虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字交互產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

朱夢妮

（廣東文藝職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 511400）

0 引言

數(shù)字媒體設(shè)計（以下簡稱數(shù)媒）專業(yè)是一門集藝術(shù)設(shè)計、科學(xué)技術(shù)與傳播媒體交叉融合的實踐藝術(shù)設(shè)計應(yīng)用學(xué)科。在數(shù)字媒體技術(shù)、交互體驗技術(shù)的不斷發(fā)展中，數(shù)字交互產(chǎn)品設(shè)計項目研究處于設(shè)計思維與新技術(shù)迭代的探索階段[1]。目前，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術(shù)以及沉浸式交互的不斷發(fā)展，給課程項目教學(xué)帶來了新的可能性。本文以數(shù)媒專業(yè)數(shù)字交互產(chǎn)品設(shè)計課程項目《醒獅扎造坊》交互產(chǎn)品設(shè)計為例，從項目選題、項目策劃到應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行項目設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升專業(yè)課程的教學(xué)效果。

1 《醒獅扎造坊》項目選題來源

在高職院校藝術(shù)類專業(yè)教學(xué)實踐中，傳統(tǒng)教學(xué)手段采用獨立專業(yè)科目知識理論與習(xí)作項目實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，通過教授學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)相關(guān)的知識體系，由教師提供命題或?qū)W生小組自選項目主題的方式開展項目設(shè)計，鞏固練習(xí)專業(yè)知識能力。學(xué)生在面對項目選題時往往存在只專注專業(yè)課程知識，忽略了項目主題的人文意義及傳播功能[2]。為了改善高職學(xué)生重技術(shù)、輕人文的現(xiàn)象，本設(shè)計項目選題來源于高校人文素質(zhì)公共課程《非遺訓(xùn)練營——佛山彩扎獅頭》系列講座，在公共課程中為傳承中國傳統(tǒng)文化精神，弘揚地方非遺文化，通過對佛山彩扎獅頭的歷史文化、技藝傳承及工藝流程的生動講解，讓學(xué)生們可以更加深刻地了解佛山彩扎獅頭的非遺文化知識，將專業(yè)課程的技能知識與公共課程的文化傳承有機地結(jié)合起來，以提供更全面和綜合的教育體驗，為數(shù)字交互產(chǎn)品專業(yè)實踐課程的項目背景、選題研究提供了文化基礎(chǔ)。

2 《醒獅扎造坊》數(shù)字交互產(chǎn)品的設(shè)計策劃

通過從公共課程《非遺訓(xùn)練營——佛山彩扎獅頭》中所學(xué)習(xí)到的佛山彩扎獅頭的歷史來源、文化故事及獅頭扎制工藝與流程，從而對接到數(shù)字媒體設(shè)計專業(yè)的數(shù)字交互產(chǎn)品課程實踐項目設(shè)計，根據(jù)項目選題，教師指導(dǎo)學(xué)生進行了更加深入詳細的背景資料調(diào)研，并確定該項目的設(shè)計目的及設(shè)計痛點。

2.1 設(shè)計調(diào)研與目的

醒獅是首批被列入國家級非物質(zhì)遺產(chǎn)名錄的漢族民俗文化。佛山彩扎獅頭文化歷史悠久，具有極高的藝術(shù)價值。其扎制方法是本土文化、工藝技藝的世代傳承。扎制流程的傳承技藝與精細程度體現(xiàn)出博大精深的民俗文化與匠心獨具的工匠精神。

