傳統(tǒng)工藝美術(shù)中VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究及應(yīng)用

朱正宇 袁蔚 上海工藝美術(shù)職業(yè)學(xué)院

傳統(tǒng)工藝美術(shù)中VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究及應(yīng)用

朱正宇 袁蔚 上海工藝美術(shù)職業(yè)學(xué)院

近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)興起，越來越多的行業(yè)使用VR技術(shù)作為賣點，它可以讓用戶進入到虛擬的3D世界中，感受到身臨其境的沉浸式體驗。在這個發(fā)展的勢頭上虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)賦予了圖像呈現(xiàn)模式以嶄新的面貌。隨著該技術(shù)的成熟，它開始被廣泛運用于游戲及產(chǎn)品模擬等領(lǐng)域，并逐步受到市場的認可，但是如何將虛擬現(xiàn)實及傳統(tǒng)工藝美術(shù)相結(jié)合，就需要在虛擬現(xiàn)實技術(shù)及用戶體驗等方面進行研究。

虛擬現(xiàn)實 VR 工藝美術(shù) 手勢識別

本文主要探討的內(nèi)容是基于VR虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)在傳統(tǒng)工藝美術(shù)上的應(yīng)用研究，并且將以案例的形式以陶藝制作的形式虛擬現(xiàn)實程序的開發(fā)驗證，它是一款全新概念的交互技術(shù)應(yīng)用程序，能夠提供用戶集陶藝模型制作及教學(xué)于一體的系統(tǒng)，不僅注重圖像展示效果也同時兼顧用戶體驗。

研究初期首先需要了解傳統(tǒng)陶藝，傳統(tǒng)的陶藝制作都需要經(jīng)歷：肉泥、做坯、印坯、蕩里釉等復(fù)雜的制作工序，制作之前需要對材料和器材進行準備，制作過程講究技術(shù)和手法。如在制作過程中如出現(xiàn)錯誤，將會造成材料的浪費。而使用了VR虛擬交互技術(shù)，可以使得這種傳統(tǒng)的制作變得簡單，既能夠節(jié)約材料成本同時又能夠體現(xiàn)到完全不同的制作環(huán)境。但如果要達到完全擬真的交互效果，除了VR設(shè)備，還需要輔助設(shè)備的支持，通過輔助設(shè)備將手部掃描到虛擬世界，從而更好地進行虛擬陶藝制作。

圖1 VR頭部設(shè)備附加手部感應(yīng)器

目前VR手部的感應(yīng)出現(xiàn)了很多種實現(xiàn)的方式，有些VR設(shè)備采用類似游戲手柄的方式來識別手部，有些則采用特定的感應(yīng)方式，例如紅外探測。Leapmotion設(shè)備是一款利用紅外探測識別手部的設(shè)備，可以將它粘附于VR頭盔上使用（如圖1所示）。

使用此解決方案可以同時偵測人的左右手，只要將手置于設(shè)備的前方，電腦程序的虛擬空間中便會出現(xiàn)虛擬的手，它按照現(xiàn)實中的手的動作進行運動，可以在虛擬手上添加代碼與碰撞控制，從而進行功能上的二次開發(fā)。

VR設(shè)備方案組合完成后，便能夠進入軟件設(shè)計的環(huán)節(jié)了。項目制作選用時下流行的交互引擎Unity3D，它能夠支持世面上所有主流VR設(shè)備的軟件開發(fā)。

由于需要在虛擬的世界中進行陶藝制作，為了達到擬真的效果，所以項目中特別進行了虛擬場景的3D建模，場景設(shè)計成中國特定風格的院子。

虛擬場景使用3D圖形設(shè)計軟件進行建模，建模時考慮到整個模型需要用在實時運行中，所以對模型的多邊形數(shù)量進行了嚴格的限制。模型完成后收集貼圖素材進行貼圖制作，貼圖取材盡量使用真實照片素材，并配合中國古建筑的風格采用石墻、木門等素材。

圖2 貼圖之后的模型渲染效果

由于需要制作交互，所以模型貼圖完成后，導(dǎo)入交互引擎調(diào)節(jié)材質(zhì)及燈光。使場景盡可能保持良好的視覺效果，從而給用戶帶來更好的虛擬現(xiàn)實體驗，經(jīng)過光影調(diào)節(jié)之后的場景效果（如圖2所示）。

同時準備好陶泥的材料模型，交互的主要對象是虛擬工作臺上面的陶泥材料，需要將場景視角定位在工作臺前，方便用戶制作。

整個場景及美術(shù)資源配置完成后，進入交互程序的制作過程。

除了虛擬現(xiàn)實的功能以外，最最重要的功能部分是手部識別及交互。Leapmotion作為一個手部探測設(shè)備，提供了一套完整的開發(fā)工具及開發(fā)手冊，用戶只要接入設(shè)備后通過SDK中的Api代碼調(diào)用，便能夠?qū)崿F(xiàn)手部控制。

圖3 手部測試效果

當實現(xiàn)了手部的控制后便可以在手部識別的基礎(chǔ)之上進行二次開發(fā)了，首先需要讓陶泥材料旋轉(zhuǎn)起來，以模擬真實陶藝制作的效果。

陶泥旋轉(zhuǎn)代碼如下：

public float rotateSpeed；//定義物體旋轉(zhuǎn)速度

圖4 陶泥配置

陶泥除了需要制作出模型外，還需要制作交互，所以相對簡單的方法是將陶泥模型縱向綁定若干骨骼，將模型蒙皮到該骨骼，并給每根骨骼配置碰撞體，如果手的模型碰到了某個骨骼，讓該骨骼實現(xiàn)縮放，從而達到捏陶的效果。

在具體制作思路上，給陶泥從上到下的多個范圍指定了多個碰撞范圍。

該程序?qū)⑿盘杺鹘o主程序，并進行每個部位的大小控制。

目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工程模擬及漫游等領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出大量高質(zhì)量的作品。尤其是歐美國家，在這方面的發(fā)展更是走在了領(lǐng)先地位。我國虛擬現(xiàn)實行業(yè)發(fā)展迅速，逐漸涌現(xiàn)出了一些有發(fā)展?jié)摿Φ淖髌?，希望利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和工藝美術(shù)相結(jié)合項目能夠普及，并為我國虛擬現(xiàn)實行業(yè)作出一份貢獻！

[1]Unity Technologies.《虛擬仿真及游戲開發(fā)實用教程》.上海交通大學(xué)出版社,2015

[2]Unity Technologies.《Unity 5.x 從入門到精通》.中國鐵道出版社,2015

朱正宇，1982—，上海人，adobe中國認證教師，文學(xué)學(xué)士，研究方向：交互多媒體及平面設(shè)計方向。袁蔚，1982-，男，上海人，講師，工程碩士，研究方向：交互多媒體及游戲開發(fā)。