虛擬仿真技術(shù)在建筑空間展示中應(yīng)用

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［摘要］網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)日新月異，便捷、高效、可視化、動(dòng)態(tài)化呈現(xiàn)漸漸內(nèi)化為人們的生活基本需求，傳統(tǒng)式展示空間對(duì)青年人的吸引力日漸不足。傳統(tǒng)式空間展示影像化、可視化、交互性程度低，例如使用者仍需通過(guò)二維平面圖或指示牌引領(lǐng)，便捷性和識(shí)別度較低。本文以虛擬仿真技術(shù)為依托展開(kāi)研究，圍繞如何有力提升展示空間這一公共場(chǎng)所的吸引力和實(shí)現(xiàn)其價(jià)值最大化，分析虛擬仿真的特性、主要類型和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

［關(guān)鍵詞］虛擬仿真技術(shù)；沉浸式；交互式；空間漫游展示

1傳統(tǒng)展示空間的局限性和不足

在傳統(tǒng)實(shí)體展示空間中展品、藝術(shù)品以固定的形式和結(jié)構(gòu)擺放在展廳內(nèi)，根據(jù)展示內(nèi)容的主題、時(shí)間演變、展品類型等規(guī)律進(jìn)行展示和陳列，并配上文字和圖片說(shuō)明。傳統(tǒng)實(shí)體空間的展示具有真實(shí)性和還原性強(qiáng)，但也存在局限性。首先，傳統(tǒng)空間展示受實(shí)體空間面積的限制，不能夠展示體量太大的展品，如古生物化石、古建筑構(gòu)建等，很多展品不能一一展示出來(lái)，常常需要根據(jù)展示的主題進(jìn)行選擇。其次，在展示空間的布局上，傳統(tǒng)空間展示常常以展品類別、展示主題、展示構(gòu)思為主線進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。但是這樣的展示陳列方式較為單調(diào)，觀者只能按照設(shè)定的順序進(jìn)行觀看，無(wú)法對(duì)展示區(qū)域進(jìn)行整體比較和自主選擇，降低觀者的觀察體驗(yàn)感。最后，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，這種傳統(tǒng)的、靜態(tài)的、缺乏互動(dòng)性的展示方式已經(jīng)不再能牢牢吸引年輕人的注意力。因此，傳統(tǒng)實(shí)體空間展示要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，以虛擬仿真技術(shù)為載體，充分發(fā)揮展示空間的服務(wù)性、教育性、娛樂(lè)性等特性。

2虛擬仿真技術(shù)的基本特性及其現(xiàn)實(shí)效果

虛擬仿真技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)，VR技術(shù)是利用電腦技術(shù)模擬產(chǎn)生一個(gè)三維虛擬世界，提供觀者以視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官的模擬，營(yíng)造出身臨其境的整體感受，可以無(wú)限制、自主觀察三維虛擬空間內(nèi)的事物；AR技術(shù)是VR技術(shù)的延伸和發(fā)展，通過(guò)在前者的基礎(chǔ)上增加真實(shí)環(huán)境，創(chuàng)造出了全新的空間體驗(yàn)。虛擬仿真技術(shù)在提高觀者體驗(yàn)方面有天生的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其沉浸式、交互性、智能性、自主操作式等特性，能夠解決展品與觀者需求間高效、快捷對(duì)接。（1）沉浸式。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)設(shè)備和多種技術(shù)協(xié)同融合，實(shí)現(xiàn)沉浸式逼真的空間體驗(yàn)感，使觀者成為空間展示的一部分，可以足不出戶訪問(wèn)到想要觀看的地域、空間、文化，形成“身臨其境”真實(shí)的空間觀看感?；ヂ?lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)發(fā)展帶來(lái)的技術(shù)性變革，推進(jìn)了虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，也拉近了人們與真實(shí)空間展示的距離，運(yùn)用視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官技術(shù)大大提升了用戶的體驗(yàn)感，如圖1。（2）交互式。虛擬仿真技術(shù)利用計(jì)算機(jī)的三維立體圖像技術(shù)、空間立體顯示技術(shù)、觀者肢體跟蹤、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和觸覺(jué)等數(shù)據(jù)反饋技術(shù)、圖形和文字等方式交互式技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)空間體驗(yàn)者良好的交互式體驗(yàn)感。從一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，虛擬仿真技術(shù)就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序化運(yùn)算和傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種人機(jī)交互式模式。所形成的虛擬仿真室內(nèi)空間，體驗(yàn)者根據(jù)自己的興趣點(diǎn)精確選擇觀察的位置和內(nèi)容，同時(shí)根據(jù)需求任意切換空間位置，如圖2。（3）自主操作式。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)三維立體成像技術(shù)，搭建模擬真實(shí)場(chǎng)景的空間環(huán)境，讓空間體驗(yàn)者如同在真實(shí)場(chǎng)景中一樣，可以根據(jù)興趣點(diǎn)來(lái)智能設(shè)置虛擬環(huán)境參數(shù)。虛擬空間搭建完成后，觀者可以按照自己的意愿，自主選擇、移動(dòng)、設(shè)置觀察的空間環(huán)境、場(chǎng)景位置、展品等，從而實(shí)現(xiàn)全方位、自主操作、智能化控制。圖3為圖書館的空間平面圖，觀者可以自主操作選擇觀察的空間和尋找的書籍。

