VR技術在藝用人體解剖應用程序中的開發研究

劉寶 李娜 呂良威 李梓銘

摘 要：本文以傳統藝用人體解剖教學模式和藝用人體解剖應用程序存在的弊端為切入點，分析目前VR技術發展中存在的問題，提出VR技術與藝用人體解剖結合設計構想，提出主要從動態模擬、透視角度、燈光效果和不同材質的貼圖和界面設計來開發藝用人體解剖應用程序。

關鍵詞：VR技術 藝用人體解剖 藝用人體解剖應用程序

一、傳統藝用人體解剖教學模式和現代藝用人體解剖應用程序存在的弊端

藝用人體解剖傳統的教學輔助工具一般有人體標本、人體模型、藝用人體解剖專著（教材）、藝用人體解剖掛圖、幻燈片（課件），高質量的三維的人體標本、人體模型雖然很直觀，但是價格高昂，并且體積較大不方便攜帶；在研究人體的運動時，人體標本、人體模型在動態變化情況下的結構變化則無法顯現出來，給研究和學習帶來了諸多不便；屬于二維平面范疇的書籍、解剖掛圖、幻燈片等，可以展示出很細微的骨骼和肌肉，能夠很直觀地把握人體比例和動態，能夠營造出三維的效果，在研究人體的運動時，能夠表現出人體的關鍵動作，但是這種關鍵動作表現出的往往是人體的極限狀態，并且缺少中間動作的變化，對于書中的人體結構只能通過書中的文字描述來體現出來，這種文本和圖片相互對照的呈現方式是二維平面范疇的書籍、剖掛圖、幻燈片的共同特點，在霍加斯的《人體結構》中表現的很明顯。

伴隨著信息時代（互聯網時代）的到來和智能手機的普及，出現了L' Ecorche、Artnatomy、Zygote body（前Google Body）、3DBody、Multifit Elearning等幾款人體解剖應用程序，為藝用人體解剖的研究和學習提供了借鑒作用，為藝用人體解剖學習程序的開發也提供了指導作用，但是這幾款軟件有存在缺陷，L' Ecorche是蘋果專屬軟件，是掃描三維石膏模型后再在Zbrush中雕刻出細節，總體上來說還是平面的靜態的，并且有自己的知識產權，安卓系統的手機和PC都無法使用；Artnatomy是一款專門研究人物面部表情和人物面部肌肉動態的軟件，可以讓面部肌肉和面部骨骼對應起來，還可以通過改變面部肌肉和面部骨骼的透明度來更直觀的了解對應關系，但是只有頭部到頸部的肌肉和骨骼，再者動畫表情方面很僵硬；其他三款軟件Zygote body（前Google Body）、3DBody、Multifit Elearning針對的領域側重于醫學和體育訓練，不適合藝用解剖知識的學習，再者這幾款軟件都是外國開發的，頁面內容都是英語，給訪問者帶來了諸多不便；國外網站受國內防火墻的限制，要么打開速度很慢，要么直接打不開；只有小部分內容是免費的，大部分內容都是收費的，并且價格較高。

二、目前VR技術發展中存在的問題

1.VR內容資源匱乏，優質的VR資源是VR技術發展的短板：VR內容平臺資源更新慢、資源少。主流應用商店并沒有對VR內容資源進行獨立分區，這導致VR內容資源不好發現、難以查詢。視覺體驗效果差，與VR用戶的交互式元素少，畫面品質有待提升，畫面的實時轉換效果不好。作品內容形式雷同化、簡單化，高品質原創VR內容資源待激活，將VR資源細分化，精準對位VR用戶，滿足更多元內容需求。

2.VR標準不完善，VR設備分裂，VR用戶適配難度大：VR標準不統一造成VR設備、VR操作系統、VR版本的發展不統一，從而加大了游戲、教育、醫學、影視等內容對VR用戶適應難度，這樣以來就導致VR內容生態的無秩序感，也會影響VR用戶的選擇和體驗。

3.VR技術對硬件要求高，這樣就限制VR設備應用普及：VR設備對周邊的配套產品（手機、PC）性能要求相對較高，間接抬高了VR設備使用成本。存儲量大、網速（移動流量）速度快、高性能的硬件配套設施是未來發展的方向。

三、VR技術與藝用人體解剖結合設計構想

1.在傳統的藝用人體解剖教學工具（書籍、掛圖、幻燈片和已有的應用程序）中人物動態是不方便表現出來的，但是在實際的繪畫或者創作中，對于人體的需求不單單是標準姿勢，因此我們需要知道掌握不同姿勢下的人體結構，結構的變化；傳統的人體寫生可以解決部分人體動態的問題，但是對于動作幅度比較大的姿勢，人體模特也不能長時間堅持，對于更深層的肌肉結構更是無法通過肉眼觀察到。基于現代VR技術發展的保障條件，虛擬現實的藝用人體解剖應用程序應該更加注重人體解剖動態的模擬，將人體解剖動態的模擬分為骨骼動態模擬、肌肉動態模擬和皮膚動態模擬三部分進行模擬，盡量實現虛擬現實的藝用人體解剖應用程序與用戶的交互性。

2.虛擬現實的藝用人體解剖應用程序除了注重人體的動態結構外，還應注意人體的透視變化，在很多教材中透視內容是和人體解剖放到一起的；首先虛擬現實的藝用人體解剖應用程序要實現人體在三維空間中的旋轉和縮放功能，以便用戶體驗到人體在三維空間中的透視變化，能夠結合人體的動態的變化，繪制各種透視角度下的人體結構和比例的變化，成為繪制人體透視變化的重要依據；其次要預設各種視角，方便用戶體驗虛擬現實的藝用人體解剖應用程序帶來的視覺效果，例如超廣角鏡頭、廣角鏡頭、魚眼鏡頭、標準鏡頭、中焦鏡頭、長焦鏡頭、超長焦鏡頭等鏡頭效果；最后在虛擬現實的藝用人體解剖應用程序中要實現某一結構的單獨移動功能，某一結構的單獨移動功能是結合旋轉和縮放功能的。

3.虛擬現實的藝用人體解剖應用程序的界面設計，主要內容包括：收藏（方便用戶收藏自己想要的內容）、搜索（方便用戶搜索自己想要的內容）、畫筆（用戶標識用途）、截圖、拆分模式、線框模式等內容；在介紹人體肌肉和骨骼結構時，應該采取逐步細化的分支結構，并在每個分支下面有文字、語音或者視頻解讀。

隨著生產成本的降低、VR技術推廣的加強，VR用戶規模不斷擴大，International Data Corporation （IDC）預測：到2021年，中國超過1.5億人將經常使用AR / VR平臺訪問互聯網應用、內容和數據。因此，將藝用人體解剖和虛擬現實技術相結合有重要的理論和現實意義。

參考文獻：

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基金項目：本論文為山東省教育科學“十三五”規劃專項課題《基于VR技術的藝用人體解剖APP研究與開發》階段性成果，課題編號：BCA2017001。