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摘要：虚拟现实技术具有各种先进的优势，可以在环境艺术设计中发挥出重要的作用，文章介绍了虚拟现实技术，就虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用展开探究，并通过分析虚拟现实技术的特征、关键技术等，提出运用虚拟现实技术开展环境艺术设计的方案，供参考。
关键词：虚拟现实技术；环境艺术设计；模拟交互
随着社会的稳定发展,科学技术的不断发展,虚拟现实技术应运而生，该技术可以直接展示艺术设计，提高预算的准确性，使双方的互动性增强。而环境艺术设计作为一项相对复杂的设计,引入虚拟现实技术,能够将繁琐的设计过程简单化,从而提高设计效率与质量。因此,虚拟现实技术应用于环境艺术设计中具有非常大的现实意义。
1.虚拟现实技术概述及其主要特征
1.1 虚拟现实技术概述
虚拟现实技术是多种计算机技术的集合，其主要包括电子集成技术、测量与传感技术、计算机模拟仿真技术等。虚拟现实技术也是硬件、软件计算机技术的集合，客户可以通过计算机的硬件操作面板，进行虚拟场景与人之间的智能交互，从而带给受众一种沉浸式的虚拟感受。首先，计算机技术的模拟仿真系统能够完成三维虚拟环境的模拟与搭建；然后通过计算机的显示与传感器面板，来实现虚拟场景与客户之间的模拟交互。而且计算机动态空间中的虚拟场景，会随着客户操作而发生相应的反馈与变化。因此虚拟现实技术是虚拟图形生成技术、显示与传感器技术、三维动态建模技术、VR 系统开发技术等的集合，通过多种软件计算技术、模拟仿真技术的支持，可以实现虚拟空间中的多维度场景模拟，从而满足客户多样化的环境艺术设计需求[1]。
虚拟现实技术需要根据不同客户的设计需求，通过三维动态建模技术，进行不同虚拟场景的搭建与设置。当前虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用，主要分为以下几个步骤：首先通过信息输入模块进行三维虚拟场景信息的输入；之后通过虚拟图形生成技术、三维动态建模技术的结合，来完成虚拟信息的采集与设置，并创建出具有空间立体感的模拟三维环境；最后通过显示与传感器技术、VR 系统开发技术等，来实现人与虚拟环境之间的交流互动。虚拟现实技术在环境艺术设计中的实现流程如图1 所示。
图1 虚拟现实技术在环境艺术设计中的实现
1.2 虚拟现实技术的主要特征
虚拟现实技术是以虚拟情景模拟为核心的技术，主要包括效率性、交互性、构想性、多向感知性等特征。因此在环境艺术设计过程中，通过使用虚拟现实技术进行立体化场景的搭建，能够带给人一种如同观看真实环境的观看体验[2]。
1.2.1 交互性
虚拟现实技术应用到环境艺术设计中，可以通过虚拟现实技术的交互性特征，来完成整个虚拟场景的构建。环境设计人员可以利用虚拟现实技术的交互性，进行虚拟场景、虚拟物体的设置与修改，所有改动都会在计算机显示器中呈现出来。虽然这种虚拟场景、虚拟物体的设置与修改，在某一平面中看不出虚拟场景的变化情况，但在最终虚拟环境模拟中，会产生如同真实环境的震撼效果。
1.2.2 构想性
在环境艺术的设计过程中，通过虚拟现实技术的构想性特征，可以完成多种虚拟模型的搭建与修改。虚拟现实技术的构想性特征，是通过设计者对虚拟环境的设想，来搭建出一个简易、符合使用需求的虚拟框架，再在虚拟框架基础上进行环境内容的修改与调整。因此环境艺术设计可以运用虚拟现实技术，自由完成现实场景的虚拟模拟与实现，以满足客户多样化的场景体验需求。
1.2.3 效率性
虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用，能够在保证三维空间预算精度的情况下，大幅度提升环境设计的工作效率。环境艺术设计是复杂度与精细度要求较高的工作，因此设计人员在对某一空间的设计中，要针对客户需求综合考虑多方面因素。而通过虚拟现实技术进行空间创建，能够完成更加精细的环境设计，并可以在短时间内进行设计的交流与修改。
1.2.4 多向感知性
虚拟现实技术的多向感知性，主要通过图像显示器、传感器、VR 系统等的加入，来为客户带来多种感官共同参与的感受。其中通过计算机屏幕的图像显示器，可以为客户呈现逼真的立体观看感受；通过计算机携带的各种信息传感器，能够为客户带来十分贴近真实的触觉感受；而通过计算机VR 系统的参与，可以在客户周围模拟出虚拟的环境，从而加深客户在环境体验中的真实感体验。
