信息時代擴展現(xiàn)實技術(XR)對設計發(fā)展的影響

楊杰 蔡子杰

摘要：隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，影視、ACG文化作品中所營造的虛擬世界越發(fā)絢麗、逼真，因此現(xiàn)實與虛擬世界之間的橋梁——擴展現(xiàn)實技術應運而生，成為未來重要的科技研究方向。文章以最新的擴展現(xiàn)實技術應用為例，對其設計方法、原理、作品優(yōu)劣等進行分析，探究XR技術對未來設計發(fā)展，設計原理、評價標準的變化，尤其是數(shù)字媒體藝術創(chuàng)作可能帶來的影響。擴展現(xiàn)實不僅讓受眾獲得了更完美的視覺體驗，還為設計提供了多樣化的新形式和設計評價標準，完美契合了疫期信息傳達的新需要，推動了時代的進步與發(fā)展。

關鍵詞：虛擬擴展現(xiàn)實設計方法設計發(fā)展疫期

中圖分類號：J05

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（ 2021） 07-0049-03

Abstract： With the continuous development of computer and Internet technology，the virtual world created by films， ACG culture and other works is more andmore colorful and lifelike. Therefore， the bridge between reality and virtual world一extended reality technology emerges as the times require， and becomes animportant direction of scientlfic and technological research in the future. Taking thelatest application case of augmented reality technology as an example， throughthe analysis Of ltS design methods， principles， advantages and disadvantages，this paper explores the possible influence of XR technology on the future designdevelopment， design principles， design evaluation standards， especially the digitalmedia art creation. Extended reality technology not only provides the audience withnovel， gorgeous and immersive visual experience， but also provides diversified newforms， new methods and design evaluation standards tor design， which perfectlymeets the new needs of information transmission in epidemic period and promotesthe progress and development of the times

Keywords： Information age Extended reality Design method Designdevelopment Epidemic period

引言

設計藝術自西方啟蒙運動從純藝術中分離以來，一直伴隨著經(jīng)濟與科技的發(fā)展而發(fā)展。在計算機不斷普及以及互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的當下，信息量爆炸式增長，各種新興媒介、人工智能技術和產(chǎn)業(yè)正在對人們的生活方式產(chǎn)生著潛移默化的影響，尤其是信息接收的方式。傳統(tǒng)的設計學科也在經(jīng)歷著轉型與巨變。在這種大背景下，能夠突破二維媒介限制及現(xiàn)實桎梏的擴展現(xiàn)實技術應運而生，人們可以更加充分地發(fā)揮想象力，將虛擬的景、物進行“數(shù)字實體化”模擬以產(chǎn)生逼真的體驗感。在這個新興技術的影響下，設計的思路、方法和標準等將迎來新的契機與轉變。

過去的2020年無疑是困難且特殊的一年，新冠疫情的爆發(fā)使人們的日常生活出行受到了嚴重的影響。但同時疫情也一定程度上加速了線上生活的普及。線上買菜、看病、教學，博物館云游覽，大型賽事的云轉播等無不使VR、AR這些曾經(jīng)略顯高端的技術越發(fā)貼近生活及大眾化。本文以新興的擴展現(xiàn)實技術為研究對象，結合最新的案例，剖析其對設計學和設計行業(yè)可能帶來的影響以及未來的發(fā)展趨勢。