3虛擬仿真技術(shù)的主要類型及其概況

（1）環(huán)境空間實(shí)時(shí)建模技術(shù)。在實(shí)際操作中有兩種具體辦法，其一主要是運(yùn)用SketchUp或revit軟件依照現(xiàn)實(shí)空間的尺寸，構(gòu)建與之對(duì)應(yīng)的三維空間模型，運(yùn)用視覺(jué)捕捉系統(tǒng)來(lái)采集空間的光照和定位信息，最后運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)空間場(chǎng)景的繪制工作。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不受觀察位置和觀察角度的限制，可以隨意變換。恰恰也因?yàn)樯傻奶摂M空間的觀察不受限制，對(duì)所構(gòu)建的模型精細(xì)程度要求很高，細(xì)節(jié)上的完善要求很高，建模的難度也比較高，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件配置要求也比較高。第二種方法通過(guò)拍攝真實(shí)場(chǎng)景中的圖像，運(yùn)用動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，模擬真實(shí)場(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)環(huán)境。這種方法操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)實(shí)中很多博物館、展覽館應(yīng)用較多。由于制作的方法簡(jiǎn)單，可以大大節(jié)約渲染的成本，但對(duì)觀察的角度和方向有嚴(yán)格的限制，不具備完整的交互式操作特性。綜合對(duì)比兩種具體辦法的特征和不足都很明顯，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。（2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行虛擬還原，構(gòu)建出數(shù)字化的交互環(huán)境，觀者可以通過(guò)穿戴式設(shè)備實(shí)現(xiàn)與空間環(huán)境“沉浸式”交互。這種方法綜合了環(huán)境空間實(shí)時(shí)建模技術(shù)，既結(jié)合了真實(shí)場(chǎng)景的照片，也結(jié)合構(gòu)建的虛擬模型，利用虛擬交互設(shè)備讓觀者產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)。（3）跟蹤定位技術(shù)。通過(guò)對(duì)虛擬環(huán)境中每一個(gè)物體準(zhǔn)確的定位，攝像頭根據(jù)觀者的觀看方向位置為其呈現(xiàn)具體的場(chǎng)景。動(dòng)線模擬根據(jù)觀者的需求進(jìn)行設(shè)定，對(duì)虛擬場(chǎng)景中的模型精度要求比較高，盡量做到完善，這樣才能讓觀者有一次較好的參觀體驗(yàn)。（4）語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)。構(gòu)建完整的語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間環(huán)境全過(guò)程的語(yǔ)音介紹。用戶可以根據(jù)需求，選擇介紹的地點(diǎn)和定位。該方法要求構(gòu)建虛擬模型中所有展品的詳細(xì)信息，對(duì)前期的數(shù)據(jù)庫(kù)要求較高。（5）現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)（AR技術(shù)）。通過(guò)傳感系統(tǒng)將虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景相融合，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)全新的環(huán)境。在這個(gè)全新的虛擬建筑空間中，觀者的體驗(yàn)感和反饋都較會(huì)得到改善。

