虛擬空間視角下透視規(guī)律的再認(rèn)識

王樹義

摘 要：透視作為繪畫造型訓(xùn)練的基礎(chǔ)概念，一直是視覺藝術(shù)類學(xué)科首先需要掌握的基本知識。傳統(tǒng)透視教學(xué)理論體系復(fù)雜、透視術(shù)語繁多、透視類型歸類牽強、缺乏形象直觀的教學(xué)手段，成為教師們公認(rèn)的教學(xué)難點。在虛擬空間視角下對傳統(tǒng)線性透視規(guī)律進(jìn)行再認(rèn)識，對約定俗成的透視類型進(jìn)行辨析。以期構(gòu)建科學(xué)系統(tǒng)的三維空間觀念，更加全面地理解透視規(guī)律，提出運用數(shù)字軟件的透視匹配功能校正寫生透視的指導(dǎo)方法，從而改變傳統(tǒng)透視教學(xué)的被動局面。

關(guān)鍵詞：虛擬空間;透視規(guī)律;透視類型辨析

透視學(xué)是研究人類視覺規(guī)律的一門科學(xué)，可分為線性透視、隱沒透視和色彩透視。狹義的透視學(xué)（線性透視）是西方文藝復(fù)興時期的產(chǎn)物。對透視學(xué)的系統(tǒng)研究可以追溯到歐洲文藝復(fù)興時期，建筑家布魯涅尼斯奇和畫家佛蘭切斯卡的相關(guān)論述，后由柯爾比在1754年和福尼爾在1761年著文闡明的《論線透視》逐步確立。

線性透視以固定觀察者為視點，在能夠辨識清楚的60度的最佳視域內(nèi)，描繪、觀察物體視覺形變的過程，依據(jù)單眼的中心投影原理，又稱為焦點透視。在視點和被觀察物之間假想一個透明平面，連接視點與被觀察物輪廓邊緣的視線被透明平面截取，這樣得到的圖像就是一般意義的線性透視圖?？此剖且环N描摹行為，卻蘊含著視覺生理學(xué)、光學(xué)、幾何學(xué)等眾多學(xué)科知識。

作為繪畫和設(shè)計專業(yè)的技法理論課，透視學(xué)已成為專業(yè)必修課程。經(jīng)過專家和學(xué)者的不斷總結(jié)已經(jīng)形成相對完備的教學(xué)體系。通過教學(xué)我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的透視教學(xué)體系的專業(yè)術(shù)語過于繁雜，僅介紹透視原理和作圖方法的術(shù)語就多達(dá)二十幾個。雖配合解析圖示，但學(xué)生的空間想象力有限，難以形成清晰完整的感性認(rèn)知。在教學(xué)中缺乏直觀形象的教學(xué)手段，難以促成學(xué)生思維與教學(xué)進(jìn)度的同步，短時間內(nèi)不易理解消化，自然產(chǎn)生畏難情緒。因此以上都成為不易突破的教學(xué)難點，嚴(yán)重影響了教學(xué)效率。

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)覆蓋到我們生活的各個領(lǐng)域。其中計算機圖形學(xué)技術(shù)已非常輕松地實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實的三維空間建造，進(jìn)一步改變了我們的時空觀念，在設(shè)計制造、虛擬現(xiàn)實、影視動畫方面都得到了廣泛應(yīng)用。

比較著名的軟件有3ds max、Maya、Sketch Up等，前兩者更傾向于三維動畫的渲染和制作。筆者認(rèn)為Sketch Up是一款用于創(chuàng)建、共享和展示3D模型的軟件，界面清新簡潔、功能豐富、操作簡便，被形象地稱為“草圖大師”。因具有獨特的空間地理信息功能，更適合對現(xiàn)實空間的模擬和映射。

本文將以該軟件為工具，實現(xiàn)直觀動態(tài)地觀察形體在虛擬空間里的透視現(xiàn)象。通過人機交互操作，創(chuàng)設(shè)沉浸式教學(xué)情境，還原視覺對空間的觀察過程。改變傳統(tǒng)教學(xué)抽象被動、枯燥乏味的局面，為理解透視原理及規(guī)律打開一個新的視窗。

一、虛擬空間對三維屬性的解析

眾所周知，我們生存的世界具有三維屬性，不論空間還是實體都具有高、寬、深的三個向度的度量關(guān)系。在幾何學(xué)里可以用互相垂直的X、Y、Z坐標(biāo)軸來描述三維屬性。為方便研究，一般都以直角平面六面體（立方體）作為觀察目標(biāo)。因其具備三維屬性的最基本特點，是被廣泛認(rèn)可的研究透視規(guī)律最簡潔概括的形體。