一、XR技術及冥發(fā)展

（一）應運而生的XR技術

作為最主要的感覺器官，日常生活中大部分信息都是通過視覺獲得的，因此人類對于視覺感受的用戶體驗一直非常重視。從戰(zhàn)國學者墨翟偶然發(fā)現(xiàn)小孔成像原理、到夏爾·雪佛萊制作第一張照片，我們在認識探索世界的道路上從未停止過對于視覺能力的拓展。步入信息時代后計算機、移動電子設備等高速發(fā)展的同時，也帶動了顯示技術。無論是8K家用電視的出現(xiàn)，亦或者手機上越來越高的顯示分辨率、精度和色彩準確度;小到便攜的智能手表、大到色彩絢麗觀感震撼的巨幕熒屏，縱觀顯示設備的發(fā)展史不難發(fā)現(xiàn)一無論是電視、影院、戶外廣告裝置，還是手機、平板、筆記本電腦等移動設備，尺寸都在不斷變大，其中最主要的原因還是大尺寸大屏幕所帶來的沉浸觀感。盡管如此，相較于人眼視角的超高分辨率以及平面媒介自身的限制，普通的人造影像設備還是無法很好地滿足人們對沉浸式體驗的需求。因此，擁有良好沉浸性、交互性、想象性三大特點的XR技術開始受到人們的青睞一通過計算機強大的計算能力實時生成模擬的仿真環(huán)境，將現(xiàn)實環(huán)境與虛擬世界“無縫”融合，把原本在生活中難以體驗到的實體信息模擬后應用到真實的世界，被人類感官所感知，交互并產(chǎn)生接近真實的互動感受。

（二）擴展現(xiàn)實的概念

XR的全稱是“擴展現(xiàn)實”（Extended Reality），是一種集成了虛擬、增強和混合現(xiàn)實技術的擴展現(xiàn)實技術。其中VR （Virtual Reality）“虛擬現(xiàn)實”是讓受眾利用可穿戴設備在計算機模擬的虛擬世界中體驗酷似現(xiàn)實的實時互動環(huán)境，以獲得沉浸式的視覺、聽覺甚至觸覺感受。AR （Augmented Reality）是在虛擬現(xiàn)實的基礎上發(fā)展起來的“增強現(xiàn)實”，其綜合運用數(shù)字媒體、三維空間建模、物體實時追蹤及注冊、智能交互、光線傳感等技術將虛擬信息與現(xiàn)實世界進行巧妙融合。這種融合不是簡單的疊加，而是依靠計算機強大算力以及各種傳感器、虛擬模型來實現(xiàn)的“無縫”合成，達到以假亂真的效果。“混合現(xiàn)實”（Mixed Reality）則更進一步突破媒介限制，在虛擬、現(xiàn)實世界以及受眾三者之間創(chuàng)建可以直接進行實時交互的綜合性環(huán)境。可以說，XR是對VR、AR和MR三種技術的綜合運用。

隨著基于數(shù)字化技術的新媒體及傳播工具的發(fā)展，美國麻省理工學院教授尼格羅龐蒂于1995年出版的著作《數(shù)字化生存》中所描繪的數(shù)字化世界逐漸成為現(xiàn)實，人們的日常生活再難以離開數(shù)字設備以及互聯(lián)網(wǎng)。據(jù)統(tǒng)計，油管上每天上傳的視頻量可以連續(xù)不間斷地播放80年，信息超載也導致獲取信息的主要方式由傳統(tǒng)媒介轉向數(shù)字媒介。而沉浸式體驗這個曾經(jīng)要借助復雜的現(xiàn)實封閉空間和大量的輔助設備才能實現(xiàn)的概念被數(shù)字技術賦予了全新的涵義一通過數(shù)字媒介提供參與者高度仿真的沉浸式體驗，提高信息傳遞的效率，

保羅米爾格拉姆和岸野文郎早在1994年就提出了虛實統(tǒng)一體（Reality-V.rtuality- Continuum）的概念，“實”即真實存在的現(xiàn)實世界，“虛”是計算機模擬的虛擬世界。他們認為隨著科技的發(fā)展，我們的世界將逐漸成為一個虛實結合的空間一現(xiàn)實世界與計算機模擬的增強虛擬現(xiàn)實的結合，兩者之間的界限將越發(fā)模糊，而XR技術就是連接現(xiàn)實和虛擬兩端的橋梁。