4虛擬仿真技術(shù)在建筑空間展示中的應(yīng)用及其效果

德陽(yáng)市圖書館始建于1959年，為德陽(yáng)市政府與四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院所共同創(chuàng)建，建筑面積15092.5m2，是德陽(yáng)市重要的公共文化場(chǎng)所，發(fā)揮重要的對(duì)外文化服務(wù)窗口作用。但場(chǎng)館的影像化、可視化、交互性程度低，無(wú)法滿足當(dāng)下人們的使用習(xí)慣需要。虛擬仿真技術(shù)能夠有效提升資源整合和開(kāi)發(fā)深度，有利于實(shí)現(xiàn)因應(yīng)社會(huì)變化而有效開(kāi)展社會(huì)服務(wù)職能的效果。（1）虛擬仿真技術(shù)有效提升圖書館空間漫游展示效果。傳統(tǒng)圖書館可視化、影像化程度低，加入虛擬仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、現(xiàn)代化的交互式圖書館，彌補(bǔ)傳統(tǒng)圖書館的不足。當(dāng)前，清華大學(xué)圖書館、溫州市圖書館等推出了圖書館建筑空間虛擬漫游，實(shí)現(xiàn)了圖書館特色與服務(wù)的直觀化。通過(guò)設(shè)置一個(gè)大屏幕，觀者通過(guò)體感姿態(tài)進(jìn)入館內(nèi)空間漫游，自由選擇行動(dòng)路徑，猶如身臨其境在真實(shí)空間中一樣。即使使用者不能親自到場(chǎng)，也可以在互聯(lián)網(wǎng)虛擬圖書館中體驗(yàn)建筑空間的體量感和設(shè)計(jì)感。（2）虛擬仿真技術(shù)有效指引借閱者。傳統(tǒng)圖書館只能通過(guò)二維的平面圖指引借閱者，但對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、圖書資源較多的圖書館來(lái)說(shuō)，較短時(shí)間準(zhǔn)確找到資源確實(shí)很不容易。虛擬仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)模擬圖書館的建筑空間和圖書資源準(zhǔn)確定位，通過(guò)提前查詢虛擬圖書館資源的位置，結(jié)合手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)確定位資源。（3）虛擬仿真技術(shù)重塑館藏資源價(jià)值。圖書館內(nèi)珍貴的圖書資源，由于價(jià)格高、易破損等原因，不便于對(duì)外借閱，虛擬仿真技術(shù)可以滿足借閱者的需求。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，將珍貴紙質(zhì)資源轉(zhuǎn)變電子圖片或文字搬到虛擬圖書館中，借閱者可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備全方位地瀏覽這些資源，有效解決了珍貴資源的保護(hù)問(wèn)題。對(duì)于圖書的內(nèi)容，可以通過(guò)掃一掃虛擬仿真圖書館，屏幕中就會(huì)出現(xiàn)直觀的影像資源，提升了借閱者的空間體驗(yàn)。

5結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)的沉浸性、交互性、自主操作性給建筑空間展示設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的技術(shù)變革取向，讓形式相對(duì)單一的建筑空間展示增加了趣味性和多樣化，從而提升了空間及其內(nèi)在資源的吸引力和使用效能。隨著技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑空間展示中，為建筑空間展示技術(shù)的信息化提供更好的發(fā)展前景。虛擬仿真技術(shù)在德陽(yáng)市圖書館的應(yīng)用，即有力提升該圖書館這一公共場(chǎng)所的吸引力，也實(shí)現(xiàn)了其價(jià)值最大化。

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作者:鄧亞娟 李磊峰 畢立俊 單位:四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院