佛山醒獅彩扎工藝謹(jǐn)遵傳統(tǒng)的扎制步驟，分為扎、撲、寫、裝4 個步驟，采用天然毛竹、砂紙、油彩及絨毛等材料，制作出獅頭的造型形狀。因此，在《醒獅扎造坊》數(shù)字交互產(chǎn)品項目設(shè)計中，將設(shè)計開發(fā)的核心定位為弘揚傳統(tǒng)文化、傳承傳統(tǒng)工藝技藝。產(chǎn)品的設(shè)計需要滿足物質(zhì)層面與精神層面的雙重需求，通過交互的方式對獅頭扎制4 個步驟的工藝流程——“扎”“撲”“寫”“裝”進行體感化的交互體驗，在視覺場景與交互形式上盡量模仿、還原真實的醒獅獅頭彩扎工作室環(huán)境與制作流程，達到數(shù)字化傳播的設(shè)計目的與交互效果。

2.2 設(shè)計策略與框架

傳統(tǒng)彩扎獅頭擁有多年傳承歷史的規(guī)范制作技藝，原材料的選擇與制作工具的使用有一定專業(yè)性，其技藝是通過師傅帶徒弟言傳身教的方式進行傳承，而如今這種口口相傳的教習(xí)方式使得傳統(tǒng)彩扎獅頭技藝的流傳度大大降低。為了讓大眾注意到這項世代流傳的非遺技藝瑰寶，讓更多的受眾體驗者感受到傳統(tǒng)的扎制步驟與流程，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)及體驗彩扎獅頭的工藝技藝，采用現(xiàn)代人容易關(guān)注和接受的數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計、加強設(shè)計中交互的體驗效果，成為較為重點的設(shè)計理念。《醒獅扎造坊》項目設(shè)計確定了通過數(shù)字設(shè)計的方式構(gòu)建出一個虛擬線上的彩扎獅頭工作坊。這個虛擬工作室空間為體驗者提供沉浸式的交互體驗。體驗者進入彩扎獅頭工作坊中，化身修習(xí)獅頭扎制技藝的少年，通過在虛擬工作室空間中尋找、收集醒獅獅頭扎制的工具及素材，引導(dǎo)體驗者完成彩扎獅頭制作的扎、撲、寫、裝4 個工藝流程與步驟。《醒獅扎造坊》根據(jù)醒獅扎制的流程順序設(shè)定了故事線，體驗者在交互過程中以第三人稱視角自由控制修習(xí)獅頭扎制技藝的少年角色在工作室空間自由移動，通過查看記錄著彩扎獅頭制作工藝的手札了解獅頭扎制所需要的工具（剪刀、刷子、畫筆及糨糊等）及素材（竹片、砂紙、油彩及絨毛等）。當(dāng)拾取到足夠的工具及素材，體驗者可根據(jù)引導(dǎo)來到扎制獅頭的工作臺，按照彩扎獅頭的制作流程完成獅頭的扎制。整個產(chǎn)品框架如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品框架

3 VR 技術(shù)在《醒獅扎造坊》項目中的應(yīng)用

VR 技術(shù)通過計算機生成的模擬環(huán)境，以感官沉浸的方式讓用戶與模擬環(huán)境互動[3]。在這個虛擬世界當(dāng)中，使用者可以從自己的視點出發(fā)，佩戴頭戴式顯示設(shè)備如VR 眼鏡、VR 頭盔，與模擬環(huán)境互動。VR 顯示設(shè)備將虛擬環(huán)境中的三維圖像顯示在用戶眼前。這些顯示設(shè)備通常包括高分辨率的屏幕、跟蹤系統(tǒng)和透鏡，以提供逼真的視覺效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字交互產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用，不僅能讓受眾感受到沉浸在數(shù)字虛幻世界的體驗效果，而且可以通過頭戴式VR 設(shè)備配備的手柄、控制器等交互工具，讓用戶在虛擬環(huán)境中進行抓取物體、繪畫等手勢控制，對虛擬世界中的物體進行瀏覽與交互。

