三維數(shù)字空間交互的發(fā)展現(xiàn)狀

盛 瑨 周 劍 （南京藝術(shù)學(xué)院 210000）

三維數(shù)字空間交互的發(fā)展現(xiàn)狀

盛 瑨 周 劍 （南京藝術(shù)學(xué)院 210000）

三維數(shù)字空間交互是當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)發(fā)展下數(shù)字化虛擬空間與交互技術(shù)碰撞下產(chǎn)生的，有著自身的特點(diǎn)與內(nèi)部系統(tǒng)。在互聯(lián)網(wǎng)+時代更有著廣闊的發(fā)展空間。本文從三維數(shù)字空間的特點(diǎn)，交互的內(nèi)部體系與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等出發(fā)，以技術(shù)和應(yīng)用層面剖析了三維數(shù)字空間的發(fā)展現(xiàn)狀。

三維數(shù)字空間；交互；發(fā)展現(xiàn)狀

一、三維數(shù)字空間

“三維數(shù)字空間”是通過計算機(jī)“數(shù)字化”模擬出空間的各部分信息并能夠建構(gòu)出一個虛擬的三維空間。計算機(jī)可以模擬出空間的所有信息，包括視覺信息、聽覺信息，甚至是觸覺信息等，這一切信息便是人對數(shù)字空間的感知，雖然是虛擬的，但又具備了一定的真實(shí)感，再配上相關(guān)的感知設(shè)備，會帶來更加真實(shí)的沉浸體驗。

三維數(shù)字空間最主要的特征包括數(shù)字性、空間性、動態(tài)性、整體性。“數(shù)字性”便是前文提到的將所有信息“數(shù)字化”，是計算機(jī)語言的介入，也正是數(shù)據(jù)化的運(yùn)算才使得這種具備多種功能特性的虛擬空間的存為可能。“空間性”是指表現(xiàn)的對象是“空間”為主體，從多種感官角度具備“空間”的一定特質(zhì)和屬性。“動態(tài)性”有三層含義，第一是空間的表現(xiàn)是一種非靜止?fàn)顟B(tài)，是在不斷的實(shí)施動態(tài)跟進(jìn)；其次是類似于動畫影像的空間表現(xiàn)，這是一種被動式的動態(tài)視覺感知；另一層面是具備一定交互功能的空間表現(xiàn)，空間中觀察視角的動態(tài)變化完全受操作者的控制，這是一種主觀式的動態(tài)。配上相應(yīng)的交互設(shè)備，這種動態(tài)性則是超出視覺范疇的全方位的動態(tài)感知。“整體性”是指“數(shù)字空間”表現(xiàn)出一個完整的虛擬空間，包括空間的形態(tài)、材質(zhì)、色彩、光影、功能、空間關(guān)系等多個層面。

二、三維數(shù)字空間的交互

三維數(shù)字空間的交互是基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的一種人機(jī)交互，它是集計算機(jī)圖形、立體顯示、數(shù)據(jù)跟蹤、力反饋、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N技術(shù)為一體的綜合性體現(xiàn)。主觀下對三維數(shù)字空間的認(rèn)知使得人們超越了觀看，而是經(jīng)歷一種沉浸式的空間體驗。這種空間行為更加激起對虛擬空間的注意、感知、思考和情感等，過程的真實(shí)感加強(qiáng)了空間的存在性，這也是“交互”給三維數(shù)字空間帶來的最本質(zhì)的意義。

三維數(shù)字空間交互性的內(nèi)部體系包括數(shù)據(jù)建構(gòu)、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。這些部分都是依靠不同的軟硬件設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)。空間的不同要求，內(nèi)部體系各部分也都相應(yīng)的有一些差異。數(shù)據(jù)的建構(gòu)是將空間信息數(shù)字化的過程，是三維數(shù)字空間存在的基礎(chǔ)。三維數(shù)字空間的數(shù)據(jù)有兩種可能性。第一，以真實(shí)世界的空間為依據(jù)。另一種是完全虛擬的空間。無論那種情況，數(shù)據(jù)梳理后都要在計算機(jī)專業(yè)軟件中進(jìn)行虛擬空間的建構(gòu)，包括空間實(shí)體模型的創(chuàng)建、材質(zhì)的賦予、光影的營造等。數(shù)據(jù)管理是三維數(shù)字空間運(yùn)行的必要保障，它是對建構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和動態(tài)的維護(hù)，以滿足空間信息提取的要求。這種管理包括空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的管理和空間信息狀態(tài)數(shù)據(jù)的管理，依舊借助軟硬件共同完成，特別是在交互形式下，空間實(shí)時信息的提取與變更以及與相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)是三維數(shù)字空間最終效果，也是人與空間交流的直接平臺。它是以人的感官為依據(jù)，因此呈現(xiàn)是多方位的。有視覺呈現(xiàn)、聽覺呈現(xiàn)、觸覺呈現(xiàn)，甚至是味覺和嗅覺呈現(xiàn)等。通過計算機(jī)圖形技術(shù)與實(shí)時顯示技術(shù)，體感技術(shù)，音頻技術(shù)與設(shè)備等得以實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到虛擬空間中多層面的沉浸感。