（三）特殊時期的發(fā)展機遇

受到疫情影響，2020年以來，為了讓人們足不出戶，在家也能享受到高質量的視覺體驗，擴展現(xiàn)實逐漸走入公眾的視野。部分線上演唱會、產(chǎn)品發(fā)布會和影視作品的拍攝等場景開始使用到XR。其主要技術框架大致由數(shù)個尋像器、監(jiān)視器所組成的錄制場地、攝像機、光線傳感與定位裝置、圖形渲染引擎（AR技術）等幾大元素組成，最后將通過計算得到的虛實結合的圖像內容傳輸至顯示媒介，形成完整的XR場景。擴展現(xiàn)實的火熱并不是偶然，就像宮崎駿編劇的經(jīng)典動畫電影《借東西的小人阿莉埃蒂》中所描繪的一樣，每個人小時候也許都曾幻想過創(chuàng)造一個微縮世界，把自己縮小并放進去，這樣就擁有了一個與世隔絕的天地。很可惜現(xiàn)實世界存在物理法則的約束，最接近這個想法的表現(xiàn)形式，可能就是電子游戲了。而現(xiàn)在，得益于XR技術的發(fā)展完善，受眾通過虛擬、增強現(xiàn)實可以獲得相較于手機、電腦等二維媒介更加真實，沉浸的觀感。敦煌研究院開發(fā)的數(shù)字敦煌網(wǎng)站，讓觀眾縱使相隔千里也能夠“親臨現(xiàn)場”感受莫高窟優(yōu)美壁畫的濃厚藝術熏陶。大英博物館與虛擬現(xiàn)實開發(fā)商合作開發(fā)了VR應用，觀眾通過Oculus觸摸控制模擬器就可以打破空間限制，在線上把玩、欣賞大英博物館中的海量藏品。美國舊金山現(xiàn)代藝術博物館也開始嘗試使用增強現(xiàn)實技術來展示館藏的藝術作品，帶給觀眾不一樣的閱覽體驗。蘋果公司這兩年也在手機、平板等移動設備上大力研發(fā)Lidar模組（發(fā)射光線陣列的雷達），通過這個模組，移動設備可以實時精準的測算空間深度，而空間深度對于VR、AR的體驗至關重要。

二、XR技術對設計的影響

德國著名設計學院包豪斯的創(chuàng)始人格羅佩斯很早就意識到技術與藝術相統(tǒng)一的必要性，無論何種技術在融入藝術創(chuàng)作時都不能剝離藝術創(chuàng)作的基本法則。因此他創(chuàng)辦了雙軌制的教學制度，嘗試將藝術與技術相結合，為現(xiàn)代主義奠定了理念基礎，一直到今天都是設計師所遵循的設計原則。而根據(jù)XR技術出現(xiàn)的時代背景以及其與數(shù)字媒體藝術、視覺信息傳達密不可分的關系，其對設計行業(yè)產(chǎn)生的影響必然也是深遠的。首先就設計評價標準而言，以平面設計為例，建立于紙媒和印刷等傳統(tǒng)平面媒介的平面設計師核心競爭力大大減弱，VI、招貼、LOGO等平面作品將不再局限于在靜態(tài)、二維的顯示媒介上進行展示，三維化的成像技術，動態(tài)化的顯示效果為平面設計動態(tài)化即動態(tài)圖形設計帶來了新可能，而相應的設計評價標準也會發(fā)生變革;其次對于設計過程而言，諸如設計方案構想、推進和完善等階段，都需要通過手繪方案稿、二維渲染效果圖，三維模型等方式進行預覽和展示并修改或與客戶溝通，在這個過程中受制于二維的展示媒介，設計師的理念表達難免會受到影響而表達不清或者不夠準確。

XR技術很好地彌補了這些缺陷，設計師可以通過擴展現(xiàn)實將設計方案以更加真實，全面的效果快速應用于實際場景中進行展示，使受眾在方案階段就能對設計有直觀的了解和感受。不僅方便了設計師的理念、思維展示過程，還使作品修改完善過程更加靈活便利，讓設計師有更多的精力來孕育創(chuàng)意（圖1）。在電影《鋼鐵俠》中（圖2），史塔克工業(yè)就運用擴展現(xiàn)實對設計方案進行實時的預覽與調整。今年春節(jié)檔的一部國產(chǎn)特效大片《刺殺小說家》也使用了XR延伸出的虛實結合的拍攝方法，即通過光學追蹤，把現(xiàn)實中攝影機的實時空間位置信息同步投射到一個虛擬引擎里，在拍攝真人鏡頭的同時預覽到相對應的虛擬畫面。虛實結合拍攝提供了更加自由方便的拍攝條件，攝影師和導演不需要去猜測后期合成的效果，可以根據(jù)拍攝現(xiàn)場的尋像器和監(jiān)視器實時看到拍攝的內容以及虛實結合后的初步畫面。由此可見XR技術不僅提升了用戶的視覺體驗，方便了設計制作的過程，同時還為設計方法、過程和評價標準等帶來了革新。

