虚拟现实技术在数字交互产品设计中的应用

朱梦妮

（广东文艺职业学院，广东 广州 511400）

0 引言

数字媒体设计（以下简称数媒）专业是一门集艺术设计、科学技术与传播媒体交叉融合的实践艺术设计应用学科。在数字媒体技术、交互体验技术的不断发展中，数字交互产品设计项目研究处于设计思维与新技术迭代的探索阶段[1]。目前，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术、增强现实（Augmented Reality，AR）技术以及沉浸式交互的不断发展，给课程项目教学带来了新的可能性。本文以数媒专业数字交互产品设计课程项目《醒狮扎造坊》交互产品设计为例，从项目选题、项目策划到应用虚拟现实技术进行项目设计，激发学生的学习兴趣，提升专业课程的教学效果。

1 《醒狮扎造坊》项目选题来源

在高职院校艺术类专业教学实践中，传统教学手段采用独立专业科目知识理论与习作项目实践相结合的教学模式，通过教授学生学习专业相关的知识体系，由教师提供命题或学生小组自选项目主题的方式开展项目设计，巩固练习专业知识能力。学生在面对项目选题时往往存在只专注专业课程知识，忽略了项目主题的人文意义及传播功能[2]。为了改善高职学生重技术、轻人文的现象，本设计项目选题来源于高校人文素质公共课程《非遗训练营——佛山彩扎狮头》系列讲座，在公共课程中为传承中国传统文化精神，弘扬地方非遗文化，通过对佛山彩扎狮头的历史文化、技艺传承及工艺流程的生动讲解，让学生们可以更加深刻地了解佛山彩扎狮头的非遗文化知识，将专业课程的技能知识与公共课程的文化传承有机地结合起来，以提供更全面和综合的教育体验，为数字交互产品专业实践课程的项目背景、选题研究提供了文化基础。

2 《醒狮扎造坊》数字交互产品的设计策划

通过从公共课程《非遗训练营——佛山彩扎狮头》中所学习到的佛山彩扎狮头的历史来源、文化故事及狮头扎制工艺与流程，从而对接到数字媒体设计专业的数字交互产品课程实践项目设计，根据项目选题，教师指导学生进行了更加深入详细的背景资料调研，并确定该项目的设计目的及设计痛点。

2.1 设计调研与目的

醒狮是首批被列入国家级非物质遗产名录的汉族民俗文化。佛山彩扎狮头文化历史悠久，具有极高的艺术价值。其扎制方法是本土文化、工艺技艺的世代传承。扎制流程的传承技艺与精细程度体现出博大精深的民俗文化与匠心独具的工匠精神。

佛山醒狮彩扎工艺谨遵传统的扎制步骤，分为扎、扑、写、装4 个步骤，采用天然毛竹、砂纸、油彩及绒毛等材料，制作出狮头的造型形状。因此，在《醒狮扎造坊》数字交互产品项目设计中，将设计开发的核心定位为弘扬传统文化、传承传统工艺技艺。产品的设计需要满足物质层面与精神层面的双重需求，通过交互的方式对狮头扎制4 个步骤的工艺流程——“扎”“扑”“写”“装”进行体感化的交互体验，在视觉场景与交互形式上尽量模仿、还原真实的醒狮狮头彩扎工作室环境与制作流程，达到数字化传播的设计目的与交互效果。