幾何學(xué)里三維坐標(biāo)的設(shè)定是解密空間關(guān)系的“鑰匙”。在Sketch Up的空間界面里，我們會直觀的了解立方體與空間坐標(biāo)軸的關(guān)系。立方體的三維特征就是有三個互為垂直的表面與X、Y、Z軸保持對應(yīng)關(guān)系，代表著空間的不同方向，也是揭示三維屬性的邏輯起點（如圖1）。

現(xiàn)實中立方體的實體屬性很難觀察到其內(nèi)部構(gòu)造，只憑空間想象具有不確定性，這也是困擾我們認(rèn)識復(fù)雜形體結(jié)構(gòu)的難題。過去都是通過透明教具輔助完成這一教學(xué)步驟，為教學(xué)準(zhǔn)備帶來很多麻煩。Sketch Up軟件的形體顯示功能可以輕松地實現(xiàn)實體和線框模式的切換，不僅便于對空間結(jié)構(gòu)的理解，也能加強學(xué)生空間想象力的培養(yǎng)。

實體與空間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以通過放大形體和推進(jìn)視點實現(xiàn)演變。這說明立方體與房間內(nèi)部只是形體內(nèi)部與外部的不同形態(tài)而已，因視點位置的不同而改變視覺印象，固有的三維屬性不會因為觀察視角變化而改變。由此建立的三維空間邏輯觀念，會為進(jìn)一步探討形體在空間中的透視變化創(chuàng)建直觀的參照體系。

二、虛擬空間對透視關(guān)系的映射

虛擬空間為描述形體的空間狀態(tài)提供了多種視圖。依據(jù)平行投影原理，沿三個軸向觀察，會形成不同緯度方向的二維視圖，如頂視圖、底視圖、左視圖、右視圖、前視圖、后視圖。視點定位空間任何位置，都會形成基于焦點投影原理的三維透視圖，能很好地展現(xiàn)空間立體關(guān)系，符合人類視覺習(xí)慣，也為觀察現(xiàn)實空間的形體透視現(xiàn)象提供了可描述的參照系統(tǒng)。

依據(jù)透視圖形成的定義，虛擬空間中觀察的視點可用相機來模擬，設(shè)定相機參數(shù)，使其符合視覺感受的正常視域。觀察時，假想的透明畫面與顯示屏幕的視窗相對應(yīng)。Sketch Up初始界面即有地面與天空，無障礙地呈現(xiàn)地平線位置，比現(xiàn)實空間更能簡潔明了地闡釋視平線的概念。坐標(biāo)軸X、Y表達(dá)水平方向的兩個維度，調(diào)整觀察角度使X、Y軸正對坐標(biāo)原點就會找到與地平線相交的心點，連接心點的縱深軸向線即成為視中線，立方體各個維度上的邊線都可以加注延長輔助射線。這些隨形體狀態(tài)而跟隨的輔助線完美地契合了我們只能通過想象才能存在的透視線。無需更多的術(shù)語解釋就能明白這些基本概念。原本我們對透視原理的情境描述在虛擬空間中得到直觀映射（如圖2）。

通過控制視點觀察角度，立方體加注的延長射線會向軸向縱深匯聚成消失點。在X、Y水平軸向之間，消失點從一個到兩個之間切換，如果視角再按Z軸上下調(diào)整，第三個消失點也會出現(xiàn)。基于虛擬空間為我們提供的“導(dǎo)航”，不難發(fā)現(xiàn)一點透視、兩點透視和三點透視現(xiàn)象的存在，分別對應(yīng)平行透視、成角透視和傾斜透視?，F(xiàn)實中通過圖片和實例說明的透視類型，通過簡單互動就能直觀呈現(xiàn)出來。

三、虛擬空間對透視類型的辨析

依據(jù)平行透視的定義，在虛擬空間中創(chuàng)建正對心點和分置于視平線、視中線上下及左右不同位置的立方體。視域內(nèi)只有一個消失點。透視線都向心點匯聚，與畫面平行的面應(yīng)保持形狀不變。但當(dāng)我們推進(jìn)視點觀察，離視中心越遠(yuǎn)的立方體越不符合我們的視覺感受。類似照相偏離鏡頭中心景物的畸變。由于人眼最佳視域的局限，很少會用視線余光注視物體。事實上，遠(yuǎn)離視中心立方體已經(jīng)與視點不再正對，前立面產(chǎn)生了縱深關(guān)系?？梢?，與畫面平行的形狀保持不變是個假命題，遠(yuǎn)一點透視不再成立（如圖3）。

