元宇宙空间中探索数字雕塑语言的教学

文/邓威 by Deng Wei

（大连理工大学建筑与艺术学院教授）

数字雕塑技术出现至今，已经诞生出很多创作技法，且大部分是在以平面显示器为主的计算机硬件上实现的。但是随着硬件的不断进步，虚拟现实设备已经便宜到可以进入千家万户。元宇宙的概念也深入到数字雕塑领域。下面我谈谈在元宇宙世界中，如何在教学和实践中更好地运用数字雕塑。

一、元宇宙中的数字雕塑展示

我本科鲁美雕塑出身，对雕塑有很深的情感，也知道雕塑创作的艰辛。2010年开始研究数字雕塑方法模拟传统泥塑。刚接触数字雕塑时被它的众多优点所吸引，很快就一发不可收拾，从此再也放不下了。

数字雕塑除了能够渲染展示还可以3d打印。在21世纪头十年，我们的打印机基本都很原始，只能打比较小的尺度。随着科技的进步，硬件的提升和价格的降低，CNC技术的普及，我们这些数字雕塑家也可以在自己的控制范围内制作大尺度的雕塑作品。往往在打印出来之后发现了一些尺度错误，不得不重新去修改雕塑。虽然总结了经验，但是也积累了教训，毕竟带来了金钱和效率上的损失。

2019年我牵头开发的《大连理工大学数字雕塑环境适应性实验室》，在这个环境中，学生可以导入模型文件，可以更换雕塑的材质，改变雕塑的尺度、朝向、和位置，这些操作相当于3d软件环境中的移动、旋转和缩放。可以在场景中拍照保存，并结合环境因素分析雕塑主要视角下的构图、光照、材质等数据。学生在学期间就能够体验到真实的雕塑工程实践，为学生的就业和日后的社会实践打下了良好的基础（图1）。

图1 《大连理工大学数字雕塑环境适应性实验室》截屏

我做数字雕塑的虚拟环境会使用以下软件：SketchUp用于产生人造建筑景观环境，World Machine产生自然山地的效果。有色彩的空间环境依靠360度hdr高动态全景贴图，还能够提供类似全局光照的真实环境。需要注意的是挑选hdr文件时要适合场景模型，不能够出现穿帮现象。例如，制作比较广阔的大自然环境，就最好选择地平线以上全是天空的hdr文件，避免出现近景树藏在远山后面的现象。

数字雕塑尺度设定是关键。元宇宙虚拟现实需要掌握的技术并不复杂，但是往往涉及到人体工学里的一些概念，需要了解设计学的基本知识，尤其是人体能够接触到的建筑构件尺度，如台阶高度、建筑层高、门窗座椅高度、人的视线的高度，雕塑的放置高度，以及最佳观赏距离，所处地理位置的纬度信息以便获得太阳高度角等。虚拟现实手段跟我的研究方向雕塑场域关系密切，同时也成为构筑虚拟雕塑元宇宙的主要部分。

我使用的虚拟现实雕塑展示平台是Unity3d软件。可以设置重力和碰撞属性，通过后台编程实现漫游、飞行和第一人称传送，从而可以在Unity构筑的元宇宙中自由地欣赏雕塑。

虚拟现实中，数字雕塑展示的核心技术还是集中在对于多边形的实时渲染上。

雕塑要想制作出这种效果还需要借助游戏技术：其中包括高模、低模、展UV、贴图制作。

现在的图形处理技术日新月异，能够实时计算更多的多边形数量。可以动态生成自然效果的材质，模拟天空云朵、日出日落、投影跟踪、雨雪风等自然现象，可以实时渲染环境氛围。

图2 medium下的数字雕塑草图制作

我最初利用虚拟现实技术，目的就是检验数字雕塑的尺度真实性。在虚拟空间里，能够体验双眼感知立体雕塑的真实感觉。这种雕塑场域不需要很复杂的环境背景，可以说沉浸式体验雕塑是最合适的低成本虚拟现实技术的利用。我在虚拟现实中检验雕塑作品的尺度和环境的适应性。因为在ZBrush中雕塑过程产生的视觉失真现象是不能忽视的，如果贸然放大将造成严重后果。所以，控制雕塑的尺度与透视角度产生的效果变化对于确定雕塑欣赏的最佳位置至关重要。这也是开发《大连理工大学数字雕塑环境适应性实验室》的初衷。