2.2 设计策略与框架

传统彩扎狮头拥有多年传承历史的规范制作技艺，原材料的选择与制作工具的使用有一定专业性，其技艺是通过师傅带徒弟言传身教的方式进行传承，而如今这种口口相传的教习方式使得传统彩扎狮头技艺的流传度大大降低。为了让大众注意到这项世代流传的非遗技艺瑰宝，让更多的受众体验者感受到传统的扎制步骤与流程，系统的学习及体验彩扎狮头的工艺技艺，采用现代人容易关注和接受的数字化产品设计、加强设计中交互的体验效果，成为较为重点的设计理念。《醒狮扎造坊》项目设计确定了通过数字设计的方式构建出一个虚拟线上的彩扎狮头工作坊。这个虚拟工作室空间为体验者提供沉浸式的交互体验。体验者进入彩扎狮头工作坊中，化身修习狮头扎制技艺的少年，通过在虚拟工作室空间中寻找、收集醒狮狮头扎制的工具及素材，引导体验者完成彩扎狮头制作的扎、扑、写、装4 个工艺流程与步骤。《醒狮扎造坊》根据醒狮扎制的流程顺序设定了故事线，体验者在交互过程中以第三人称视角自由控制修习狮头扎制技艺的少年角色在工作室空间自由移动，通过查看记录着彩扎狮头制作工艺的手札了解狮头扎制所需要的工具（剪刀、刷子、画笔及糨糊等）及素材（竹片、砂纸、油彩及绒毛等）。当拾取到足够的工具及素材，体验者可根据引导来到扎制狮头的工作台，按照彩扎狮头的制作流程完成狮头的扎制。整个产品框架如图1 所示。

图1 产品框架

3 VR 技术在《醒狮扎造坊》项目中的应用

VR 技术通过计算机生成的模拟环境，以感官沉浸的方式让用户与模拟环境互动[3]。在这个虚拟世界当中，使用者可以从自己的视点出发，佩戴头戴式显示设备如VR 眼镜、VR 头盔，与模拟环境互动。VR 显示设备将虚拟环境中的三维图像显示在用户眼前。这些显示设备通常包括高分辨率的屏幕、跟踪系统和透镜，以提供逼真的视觉效果。虚拟现实技术在数字交互产品设计中的应用，不仅能让受众感受到沉浸在数字虚幻世界的体验效果，而且可以通过头戴式VR 设备配备的手柄、控制器等交互工具，让用户在虚拟环境中进行抓取物体、绘画等手势控制，对虚拟世界中的物体进行浏览与交互。

构建虚拟现实世界，有沉浸感（Immersion）、互动性（Interaction）及想象力（Imagination）这3 个基本的要素。沉浸感是通过计算机生成的虚拟场景，使用者可以体验到脱离现实世界，如同真实地身处虚拟场景的现场体验感。互动性指的是用户可以与虚拟场景进行交互，从而提升用户的参与感。想象力是指用户通过虚拟的交互体验，可以产生生理和心理的临场感、参与感，如同真实地在虚拟场景中完成游览或制作的体验一般。这需要计算机技术、三维软件及虚拟软件的共同协作[4]。《醒狮扎造坊》项目包含3 个重要的设计组成部分，分别是人物与物品的三维模型、彩扎狮头工作坊的虚拟空间搭建以及沉浸式的交互体验效果。这3 个部分中都可以融入虚拟现实技术进行设计开发，分别是三维建模、虚拟场景搭建及沉浸式VR 设备的应用，如图2 所示。

图2 项目设计应用到的虚拟现实技术

3.1 三维设计的场景搭建

为了搭建出彩扎狮头制作工作坊虚拟场景，尽量具象化工作坊中的工具材料等内容，《醒狮扎造坊》采用三维建模的设计方式进行视觉表达。计算机三维软件如MAYA、3D MAX、Zbrush 等，早期主要应用于工程设计、环境艺术及电影游戏等行业，近年来在数字媒体艺术设计及交互设计等领域的应用愈加广泛。三维软件技术不断发展，尤其是所见即所得的实时渲染效果，使得三维建模软件应用随着软件的迭代逐渐普及。因此，此次项目设计将三维建模软件作为视觉表现形式，主要用于项目中彩扎狮头工作坊的环境场景设计，工作坊家具、狮头制作工具及制作素材等模型的三维建构。

Blender 是一款免费且开源的三维计算机图形软件，具有广泛的功能和用途。Blender 软件支持用户创建各种三维模型，包括角色、道具、建筑和环境，并提供了多种建模工具和技术，包括多边形建模、次表面细分和雕刻等[5]。Blender 软件具有渲染和可视化功能，具备内置的渲染引擎，可以生成高质量的图像和动画。Blender 支持Cycles 渲染引擎和Eevee 实时渲染引擎，使用户能够实现逼真的视觉效果；具有强大的物理模拟工具，用于模拟液体、烟雾、布料和刚体等物理现象，非常适合用于彩扎狮头工作坊中的工具及制作材料的三维建模。