可以預見，在XR技術的幫助下，人們獲取信息的方法進一步簡化。科幻電影《銀翼殺手2049》（圖3）以及去年大熱的次世代主機游戲《賽博朋克2077》中都對未來生活中擴展現(xiàn)實技術的應用做了生動設想，借助全息投影（AR增強現(xiàn)實技術的衍生）、便攜式穿戴電子設備乃至義眼的幫助，信息的傳播與接受跳出了二維媒介限制，虛擬影像與現(xiàn)實世界的場景搭配進行展示，增強了視覺信息的觀賞性、互動性和體驗感。接下來，我們通過S10英雄聯(lián)盟全球總決賽以及2021春節(jié)聯(lián)歡晚會的案例分析，來實證XR技術是如何革新視覺信息傳達方式，為設計領域帶來全新可能的。

三、XR技術未來方向的相關思考

（一）臨危受命的XR技術

作為當今世界上最知名，影響最廣泛的電子競技項目，每年的英雄聯(lián)盟全球總決賽都引人矚目，屢屢創(chuàng)下數(shù)千萬人同時觀看、總人數(shù)3.9億（2016年官方數(shù)據(jù)）和累計觀看時長超10億小時（2019年官方數(shù)據(jù)）的記錄。2020年的總決賽時隔三年再次在中國上海舉辦。像這樣高規(guī)格的電競賽事，為了讓觀眾能有更好的體驗，背后的團隊投入了大量的時間與金錢，整個賽事的直播規(guī)劃從一年前就已經(jīng)開始。受疫情影響，今年的全球總決賽與往年不同，沒有現(xiàn)場的觀眾，整個比賽流程幾乎都在單一的演播室和缺少氛圍的有限舞臺空間內呈現(xiàn)，如何把這個劣勢轉變?yōu)閮?yōu)勢，既為觀眾帶來完美的賽事轉播，同時提高觀眾的審美標準呢？拳頭公司最終選擇了XR技術。

（二）顛覆傳統(tǒng)的視覺效果

按照體育賽事直播的傳統(tǒng)觀念，比賽現(xiàn)場的攝像頭是不能轉向工作人員或充滿桌椅雜物的后臺的，然而XR技術就可以360度地來展示這個拓展現(xiàn)實的效果，原本與比賽內容格格不入的機械設備等被XR場景取代，觀眾通過攝像師操控的真實與虛擬鏡頭在帶有部分現(xiàn)實世界的夢幻空間里遨游。每場比賽轉播都有三十多臺攝影機參與錄制，其中有數(shù)個紅外攝影機會時刻發(fā)射紅外線并接受布滿整個舞臺的紅外線反射點反射回的光線。當一臺攝影機能夠同時接受多個點返回的紅外線時，就可以通過點之間的距離與夾角計算出攝影機的實時位置，再將其與虛擬攝像機（UnreaI虛擬世界引擎中的攝像機）進行運動對齊，最后把虛擬引擎與現(xiàn)實中所拍攝的不同畫面進行實時的合成，絢麗的虛擬世界就與真實的比賽現(xiàn)場得到了很好的有機結合。以往觀眾席的位置被轉換為了充滿想象力的藝術空間，有限的場地空間得到了充分的擴展，線上的比賽轉播獲得了更好的沉浸感，趣味性和視覺體驗。在觀眾眼中，選手們仿佛置身于高聳的東方明珠、上海中心大廈之下，頭頂星海，腳下的舞臺被波光粼粼的水面所包圍。這些充滿人文關懷的元素的融入使電競比賽的現(xiàn)場不再冰冷、單調。以此為靈感，擴展現(xiàn)實技術也可以應用于環(huán)境、景觀、展示設計等領域，將有限的櫥窗、店面環(huán)境進行延伸，更多充滿創(chuàng)意、天馬行空的視覺環(huán)境展示成為可能，在控制成本的同時也保護了環(huán)境。