構(gòu)建虛擬現(xiàn)實世界，有沉浸感（Immersion）、互動性（Interaction）及想象力（Imagination）這3 個基本的要素。沉浸感是通過計算機生成的虛擬場景，使用者可以體驗到脫離現(xiàn)實世界，如同真實地身處虛擬場景的現(xiàn)場體驗感。互動性指的是用戶可以與虛擬場景進行交互，從而提升用戶的參與感。想象力是指用戶通過虛擬的交互體驗，可以產(chǎn)生生理和心理的臨場感、參與感，如同真實地在虛擬場景中完成游覽或制作的體驗一般。這需要計算機技術(shù)、三維軟件及虛擬軟件的共同協(xié)作[4]。《醒獅扎造坊》項目包含3 個重要的設(shè)計組成部分，分別是人物與物品的三維模型、彩扎獅頭工作坊的虛擬空間搭建以及沉浸式的交互體驗效果。這3 個部分中都可以融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計開發(fā)，分別是三維建模、虛擬場景搭建及沉浸式VR 設(shè)備的應(yīng)用，如圖2 所示。

圖2 項目設(shè)計應(yīng)用到的虛擬現(xiàn)實技術(shù)

3.1 三維設(shè)計的場景搭建

為了搭建出彩扎獅頭制作工作坊虛擬場景，盡量具象化工作坊中的工具材料等內(nèi)容，《醒獅扎造坊》采用三維建模的設(shè)計方式進行視覺表達。計算機三維軟件如MAYA、3D MAX、Zbrush 等，早期主要應(yīng)用于工程設(shè)計、環(huán)境藝術(shù)及電影游戲等行業(yè)，近年來在數(shù)字媒體藝術(shù)設(shè)計及交互設(shè)計等領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。三維軟件技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是所見即所得的實時渲染效果，使得三維建模軟件應(yīng)用隨著軟件的迭代逐漸普及。因此，此次項目設(shè)計將三維建模軟件作為視覺表現(xiàn)形式，主要用于項目中彩扎獅頭工作坊的環(huán)境場景設(shè)計，工作坊家具、獅頭制作工具及制作素材等模型的三維建構(gòu)。

Blender 是一款免費且開源的三維計算機圖形軟件，具有廣泛的功能和用途。Blender 軟件支持用戶創(chuàng)建各種三維模型，包括角色、道具、建筑和環(huán)境，并提供了多種建模工具和技術(shù)，包括多邊形建模、次表面細分和雕刻等[5]。Blender 軟件具有渲染和可視化功能，具備內(nèi)置的渲染引擎，可以生成高質(zhì)量的圖像和動畫。Blender 支持Cycles 渲染引擎和Eevee 實時渲染引擎，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)逼真的視覺效果；具有強大的物理模擬工具，用于模擬液體、煙霧、布料和剛體等物理現(xiàn)象，非常適合用于彩扎獅頭工作坊中的工具及制作材料的三維建模。

《醒獅扎造坊》項目三維視覺設(shè)計的具體實施過程包括數(shù)據(jù)收集、三維實體建模兩個環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)收集階段，為了能夠盡量逼真地還原真實彩扎獅頭扎造的工具材料和工作場景，課程項目從公共課程《非遺訓(xùn)練營——佛山彩扎獅頭》進行了詳細的資料調(diào)研，參與人員前往佛山祖廟博物館、彩扎獅頭工作室進行了實地的資料收集與圖片采集，獲得原始的圖片資料與貼圖資料，并使用Photoshop 等圖片處理軟件將資料轉(zhuǎn)化為模型紋理庫，用于后期的三維模型建模。模型是三維虛擬空間搭建的基礎(chǔ)，模型建構(gòu)的基本原則是在保證建模物體的真實性和可塑性的基礎(chǔ)上盡量減少模型所含的面數(shù)，減小數(shù)據(jù)文件的大小，保證實時渲染的效率及幀率，可以提升項目交互體驗的流暢性。