三、三維數(shù)字空間交互的發(fā)展現(xiàn)狀

1.技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

“數(shù)字空間”概念的出現(xiàn)最早是在測量學(xué)與環(huán)境地理學(xué)領(lǐng)域，主要是運(yùn)用數(shù)字技術(shù)對空間環(huán)境進(jìn)行一定的研究。這種研究最初只是對實(shí)體空間進(jìn)行監(jiān)測和分析。這種“數(shù)字空間”的研究更關(guān)注數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與時效性以及數(shù)據(jù)管理的便捷性。隨后，以表現(xiàn)為目的“三維數(shù)字空間”的出現(xiàn)，最早主要在展示宣傳領(lǐng)域，以空間展現(xiàn)為目的，讓人能夠通過視覺感知直觀的了解空間的狀況。這時“三維數(shù)字空間”主要以靜態(tài)空間表現(xiàn)圖和動態(tài)空間視頻影像形態(tài)呈現(xiàn)。

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是交互技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的發(fā)展，三維數(shù)字空間從單一的展現(xiàn)空間發(fā)展到了沉浸式多方位的感知空間。從1968年，美國計算機(jī)科學(xué)家 Sutherland 在哈佛大學(xué)組織開發(fā)了第一個計算機(jī)圖形驅(qū)動的頭盔顯示器HMD及頭部位置跟蹤系統(tǒng)到數(shù)據(jù)手套，再到當(dāng)今的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)眼鏡以及種類繁多的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。軟件與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得三維數(shù)字空間已經(jīng)能夠表現(xiàn)出空間中非常逼真的形態(tài)、材質(zhì)、光影、物理動力學(xué)等信息，真實(shí)的視覺感知增強(qiáng)了空間 的沉浸感。交互的方式也從最初的設(shè)備交互發(fā)展到肢體交互、視覺交互、思維交互等多元化的體感交互手段。虛擬現(xiàn)實(shí)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，使得三維數(shù)字空間從實(shí)驗室的研究試驗走向了社會生活的實(shí)用。

2.應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

商業(yè)展示。通過三維數(shù)字空間交互對商業(yè)空間進(jìn)行展示。使觀者能夠全方位，立體化地了解空間的結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境，真實(shí)的視覺畫面和交互性人產(chǎn)生真實(shí)的沉浸感，以達(dá)到商業(yè)展示宣傳的需求。這種商業(yè)展示涉及房地產(chǎn)開發(fā)、城市發(fā)展規(guī)劃、旅游景區(qū)開發(fā)、建筑設(shè)計等領(lǐng)域。通常是在項目未建成的開發(fā)階段，能夠提前展現(xiàn)空間的具體面貌，對項目的審定和宣傳都有著重要的意義。

文化保護(hù)。通過三維數(shù)字空間交互對部分消失或已經(jīng)消失的建筑進(jìn)行復(fù)原，從而對建筑文化起到一定的保護(hù)作用。同時對古建筑的歷史價值、現(xiàn)存狀態(tài)、實(shí)體研究等起著重要作用，充分體現(xiàn)了技術(shù)與文化的緊密關(guān)系。這種復(fù)原是一種數(shù)字化的復(fù)原，是能夠不斷傳播和保存的一種形態(tài)，同樣也是具備真實(shí)感和空間感。相比真實(shí)的修建復(fù)原一座建筑遺跡，三維數(shù)字空間則能夠大大節(jié)省人力資源、社會資源、經(jīng)濟(jì)資源、生態(tài)資源等，是文物保護(hù)最為可取也最為捷徑的方式。

虛擬旅游。在現(xiàn)實(shí)旅游景觀基礎(chǔ)上，運(yùn)用三維數(shù)字空間，構(gòu)建一個虛擬旅游環(huán)境，通過網(wǎng)絡(luò)或展示設(shè)備能夠使“游客”身臨其境般地逛逛看看，以滿足足不出戶就能旅游的愿望。三維數(shù)字空間交互使得游客不受時間、空間等條件限制，可以自主地選擇和確定旅游的時間、地點(diǎn)、方式和途徑。虛擬旅游同樣也能夠通過互聯(lián)網(wǎng)讓世界各地的人了解景點(diǎn)，從而對現(xiàn)實(shí)中的景點(diǎn)有一定的宣傳價值。

虛擬博物館。運(yùn)用三維數(shù)字空間交互建構(gòu)一虛擬的博物館，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù)進(jìn)行博物館空間及展品的參觀瀏覽。同樣，也應(yīng)用于虛擬美術(shù)館、虛擬商城、虛擬校園等領(lǐng)域。在三維數(shù)字空間中能夠進(jìn)行較為真實(shí)的參觀、游覽、商業(yè)、教學(xué)等活動，以完成博物館、美術(shù)館、商城和校園的主要功能。同時它也是一種新媒介的宣傳手段和商業(yè)手段，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中根深蒂固，這種利用網(wǎng)絡(luò)的宣傳和商業(yè)手段是面最廣最有力度的途徑。

四、結(jié)語

在互聯(lián)網(wǎng)+與大數(shù)據(jù)時代的背景下，三維數(shù)字空間愈來愈融入百姓的生活，涉及的領(lǐng)域也愈來愈寬廣。真實(shí)性、沉浸性、交互性是三維數(shù)字空間發(fā)展的趨勢，直觀真實(shí)的全方位感知使得三維數(shù)字空間將會在社會的各個層面得以應(yīng)用，并且，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，三維數(shù)字空間將會出現(xiàn)在生活的各個角落。

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本文系江蘇省教育廳哲學(xué)社會科技研究項目——“三維數(shù)字空間的交互性藝術(shù)研究”成果之一（項目編號：2010SJD760008）。