2.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用
2.1 虚拟现实技术在环境空间模型构建中的应用
相比于传统环境艺术设计工具而言，利用虚拟现实技术进行环境空间模型的构建，能够在短时间内完成大量原始模型的制作。在环境空间建筑模型的搭建过程中，可以通过输入相应的建筑尺寸等数据，来快速构建起需要的建筑模型。例如：在空间建筑模型墙体的搭建中，设计人员只需确定墙体的起点、终点，并输出每段墙体的长、宽等数据，就能够完成整个系统中墙体的构建。之后再进行墙体上门窗的批量制作，首先可以在一面墙体上进行门洞、窗洞的创建，然后激活系统中的开洞命令，并确定门洞、窗洞的起点与终点，即可以实现对门窗的批量制作。同样设计人员还可以输入相应命令，进行其他环境组件模型的建立，这些操作只需点击相应命令就能够实现。当前AutoCAD、3dsMax、Lumion等3D 软件，支持3DS、Mesh 格式等素材的导入，可以导入家具、植物、环境装饰物等模拟物体文件，以提升环境艺术设计的效率，并有效节约环境艺术的设计成本。环境艺术设计中的空间模型构建，主要分为以下几个步骤：首先设计人员要制定一整套空间模型的设计方案，并通过AutoCAD 软件完成三维空间的平面图绘制；之后将绘制完成的三维空间平面图导入SketchUp 软件中进行直接调用、插入、复制等编辑操作，来实现三维模型基本框架的创建；然后将建模后的工程文件进行精简，并导入3dsMax、Lumion 等3D 软件中，来进行物体材质、灯光等的创建，并根据最终的渲染效果进行调整；最后根据不同环境艺术设计的要求，对空间中的实物进行尺寸与材质的调整，以完成整个环境艺术设计的优化。在环境空间模型的构建完成后，需要导出相应的图片、动画与可执行文件，并向客户展示最终的设计效果。利用虚拟现实技术进行环境空间模型构建的流程如图2 所示。
图2 虚拟现实技术进行环境空间模型构建流程图
2.2 虚拟现实区域定位技术在环境艺术设计中的应用
环境艺术设计中需要解决的主要难题，是室内外景观设计的区域定位与造型。对于环境艺术设计的项目定位，主要包括地理位置、周围环境等内容的定位。现在虚拟现实技术，首先要解决的重要难题就是室内和景观的项目定位与造型把握。通过虚拟现实技术进行项目定位，首先要创建某一区域位置的二维平面图，之后根据二维平面图中的场景规划，进行三维空间结构的搭建。这就需要3dsMax、SketchUp 软件的综合使用。其中3dsMax 主要负责对整个场景中物体的位置确定，并按照相应的数据标准进行模型构建，以及材质贴图、灯光等的设计与调节，最终渲染符合需要的视频或静帧图。同时3dsMax 三维软件还可以对摄像头的运动轨迹进行设计，并调节某一动画场景的时长、镜头远近等。而SketchUp 则主要对3dsMax 制作的整体框架进行优化与改进，包括门窗、家具、植物、环境装饰物等组件的构建，以及材质贴图、灯光等方面的完善。因此在环境艺术的设计中，运用虚拟现实的区域定位，能够快速完成三维场景的精确定位，并实现空间中场景与物体的设计[3]。
2.3 虚拟现实超高速处理技术在环境艺术设计中的应用
在环境艺术设计的三维空间渲染阶段，可以通过利用虚拟现实技术中的超高速处理系统，来实现对场景渲染的加速。但在对三维空间进行环境渲染前，需要调节好三维场景中的摄像机角度、材质贴图、灯光等元素，以保证整个场景环境的统一。之后运用GPU 超高速处理系统进行三维空间环境的即时渲染，客户可以在短时间内看到系统对三维模型的渲染结果。这种超高速处理系统的渲染模式，可以帮助客户主动参与到环境艺术设计中，并对最终的渲染结果提出相应修改意见。所以利用超高速处理技术进行环境设计，能够弥补空间设计的缺陷。因此相比于传统设计流程，引入虚拟现实技术的超高速处理系统，可以针对环境艺术设计的细节，进行快速的结构处理与调整，并带给客户“沉浸式”的空间体验。
2.4 虚拟现实VR 技术在环境艺术设计中的应用