3.2 虛幻引擎空間可視化

虛幻引擎（Unreal Engine）是由Epic Games 公司開發(fā)的一款強大的游戲引擎和實時三維內(nèi)容創(chuàng)建工具，不僅用于游戲開發(fā)，還在虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和實時三維內(nèi)容創(chuàng)建等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。虛幻引擎最初是為游戲開發(fā)而創(chuàng)建的，提供了豐富的工具和資源，用于創(chuàng)建高品質(zhì)、逼真的三維游戲世界，支持跨平臺開發(fā)，包括PC、主機、移動設(shè)備和虛擬現(xiàn)實平臺。虛幻引擎以其強大的實時渲染引擎而著稱，可以實時呈現(xiàn)高品質(zhì)的圖形，包括逼真的光照、陰影、材質(zhì)和粒子效果，創(chuàng)建出引人入勝的視覺效果。虛幻引擎支持VR 和AR 開發(fā)，使開發(fā)者能夠創(chuàng)建引人入勝的虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實應(yīng)用。

使用虛幻引擎設(shè)計工作室空間，首先需要對現(xiàn)實場景中的彩扎獅頭工作室的空間布局、材質(zhì)、光照、裝飾風(fēng)格和色彩等方面進行資料收集，選擇適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)和紋理來裝飾工作室內(nèi)部。虛幻引擎提供了各種材質(zhì)庫，也可以導(dǎo)入自定義材質(zhì)。在工作室中添加家具模型、裝飾模型和工作設(shè)備模型，以實際模擬工作環(huán)境，包括工作空間和藝術(shù)作品展示區(qū)域。利用虛幻引擎的交互性功能，用戶能夠在虛擬工作室中自由漫游，與物體互動，做出打開門、拾取和組裝等動作，從而達到《醒獅扎造坊》項目空間可視化與交互體驗的設(shè)計要求。

3.3 Twinmotion+VR 頭顯設(shè)備沉浸式體驗

完成項目設(shè)計的三維建模、可視化空間場景搭建及基本的交互體驗效果功能后，需要使用VR 頭顯設(shè)備完善《醒獅扎造坊》的沉浸式體驗效果。項目設(shè)計過程使用Twinmotion+VR 頭顯設(shè)備進行沉浸式的體驗。

Twinmotion 是一款由Epic Games 公司開發(fā)的虛擬現(xiàn)實軟件，主要功能是將場景和環(huán)境設(shè)計可視化、交互化。Twinmotion 軟件可以實時渲染三維場景，使用戶能夠即時看到設(shè)計的效果，同時支持導(dǎo)入多種三維文件格式，能夠?qū)⑶捌诘哪Ｐ团c場景設(shè)計從其他軟件轉(zhuǎn)移到Twinmotion 軟件中進行渲染和可視化。Twinmotion 軟件具有交互式漫游功能，可以實現(xiàn)《醒獅扎造坊》中彩扎獅頭工作室的工作場景，并在場景中進行探索和互動，配合HTC Vive VR 頭戴設(shè)備的房間跟蹤系統(tǒng)，可以實現(xiàn)用戶在醒獅扎造坊工作室中自由移動的交互功能，也可以支持使用VR 頭顯設(shè)備的觸控手柄對場景中的工具素材進行點擊、拾取等交互動作。

4 結(jié)語

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機圖形技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字媒體設(shè)計、交互設(shè)計呈現(xiàn)出更加多元化的設(shè)計方法與表達形式。地方非遺文化技藝的傳承任重道遠，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)媒專業(yè)數(shù)字交互產(chǎn)品設(shè)計上的應(yīng)用，是嘗試改變當(dāng)下口口相傳的傳統(tǒng)文化技藝教習(xí)模式，讓更多的大眾注意到彩扎獅頭這一世代流傳的嶺南非遺技藝瑰寶。在專業(yè)教學(xué)中融入對非遺技藝傳承的主題設(shè)計，激發(fā)了學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，從而提升課程的教學(xué)效果，將高校專業(yè)教學(xué)實踐與傳統(tǒng)文化知識相結(jié)合的項目設(shè)計探索，對于樹立民族自信心、培養(yǎng)工匠精神以及對地方傳統(tǒng)技藝文化的傳承具有一定的意義。