《醒狮扎造坊》项目三维视觉设计的具体实施过程包括数据收集、三维实体建模两个环节。数据收集阶段，为了能够尽量逼真地还原真实彩扎狮头扎造的工具材料和工作场景，课程项目从公共课程《非遗训练营——佛山彩扎狮头》进行了详细的资料调研，参与人员前往佛山祖庙博物馆、彩扎狮头工作室进行了实地的资料收集与图片采集，获得原始的图片资料与贴图资料，并使用Photoshop 等图片处理软件将资料转化为模型纹理库，用于后期的三维模型建模。模型是三维虚拟空间搭建的基础，模型建构的基本原则是在保证建模物体的真实性和可塑性的基础上尽量减少模型所含的面数，减小数据文件的大小，保证实时渲染的效率及帧率，可以提升项目交互体验的流畅性。

3.2 虚幻引擎空间可视化

虚幻引擎（Unreal Engine）是由Epic Games 公司开发的一款强大的游戏引擎和实时三维内容创建工具，不仅用于游戏开发，还在虚拟现实、增强现实和实时三维内容创建等领域得到广泛应用。虚幻引擎最初是为游戏开发而创建的，提供了丰富的工具和资源，用于创建高品质、逼真的三维游戏世界，支持跨平台开发，包括PC、主机、移动设备和虚拟现实平台。虚幻引擎以其强大的实时渲染引擎而著称，可以实时呈现高品质的图形，包括逼真的光照、阴影、材质和粒子效果，创建出引人入胜的视觉效果。虚幻引擎支持VR 和AR 开发，使开发者能够创建引人入胜的虚拟现实和增强现实应用。

使用虚幻引擎设计工作室空间，首先需要对现实场景中的彩扎狮头工作室的空间布局、材质、光照、装饰风格和色彩等方面进行资料收集，选择适当的材质和纹理来装饰工作室内部。虚幻引擎提供了各种材质库，也可以导入自定义材质。在工作室中添加家具模型、装饰模型和工作设备模型，以实际模拟工作环境，包括工作空间和艺术作品展示区域。利用虚幻引擎的交互性功能，用户能够在虚拟工作室中自由漫游，与物体互动，做出打开门、拾取和组装等动作，从而达到《醒狮扎造坊》项目空间可视化与交互体验的设计要求。

3.3 Twinmotion+VR 头显设备沉浸式体验

完成项目设计的三维建模、可视化空间场景搭建及基本的交互体验效果功能后，需要使用VR 头显设备完善《醒狮扎造坊》的沉浸式体验效果。项目设计过程使用Twinmotion+VR 头显设备进行沉浸式的体验。

Twinmotion 是一款由Epic Games 公司开发的虚拟现实软件，主要功能是将场景和环境设计可视化、交互化。Twinmotion 软件可以实时渲染三维场景，使用户能够即时看到设计的效果，同时支持导入多种三维文件格式，能够将前期的模型与场景设计从其他软件转移到Twinmotion 软件中进行渲染和可视化。Twinmotion 软件具有交互式漫游功能，可以实现《醒狮扎造坊》中彩扎狮头工作室的工作场景，并在场景中进行探索和互动，配合HTC Vive VR 头戴设备的房间跟踪系统，可以实现用户在醒狮扎造坊工作室中自由移动的交互功能，也可以支持使用VR 头显设备的触控手柄对场景中的工具素材进行点击、拾取等交互动作。

4 结语

随着虚拟现实技术、计算机图形技术的不断发展，数字媒体设计、交互设计呈现出更加多元化的设计方法与表达形式。地方非遗文化技艺的传承任重道远，虚拟现实技术在数媒专业数字交互产品设计上的应用，是尝试改变当下口口相传的传统文化技艺教习模式，让更多的大众注意到彩扎狮头这一世代流传的岭南非遗技艺瑰宝。在专业教学中融入对非遗技艺传承的主题设计，激发了学生的专业学习兴趣，从而提升课程的教学效果，将高校专业教学实践与传统文化知识相结合的项目设计探索，对于树立民族自信心、培养工匠精神以及对地方传统技艺文化的传承具有一定的意义。