對于XR場景來說，要做到以假亂真，除了攝影機定位精確之外，現(xiàn)場的光線設計也很重要。S10的XR技術團隊除了運用大量的頂部打光之外，還活用了現(xiàn)場LED顯示屏發(fā)出的光對整個舞臺空間進行一個基本的照明，同時通過自主設計的插件將Unreal引擎（虛擬世界）里的燈光環(huán)境與實際舞臺中的燈光進行匹配。若虛擬世界的光線產(chǎn)生變化，那么舞臺中對應的實際燈光也會隨之改變，這樣觀眾看到的整個虛實結合的畫面就不會因光線混亂產(chǎn)生失真感。光線對于視覺信息的傳遞與接受至關重要，無論是丹麥設計師保羅·漢寧森的著名設計pH燈具，還是現(xiàn)代主義建筑大師貝聿銘老先生所提出的，“讓光線來作設計。”從商品擺放的展柜，博物館陳列的櫥窗到車站機場的大屏幕等，各式各樣的光線都在直接或間接地影響著我們，起到引導視線、過濾信息、渲染情緒、烘托氛圍等作用。未來的信息傳達與環(huán)境空間展示會更關注受眾的體驗，帶來更好的產(chǎn)品、視覺互動，而這些都離不開光線。擴展現(xiàn)實技術極大地方便了設計師在設計時模擬光線效果，不同環(huán)境下的光線設計與應用更加靈活多變。針對復雜的環(huán)境光，XR場景可以通過模擬計算輔助現(xiàn)實中的光線系統(tǒng)實時調節(jié)出最符合受眾觀看習慣的舒適場景，而這也很好地契合了人體工程學先驅亨利·格雷福斯所提出的“設計必須符合人體的基本要求”。如圖4。

（三）新技術促進設計創(chuàng)新

競技比賽的最大魅力在于其實時性與不確定性。選手的狀態(tài)、陣容的組合、戰(zhàn)術的指揮，微小的操作甚至是地圖資源的隨機刷新等種種因素，都會影響到一場比賽的走向，而這種充滿變化的比賽形式，為賽事的直播帶來了極高的難度和廣闊的設計發(fā)揮空間。除開XR為賽事直播的技術方案帶來的改變外，其同樣也為賽事的內容方案注入了新鮮的血液，例如現(xiàn)場攝像機的布置、舞美效果的設計與呈現(xiàn)、宣傳片的制作播放流程、比賽數(shù)據(jù)的實時展示、賽事視覺包裝等。主辦方將原本需要通過數(shù)字化圖表、動畫等形式直接傳達給線上觀眾的大量賽事數(shù)據(jù)信息與現(xiàn)場的舞臺及場景布置進行令人耳目一新的結合，二維信息打破次元壁得到了立體化展示，提升了信息傳達的準確度、直觀度和信息接受的趣味性。隨著經(jīng)濟水平的高速發(fā)展以及物質財富的不斷飽和，人類社會逐漸迎來了精神經(jīng)濟時代，傳統(tǒng)設計專業(yè)開始不斷轉向“服務設計”，用戶的體驗感成為越發(fā)明顯的企業(yè)競爭優(yōu)勢。體驗管理平臺Qulatrics提出了“領先觀念、提高意識、激活能動性、洞察與啟發(fā)、積極回應以及不破不立”六種體驗管理所必須的理念，想要不斷提高用戶的體驗，不能只停留于對已知問題的逐個解決，更應該積極領導開發(fā)創(chuàng)新。擴展現(xiàn)實無疑為設計創(chuàng)新提供了極大的便利與契機。

2021年春節(jié)聯(lián)歡晚會也運用了亮眼的XR技術創(chuàng)新。在歌舞節(jié)目《牛起來》中，制作團隊將中國傳統(tǒng)文化元素與未來感十足的技術進行了完美的聯(lián)結，為遠在千里的劉德華打造了與現(xiàn)場舞臺相融合的四個虛擬場景。劉德華透過屏幕在蕩氣回腸的宏偉中式建筑上演唱，在龐大的中式傳統(tǒng)禮盒所搭建的夢幻世界中舞蹈，在象征著年年有“魚”的海洋中遨游，與現(xiàn)場的關曉彤、王一博等演員進行實時互動。借助XR技術將虛擬世界、現(xiàn)實世界以及人物結合的能力，周杰倫得以在云錄播的《莫吉托》歌舞表演中駕駛著粉紅色小轎車“環(huán)游”世界。

