虛實之間—基于虛擬技術的真實空間情境營造設計教學

朱寧

1 教學研究背景

所謂“虛”“實”之間，旨在探索傳統的材料構造的“實”體搭建方法基礎上，疊加采用投影成像、傳感設備、軟件編程等呈現的“虛”擬空間信息的新型手段，達成提升空間潛力、拓展學生專業視野目標，以綜合性設計提高課程訓練的挑戰度。

“虛實之間”課程引入了信息媒介互動設計的方法。這種方法在當前多應用于商業活動、博物展示、景觀營造中，且在高校中有專門的設計分支專注于設計方法、表現形式、儀器設備等方面的研究。在媒體與建筑混合教學[1]、文化遺產保護研究[2]、智慧城市[3]、智能家居[4]等方面，都涌現出百花齊放的技術突破并嘗試應用于建筑場景中。同時，傳統空間營造的真材實料建造模式并未被取代，而是不斷被數字技術增強表現力。國際上如MIT[5]、Delft[6]、國內如清華大學[7]、華南理工大學[8]等均開設了專業課程計劃面向所有學生提升實體建造的能力。

為了保證多人行為與空間環境的充分互動，投影機是課程主體的表達設備，而沒有選擇依托如頭盔、眼鏡等穿戴設備。本文分為“情”“境”“營”“造”4 個部分整合若干學生作業發展過程，從一個側面探討新興教學手段對建筑學教育支撐作用（圖1）。

1 虛實之間課程的技術路線示意

2 “虛實之間”——情境營造設計教學

2.1 情：信源對建筑空間的疊加

基于既有空間語境或人群共識，虛擬場景是對語境、共識的一種外化表現，喚起人們既有的行為，即所謂的人之常“情”。游戲規則是一個簡單直接的語境（圖2）。游戲創造了競爭、合作的規則，也就喚起了空間中人與人互動的共識，重現了游戲中的行為。空間完形則是更加隱性的探索，更類似于建筑師的創作（圖3）。這主要體現在對現有空間潛力的挖掘，尤其一些方正且高大的空間更有形式表達的效果。工藝流程也是一種空間借用的思路，更適合于在博物展陳中應用（圖4）。

2 作品《貪吃蛇》《相遇》概念設計與現場效果對比

3 作品《象天法地》《星球》概念設計與現場效果對比

4 作品《印染工坊》概念設計與現場效果對比

2.2 境：信宿與建筑空間的互動

所謂身臨其“境”，空間塑造的目標是人的行為與感受，也是本次設計要求的最終落腳點。展示時間并非評圖時刻，而像展陳活動一樣持續一周時間。通過Kinect 識別多個參與者人體輪廓和手部動作，參與者可以進行繪畫。再進一步，通過識別手部動作的速度，在模擬的流體場中，用不同的顏色顯示人體動作部位周邊的“流場”變化（圖5）。

5 作品《光之舞繪》《界》互動設計意向圖與現場效果對比

2.3 營：信道的虛擬邏輯設計

如何進行媒介傳達是承前啟后的最關鍵問題，既需要對軟硬件有較為寬廣的了解，又要選擇便捷簡單表達需求的組合方式（圖6）。空間界面變成可以隨意觸摸的觸屏，原理是利用激光雷達，任何穿過被掃描平面的物體都可被探測到并被識別為鼠標點擊（圖7）。單片機為掃描參數控制機械運動提供的媒介，例如可以通過單片機控制一對舵機，改變隔斷物體的狀態，形成可變空間（圖8）。

6 媒介設計的主要邏輯路徑

7 作品《相遇》靜態互動原理a-地面使用激光雷達掃描人腳位置b-通過軟件讀取人站立位置c-在相應位置的天花板上投影d-識別二人距離決定天花板光圈大小

8 最終“相遇”的觸發機制a-單片機控制舵機旋轉b-二人手勢近距離紅外識別

2.4 造：信道的物理空間落地

由于表達設備為投影儀，呈影面形狀、材料、顏色、質感設計成為主攻的目標。呈影面如為平面，則考慮材料的透過率對成像效果的影響；而選擇球面、柱面呈影面，則需要漫反射材料，以期在各個角度看上去亮度沒有過大差別。厚度要足夠薄，保證足夠的透射亮度 （圖9）。《薄霧館》作品難能可貴地探索了霧化呈影面的效果（圖10），對霧化成像多了不同起霧方式、不同投射方位效果的試驗，同時圓柱面的構造節點也進行了多輪推敲，最終通過真實搭建水池和柱面結構的方式，形成了氛圍非常神秘的投影互動空間。

9 作品《界》對布料選擇的探索a-紗布網孔足夠致密，保證足夠的分辨率b-紗的的厚度要足夠薄，保證足夠的透射亮度

10 作品《薄霧館》全部實驗過程展示

3 教育意義

較常規圖面作業或真實搭建作業來講，本課程設計任務挑戰度不止翻倍。設計題目的挑戰足以讓本科四年級學生以2～3 人一組完成一次學科交叉的嘗試。盡管絕大多數學生沒有編程基礎，但最終都可以在其他理工科專業同學的支持下完成本課程的互動展示。課程教學很大程度激發了網絡時代“原住民們”的熱情和天賦，讓學生們意識到未來的智慧城市、智能家居也將是建筑行業的主流，而這些信息化手段與建筑空間一樣，也最終為人的行為情緒服務，是回歸建筑學本體的一次嘗試。□（致謝：本文受到清華大學本科生教學改革項目“面向建筑學六年制本碩貫通培養計劃的建造實踐教學的價值體系與教學方法研究”支持。由衷感謝在兩次課程中無私提供技術支持的教師、研究生、本科生，他們是：清華大學美術學院王之綱教授，清華大學未來實驗室劉潔博士，清華大學建筑學院王鼎祿、孫照人、張亦馳博士，以及百造學堂創始人連曉剛、張錚，奧本未來CEO 雷雨。最終并且最重要的感謝，獻給參與本課程的所有學生，他們用專業的作品詮釋了課程題目，比筆者當初設定該課程時想象的效果更好。）