二、元宇宙中的数字雕塑制作是一个富有创意的过程

现在已经推出很多虚拟现实雕塑软件，我目前只接触过Medium。据悉使用的人群还不大，尚处在初级阶段，鉴于VR雕塑强大的生命力相信不久的未来一定会在数字雕塑领域产生很多重大的科技成果和艺术成果。

下面简要说说我的VR雕塑过程：

Medium软件操作十分简单，操作时只需双手握住手柄操控有限的几个工具，几乎可以实现所有的传统雕塑的操作，而且还能克服现实世界的重力，雕塑操控的自由度非常高。雕塑家不再需要起重机等大型设备，节约空间和资金，安全也有保障。

雕塑方法主要受方昕老师的启发，我的VR雕塑开始于一种空间速写，速写的过程很快。就像在纸上勾画草图一样在我对面的空中挥舞笔刷，这就是速写式的开始阶段。既然是草图就一定会有画的过分和出格，就相当于融入了传统雕塑的激情和感受，这些自然的流露在数字雕塑环境中得以发挥，没有任何拘束。（图3，图4）

图3 unity 3d制作的虚拟现实场景截图

图4 ZBrush下的深入雕刻

Medium中体验雕塑非常容易，比ZBrush容易的多，而且身临其境效果极好，观察雕塑非常简单，在虚拟现实空间中很平常地转一下头，就像感受真实世界一样自由便捷。观察行为单纯了，精力就会集中到雕塑的创作中。

我的虚拟现实阶段的雕塑是快速的。我只把雕塑人物的空间形态，基本的比例关系，空间关系做出来，都不一定要作对，意在笔先，有可能产生夸张生动的造型。这就需要用艺术家的眼光审视雕塑，而不是像在Maya里为角色摆pose去扭动肢体。过于理性的数字雕塑过程不适合有激情的雕塑家。

Medium环境里雕塑的增材减材操作都很方便，雕塑给料工具的大小设置也很容易理解，便捷的控制方法，使得做大体块雕塑很有优势。这一点对于大型雕塑快速创作最为重要。

在速写阶段制作出初步的雕塑感觉来以后就可以输出到ZB里继续深入雕刻了。自我觉得，在ZBrush里的加工编辑才是真正树立数字雕塑形态风格，并能够最终焕发出数字雕塑的表现力。

三、对于数字雕塑的真实感和元宇宙的数字雕塑展示的看法

其实，这一切都不能代替雕塑艺术的真实魅力。利用数字雕塑技术如果达不到传统雕塑的过程体验及最终的材质语汇，其在方法上的优势都会打一些折扣。

初次感受Medium的塑造方法：能够提供真实感的空间体验，可惜没有触觉，不过这也许不是一件坏事。对于头显手柄工具的运用，五个手指的功能不能完全发挥，单凭这点就没有超越传统，但是方法还是很好。

首先在雕塑的手感上，我们习惯的数字雕塑软件ZBrush，其输入方法目前还停留在压感笔的力度感知上。当然Wacom影拓系列的精度早已经达到2048级别，完全满足数字雕塑的对于塑造力道精度的要求了。在Medium中雕塑家对于手的动作跟传统雕塑行为一样是空间全三维的，数位板比起雕塑家的两只手来说远没有雕塑家的手指灵活，所以在这一点上，无论虚拟现实头显、手柄还是数位屏、数位板等数字雕塑的硬件开发是有很大的发展空间的。

接下来是触感。雕塑家在泥塑的过程中很享受塑泥的柔软带来的舒适体验，配合雕塑家灵活的双手，雕塑的形象就容易在手中诞生。塑泥的湿度柔韧度给人的感觉，就像电影《人鬼情未了》有了一种浪漫的人泥互动，能够产生创作冲动。

