虛擬現實技術與三維軟件教學的未來方向

吳寒

摘 要：VR——虛擬現實技術是當下最流行的一項前沿技術，并伴隨著智能設備大眾化變得愈發普及，越來越多的人都使用過簡易的VR設備看視頻或玩游戲，但在三維設計領域VR技術尚未普及，本文就是從這個突破點闡述VR和三維設計軟件的關系，以及未來三維軟件教學的方向。

關鍵詞：VR；虛擬現實；三維場景；即時渲染

1 VR虛擬現實技術綜述

當今時代，科技發展日新月異，智能化已經走入了我們的生活，大數據、人工智能成為熱門詞匯，今年，深度學習機器人Alpha Go戰勝圍棋國手李世石更加證明人工智能的強大。在這兩年，又有一個新的概念出現在人們面前，即“VR”技術。（圖1）

“VR”是“Virtual Reality”的簡寫，全稱是虛擬現實技術。所謂虛擬現實技術就是給人創造一個虛擬的環境，根據人左右眼的視覺差給人造成一個虛擬的場景，讓人感覺置身于該環境中，這種看似很科幻的技術如今已經出現在人民大眾面前。其實早在很多年前，虛擬現實技術就已經出現了，只是由于當時的計算機性能還不夠強大，人工智能和交互設計還出于很初級的階段，所以這種技術并不為很多人所了解。現如今，在智能手機極度普及的今天，VR虛擬現實技術可謂是應運而生。當前，VR虛擬眼鏡已經非常廉價，低端的VR眼鏡只需要配合主流的智能手機就能實現虛擬顯示。這種眼鏡的工作方式是將手機的屏幕一分為二，并分別顯示差值化的同步內容，再透過兩邊的鏡片傳入眼睛，誤導大腦產生三維場景的假象。而高端一些VR眼鏡則是利用高性能的游戲機或者電腦主機進行實時現實，其顯示原理也是基本一樣的。

2 VR技術對三維軟件的影響

隨著VR技術的火爆，越來越多的科技公司推出了他們的VR產品。近日，微軟公司開發了一款新型科技產品，名叫HoloLens，它是一個碩大的電子眼鏡頭盔，當你戴上它后便會置身一個虛擬和現實結合的空間，嚴格意義上HoloLens是一種混合顯示技術（VR+AR），即虛擬現實加增強現實。簡單地說，它可將虛擬的影像放到現實中，呈現一種亦真亦幻的效果。在微軟發布的Demo演示中，設計師戴上HoloLens使用手勢操作就完成了對設計作品的編輯和修改，通過即時渲染實現三維影像和真實場景疊加。例如（圖2）所示，設計師在電腦上用三維軟件設計摩托車模型，通過HoloLens眼鏡的影像投射，在現實的空間投射出三維立體的摩托車產品模型，而這個模型在現實中是不存在的，只能通過虛擬眼鏡才看得到。如此一來，使得演示變得非常直觀，編輯和修改也變得方便許多。

VR虛擬現實技術說到底是一項顯示技術，作為對圖像的呈現，本質上和現在的顯示器并無不同，但這項技術的發展對三維軟件推動和演進是革命性的。一方面，VR技術在演示上會更加真實生動；另一方面VR技術將帶來軟件操或游戲操作上的變革。

在顯示方面，VR帶來的顯示體驗無需再贅言；在操作方面，VR平臺上軟件的操作方式會發生很大的改變。由于VR三維設計軟件還并未正式發布，現在就以平板電腦帶來的操作變革為例。隨著平板電腦的普及，越來越多的年輕人喜歡用平板電腦代替傳統電腦，相較于傳統臺式電腦的鼠標加鍵盤的操作模式，平板電腦的多點觸控技術（Multi-Touch）使得操控非常簡單直觀，我們可以使用手指的點觸、劃動、拖拽、抓取來進行相關操作。在三維軟件設計中，傳統的操作方式是通過鼠標的移動、點擊和鍵盤輸入指令調節參數，完成對項目的編輯。如主流三維軟件3Dsmax，其軟件內容相當龐大，命令參數極為復雜，操作十分繁瑣，因此，達到精通的人并不多，并且這種傳統的操作方式在強調交互性的今天顯得有些落伍。而在平板電腦iPad平臺上，也出現了三維制圖軟件，例如“Home Design”App，這個軟件在結合平板電腦的多點觸控技術后，操作十分簡便，能夠通過拇指和食指縮放實現模型的構建，使模型可以迅速成型，并能即時渲染。雖然目前渲染效果比傳統PC上的效果稍差，但我相信，過不了幾年，就會達到很逼真的渲染效果。以此為鑒，我能暢想在VR技術普及的未來，我們可以置身于虛擬場景中通過各種手勢來進行操作，使用虛擬滑塊對參數進行模糊調節，并通過即時渲染得到反饋，最終達到我們預想的效果。

3 當前三維軟件的教學的現存問題

現如今在這樣的變革中，我們該如何教授現有的三維設計軟件？如果傳統的軟件幾年后就要進博物館，我們還有必要這樣教嗎？我們究竟要教軟件的什么？

作為一名從事設三維設計軟件教學多年的老師，我想談一下我的看法。時代在發展，軟件在迭代，過時的軟件和落后過時的操作方式我認為可以不必再教了，隨著電腦硬件性能幾何級數倍的增長，即時渲染越來越普及，其渲染方式可以以最少時間的消耗帶來最直觀的效果，這樣的軟件必須進入教學之列；另一方面我認為三維設計軟件的教學應該從三維設計的架構原理入手！不必過多地強調技巧和參數，原理才是核心內容。例如在3Dsmax渲染中，我時常要向學生講解材質的屬性，諸如漫反射、反射、折射等，我是通過物理的原理去解釋這些屬性，學生在理解后，自然而然的懂得了材質的調節方式。與此相對比的是，某學生在校外接受培訓，在結業之時能夠做出較好的效果圖。當我詢問他是如何操作，這名學生便打開菜單選項調節，只說是第幾排第幾個選項和參數值，我問他為什么這么操作，他卻不知道，只說這樣效果好。我覺得這樣學習軟件沒有實際意義，因為不理解選項參數的含義只是機械的記住位置和參數，當有一天，軟件更新了，參數面板換了，那這個學生就不會做了。而當我在試用新的三維軟件時，即使我從未學過，也能很快入手。所以理解三維設計的構架原理比起軟件本身重要得多。

4 三維軟件教學的展望

在三維軟件教學中，我認為不應該只停留在電腦機房，還應該使用特殊的試驗教室來輔助教學。這種教室需要提供各類模型讓學生理解建模，提供不同的材質樣品讓學生觸摸感受材質，演示不同的光源效果讓學生了解燈光，等等。簡而言之，就是以現實的角度為學生在頭腦中構建三維構架體系，等這個體系逐步完善了，即使將來在虛擬現實場景中，學生也能根據這種構架體系去適應新的軟件，并做出更好的作品。