成角透視則應(yīng)是立方體沒有與畫面平行的面，而是構(gòu)成一定角度。凡是與畫面既不平行又不垂直的水平直線，都消失于視平線上兩個縱深維度的消失點上。立方體垂直方向不應(yīng)產(chǎn)生形變。實際上，視線稍微脫離視平線向上觀察，就會發(fā)現(xiàn)垂直方向已經(jīng)發(fā)生近大遠(yuǎn)小的變化，第三維度的消失點已經(jīng)產(chǎn)生（如圖4）。

實際上畫面只是假想出來用于描述視覺印象的二維載體，是空間觀察留下的影像。從嚴(yán)格意義上來講，形體的三維屬性是客觀恒定的，從視點出發(fā)觀察到的三維形體，不同部位不會存在平行關(guān)系，只有距離遠(yuǎn)近的差別，近大遠(yuǎn)小是永恒的主題。脫離畫面的羈絆，我們可以把思路回到對空間和立體三維屬性的把握上來。當(dāng)視點與物體任何維度產(chǎn)生縱深關(guān)系時，這一維度上，因近大遠(yuǎn)小而形成的消失點就會產(chǎn)生（如圖5）。

了解攝影的人都知道，照相機拍攝的圖像，只能符合三點透視關(guān)系。三點透視是完整表現(xiàn)物體立體感的客觀影像。一點、兩點透視，實際上是對特定視角空間方位的解析，體現(xiàn)了理想狀態(tài)下的近似，具有一定的局限性，是人們方便理解透視現(xiàn)象的簡單歸類。但概括簡化的認(rèn)識方法，并不嚴(yán)謹(jǐn)，不能陷入既定概念的窠臼，掩蓋視覺觀察的真實感受。只有理解視點與物體三維屬性的空間關(guān)系，才能客觀完整地把握透視現(xiàn)象的真實規(guī)律，從而在繪畫造型中靈活運用。

四、透視匹配功能對寫生透視的校正

對透視規(guī)律的真正理解并不代表能夠馬上畫出正確的透視關(guān)系，反復(fù)練習(xí)是走向成功的唯一捷徑。有沒有直觀的輔助辦法幫助我們對寫生的透視錯誤進(jìn)行校正、檢查，從而提高學(xué)習(xí)效率呢？Sketch Up的透視匹配功能為我們提供了可參照的方法。

為了能夠使軟件識別寫生作品，會先對作品掃描或拍照，形成電子文件。然后打開Sketch Up，通過照片匹配功能導(dǎo)入繪制的寫生作品，進(jìn)入三維虛擬空間界面，此時出現(xiàn)三維透視編輯器用以匹配導(dǎo)入的三維作品。

以立方體為例（如圖6），通過調(diào)整控制器的坐標(biāo)軸擬合作品的空間位置。使垂直坐標(biāo)軸線與立方體最前垂直邊線吻合，通過水平方向的兩個坐標(biāo)軸控制把柄，調(diào)整角度與立方體左右的透視邊線產(chǎn)生對應(yīng)關(guān)系。實際上基于寫生作品的三維空間坐標(biāo)系統(tǒng)已經(jīng)建立。如果繪畫作品透視角度不正確，會直觀地發(fā)現(xiàn)作品與空間坐標(biāo)系的偏差。為了更全面地檢驗立方體存在的透視問題，在擬合的立方體坐標(biāo)原點位置創(chuàng)建等比例的立方體。符合透視關(guān)系的參照立體得以再生，通過線框顯示模式可以非常清楚地查看到與寫生作品的邊線差別。這一方法對于辨別作品是否存在透視問題，非常直觀有效。這為練習(xí)中進(jìn)行自主檢查、糾正問題提供了強大的輔助工具。

五、結(jié)語

每一次科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)進(jìn)步都增進(jìn)了對事物本質(zhì)的認(rèn)識，并得以使用先進(jìn)的手段提升藝術(shù)表現(xiàn)力。誕生于14世紀(jì)的文藝復(fù)興和科學(xué)文化運動，為繪畫的科學(xué)觀察和表現(xiàn)開啟了新的時代。攝影技術(shù)源于人眼成像原理，為客觀記錄視覺印象提供了新的手段，豐富了我們生活的圖像世界。以數(shù)字技術(shù)為核心的虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）徹底顛覆了我們的視覺經(jīng)驗，同時為我們認(rèn)識視覺規(guī)律增添了更為便利的方法！

基于虛擬空間視角下透視規(guī)律的認(rèn)識不僅可以改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)，更能幫助我們形成科學(xué)完整的空間概念，主動有效地把握透視規(guī)律，為美術(shù)和設(shè)計創(chuàng)作奠定了更為堅實的基礎(chǔ)！

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作者簡介：王樹義，唐山幼兒師范高等專科學(xué)校副教授。