通過對XR案例的分析，可以發(fā)現(xiàn)其對視覺效果提升的重大幫助。巧妙運用XR技術有效提升了視覺信息在傳播時的效率、趣味性以及觀賞性，為受眾帶來沉浸式觀看體驗的同時，無需花費大量的資源搭建真實場景。XR技術也衍生出一系列新的設計種類，為設計評價標準賦予了新涵義。

目前復雜的XR場景仍然需要強大的硬件設備支撐，即計算機強大的算力與渲染能力來處理海量的燈光和實時視頻數(shù)據(jù)，僅有一小部分最新的影視劇、電影，大型賽事、演出會使用，因為它價格高昂且技術難度較大。但是從長遠的發(fā)展來看，XR技術有著廣闊的發(fā)展與應用空間，諸如《頭號玩家》（圖5）《創(chuàng)：戰(zhàn)紀》《黑客帝國》等一系列著名的科幻電影中，都展現(xiàn)了人們對于XR技術在未來可能對人類文明發(fā)展所產(chǎn)生影響的設想。

結語

縱觀當下，尤其是疫情期間，無論是制造業(yè)中的產(chǎn)品設計生產(chǎn)，亦或是線上遠程醫(yī)療、教育、娛樂行業(yè)，乃至零售行業(yè)，大部分領域都能運用到XR技術。而這個以提升視覺效果為主的技術勢必會推動設計的新發(fā)展。隨著科技水平的進步，擴展現(xiàn)實更多地走進人們的視野，深入到生活的方方面面中。擴展現(xiàn)實擁有逼真的沉浸式體驗感，這種優(yōu)勢難免會面臨被用來表現(xiàn)某些過于暴力血腥的內容，此時設計內容的規(guī)范就尤為重要。器物只是實現(xiàn)行為的媒介、工具和手段，設計所需要關注的對象一直都應該是使用者。維克多·帕帕奈克在其設計倫理著作《為真實的世界設計》中就提到，設計要為人民服務，要遵從設計倫理原則。同時，再完美的器物也需要借助于人類的智慧才能發(fā)揮出價值，技術進步的同時也要進一步提高藝術設計的水平，新興的XR技術在應用到設計領域時只有時刻秉承著這一基本理念，才可以走的更遠。

參考文獻

[1]郝強，付心儀，徐迎慶.信息時代背景下的新興人眾化設計[J]裝飾，2020 （03）：38-42

[2]董夢瑤，高增桂，劉麗蘭基于 AR技術的設計評價系統(tǒng)研究[J].包裝工程，2021，42 （06）：192-197

[3]孫浩，董是非，李成博基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字媒體藝術創(chuàng)作研究[J].設計，2017 （15）：46-47

[4]楊浩婕，邱雅慧關于沉浸式傳播的虛擬現(xiàn)實藝術設計策略分析[J] .設計，2017 （19）：113-114

[5]朱琪穎數(shù)字化時代標志設計發(fā)展研究[D].江南大學，2008： 8-11

[6]王愉，辛向陽，虞吳等人道至簡，殊途同歸：體驗設計溯源研究[J].裝飾，2020 （05）：92-96

[7]祝帥廣告學與設計學：走向新的整合[J].裝飾，2020 （07）：23-27

[8]莫偉雄虛擬技術增強版XR展現(xiàn)實技術如何改變世界[Z] https：//izhuanlan.zhihu.com/p/83982367 2019-09-24

[9]影視颶風后臺揭秘：S1O的直播方策為什么這么貴？[Z]https： //wwwbilibilicom/video/BVISt4ylv77R 2020-10-18

[10]天彗藝術與技術的新統(tǒng)一（一）[Z].http： //bjogsinacomcn/s/blo～ 590cf1090100056shtml 2006-09-05

[11]（美）維克多·帕帕奈克，周障澤為真實的世界設計[M]北京：中信出版社，201301