数字雕塑带来的方便功能其实也是一把双刃剑。严密的逻辑和严格的步骤会斩断我们对于创作丰富多样性的尝试，的确数字技术手段会带给我们方便，高效的同时也许还给我们带来了懒惰，不思进取，同时扼杀了我们的创作力。为了时刻保持新鲜感和对雕塑的创作热情，不能沉浸在技术的限制中，切忌由于技术的原因打断雕塑家工作时燃烧的创作热情。所以我主张技术有限论，掌握几种必要的数字雕塑技巧，返璞归真，一步一个脚印，用电子粘土从头做起。当有了一定的积累，量变引起质变，技术不再成为你数字雕塑创作的羁绊时，就是数字雕塑水到渠成之时。

我举一个例子，比如大家都熟悉的对称功能。曾几何时，我也很依赖对称。现在意识到应该适可而止，对称带来的僵化日益显现。对称功能不可缺，在开始塑造时起到很大的作用。但是到一定阶段后，越早摆脱掉越有利于形态所造的生动。

我在数字雕塑的钻研过程中，独自设定了几款数字雕塑笔刷。配合SCULPTRIS PRO功能，雕塑过程就像在揉捏柔软的塑泥，配合数位板的压感功能，雕塑形体能够做到实时细分，但是这种基于拓扑的改变对原始的雕塑网格会带来一定程度的破坏。这种方法更接近于传统雕塑，因为不可逆，所以这种雕塑方法很能够锻炼学生的数字雕塑基本功。

这些操作最终都会直接作用于3d模型，可用于3d打印实现数字雕塑实例化。（图4）

但是对于数字雕塑的虚拟空间展示，这种高模的形态不利于硬件进行实时的渲染运算。所以在游戏或者虚拟现实展示，还是运用游戏方法，利用贴图和低精度模型去欺骗玩家的眼睛（图5）。

图5 unity 3d制作的虚拟现实场景截图，马克思巨像

作为一个挑剔的雕塑家，我对于元宇宙里的数字雕塑展示有自己的标准，并且为实现这个标准去努力。首先，虚拟现实要实现对于高精度模型的实时渲染；其次，实现真实的光迹追踪而不是骗人的shadow mapping。总觉得这些手段忽悠游戏玩家可以，但欺骗雕塑家就不对了，毕竟不能拿着虚拟现实里的模型去3d打印吧。虚拟现实中也为展示雕塑细节提供了方法，一般3d游戏采取LOD的分级细分的技术来设定雕塑第一人称的距离采取不同精度的模型。这种方法工作量较大，不适合雕塑家，也不解决根本问题。最好就是提高硬件的性能，提高软件的算法。可惜都不是我们雕塑家能够解决的。所以数字雕塑在虚拟现实的元宇宙表现上还有很长的路要走。

以我目前的眼界，对于数字雕塑的渲染结果比较好的解决方法就是Keyshot，这个软件可以直接传输ZBrush的原始模型，能支持高模，静帧的渲染速度可以接受，但是效果还有待提高。ZBrush自身的渲染器我觉得也不错，非真实的渲染风格、超快的渲染速度，配合材质的变化、高度可调的表面噪波和丰富的滤镜效果，单从效果图的角度来看别有一番风味。（图6）

图6 ZBrush下的自然泥塑肌理

成果展示：我的虚拟现实雕塑展场

总结元宇宙的数字雕塑制作和展示都展现出巨大的发展前景，每个雕塑家都能够构建自己的雕塑展场。

利用虚拟现实展示雕塑，我构建了自己的数字雕塑展场，感觉无限自由。我根据雕塑的内容和形式划分成不同的区域。在元宇宙场景空间中规划建筑和雕塑的关系，利用地形的海拔变化竖向设计雕塑的位置朝向，在一个范围内布置了一定数量的数字雕塑展品，日后也可以不断地将新雕塑增加到场景中。

我可以将雕塑任意放大，（图7）这个雕塑我就放大到150米，带上虚拟现实头显我在元宇宙中体验一下建成的效果，这在平面显示器中绝对体验不到的震撼感受，难以用语言和图片描述。

图7 元宇宙中150米高的巨像

我把元宇宙看作虚拟现实的高级应用，元宇宙一定会为雕塑家带来更多的机会和惊喜。