unity.exe 的错。

3.1.2 获取License

在 Vuforia 官网上的导航栏选择 Develop 选项卡，接着随意输入一个名字就获得了一个 License Key ，这里使用 3D Course 作为名字，这样就获得了License Key，在刚刚安装SDK 完成后，笔者发现在 Unity 里，编程人员可以在右侧创建物体表单中发现 Vuforia Engine ，接着编程人员就在里面选择AR Camera ，接着在左侧 Inspector 中选择 Open Vuforia Engine configuration。

获取License：

Back To License Manager

Add a free Development License Key

License Name*

You can change this later

License Key Develop

Price： No Charge

VuMark Templates： 1 Active VuMarks：100

By checking this box，l acknowledge that this license key is subject to

the terms and conditions of the Vuforia Developer Agreement.

3.1.3 创建Database

点击下方的 Add Database 按钮。浏览器将自动导航到

Vuforia 的 Target Manager。

创建Database：

Target Manager

Add Database

Use the Target Manager to create and manage databases and targets

接着点击 Add Database 就会生成一个Database，我们点开3D_Course 这个 Database ，这里就是进行图像识别时需要用到的数据库，接下来加入一个用于图像识别的Target图象识别的意思就是将一个图片展示在AR Camera 时，它会识别这个图片，并在其上做一系列动作。这里注意到的是，在 Add Target 时需要使用一张特征比较明显的照片，即图案鲜艳、轮廓分明、线条多的照片。添加完之后，并且选定要下载的Target并点击右上角的 Download Database 进行下载。下载完成后，就将包拉入Unity 中。

3.1.4 图片识别

添加一个ImageTarget（在 Vuforia Engine 选项栏下可以找得到），接着设置其Image Target Behaviour （Script） ，设置为刚刚添加进入得Target，这个时，我们将原先的Main Camera 删除，并在AR Camera下添加一个Camera 。接着我们在从Asset Store里下载一个模型，并挂载在刚刚的ImageTarget下。点击开始运行按钮。并将图片展示在摄像头下。

3.2 MR技术在美术设计中的应用分析

MR技术作为一种通用性技术，在很多行业内都能找到应用场景的结合点。基于混合现实技术的全息展示和空间定位等特性，目前在工业、设计、展览、建筑、医疗、教育等行业中都具有业务需求。在这些行业中，已经涌现出了不少成功的混合现实应用案例。

3.2.1 展览中的美术设计

MR 技术在展览和展示中应用最多，在博物馆和美术馆展览中应用也十分广泛，MR绝对是酷炫和黑科技的代名词。用MR技术，就是利用黑科技来展示美术作品和博物馆藏品，例如昌吉回族自治州博物馆数字化发展，通过MR技术将展品呈现出来，包括环境在内的设计都贴合博物馆整体效应，既美化了博物馆，又保护了藏品。从功能上讲，MR技术应用于展览行业，结合美术设计和编程，以交互式的全息可视化内容呈现给大众。所以说MR技术是结合美术设计、计算机编程、3D全息化等工艺形成的一种全息影像，非常适合展示精密昂贵的产品，并展示产品的细节。

3.2.2 教学中的美术设计

在教育行业，MR技术须开发全息教学内容，把内容通过交互式模型动画形象地展示出来，这种教学还需要美术设计，既满足教学内容整体性，又加深学生对学习内容的印象。MR技术可以将培训教学内容虚拟化，而美术设计可以使其更加美观，例如在美术图示鉴赏中，MR技术向学生展现的绘画演示过程，并与教学现场的环境和实物叠加起来，辅助学生掌握期绘画内容。

3.2.3 建筑中的美术设计

MR技术，可通过2D文档将建筑信息模型转化为 3D模拟，结合美术设计，将建筑的3D模型呈现给用户，以更为直观的方式展现出来，可以根据模型，使用户以更自然的方式去体验和理解设计方案，将MR与BIM完美地结合在一起，进而提高建筑精度，加快建筑工程行业的智能化发展。

4 结论

随着人类科技的迭代发展，MR技术作为可开发全息化技术，应用范围广，尤其是在美术设计中具有明显优势，所以该文在了解MR 技术的基础上，针对其美术设计和艺术两方面进行论述，阐述MR技术在艺术中的设计原则，并进行编程，其中主要对美术设计中图像处理进行论述，从配置环境到图像识别，进行美术设计分析，并通过交互式模型动画将其形象地展示出来，该技术可以结合美术设计将内容虚拟化，使其更贴近环境，并能够与实物叠加，进而辅助大众理解，所以说MR技术与美术设计是相辅相成的，MR技术可以通过美术设计得以更好的诠释，而美术设计能够使全息化影像更加完美。