在环境艺术设计中应用虚拟现实的VR 技术，能够在保证艺术设计效果的同时，完成客户与虚拟空间之间的交流互动。在虚拟现实技术中客户需要佩戴VR 头盔，并进入搭建完成的三维虚拟环境，来观看各个部分的环境艺术设计效果，并对不满意的地方提出相应的修改意见。VR 技术中存在高性能、大范围的全景显示器，能够对虚拟环境中的小体积配景进行放大，从而完成对整个虚拟场景的大像素展示。而环境艺术设计者可以根据客户的要求，通过运用多种计算机设计软件，进行空间中建筑、门窗、家具、植物、马路、汽车等的设计。
同时在利用VR 技术进行虚拟场景漫游的过程中，设计人员需要通过3dsMax、SketchUp、AE、Flash 等软件，设计出整个虚拟现实场景的漫游路径，以带给客户更加真实的观看体验。例如：设计人员可以在虚拟环境中加入雨滴、水声、鸟叫声等视听元素，还可以在环境中添加绿化、铺装、水景或景观小品等元素，或者设计出实时跟踪的移动光影，来丰富环境艺术设计的细节体验。
3.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用案例
在城市环境、园林景观规划快速发展的情况下，虚拟现实技术被应用到建筑、家装、园林环境、桥梁等方面的设计中。例如：在大型建筑外观、建筑周围环境的设计中，通过使用虚拟现实技术，能够对建筑的整体结构、材质、灯光等进行快速调整。
首先利用建筑数据信息进行整体框架的搭建，设计人员需要按照原有建筑的尺寸，进行等比例的三维框架搭建，以完成对现实建筑环境的虚拟模拟。之后针对不同用户的环境艺术设计需求，进行行人、植物、马路、汽车等物件的添加，同时也要在环境中添加声音、图像、动画、工程背景等信息，以带给客户一种身临其境的视觉感受。然后根据虚拟技术中的电子地图信息，来确定建筑背景等真实场景的区域位置，再根据某一区域位置的景物结构排布，进行各个场景细节的调整。因此虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用，能够在完成建筑三维空间搭建的情况下，提升虚拟场景的精度与细节模拟程度，以带给客户更加真实的观看体验。
同时借助虚拟现实技术中的建筑数据、景物素材，可以有效提升环境艺术设计的效率，并减少环境艺术设计的错误与漏洞。因此将虚拟现实技术应用到环境艺术设计中，便于环境景观的设计与修改，图3 为虚拟现实技术在环境艺术设计中的三维模拟示例。同时在房地产行业快速发展的前提下，虚拟现实技术也被应用到房地产等城市景观的设计中。在房地产的环境艺术设计中，主要包括大型场景、三维建筑模型、公共设施等三方面设计。而虚拟现实技术在房地产设计中的应用，能够搭建出符合真实观感的虚拟环境。首先在三维大型场景模型的搭建中，主要通过对整体环境的测绘进行建模，再运用材质贴图、灯光等形成建筑的基本表皮纹理，最后进行外观造型的精细化调整。然后是房产三维立体模型的设计，这一设计可以先制作出一个建筑框架，再通过批量复制、精细化调整，来完成整个房产框架的搭建。最后针对水景、花卉、树木、草地等环境景观，可以利用模型库中选取的素材进行创建，并通过调整灯光来形成统一的视觉风格[4]。
图3 虚拟现实技术在环境艺术设计中的模拟
4.结论
综上，环境艺术设计与虚拟现实技术的融合应用可以提高环境艺术设计创意的实现，促进环境艺术设计手法的多样化，同时在一定程度上降低环境艺术设计成本，并有效避免设计中的误差，最终提高环境艺术设计的质量及效率。 笔者坚信，随着信息技术的发展,人们对虚拟现实技术的研究越来越深入，必将使其在环境艺术设计中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]王荣华.论虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J].艺术教育, 2016(2):212-213.
[2]焦裕丁.试论虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J].才智, 2017(31):234-234.
[3]王玉凤.试论虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J].工业b, 2016(6):00119-00119.
[4]张婕子,蹇奕.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J].工程技术:文摘版:00246-00246.
论文作者:庄文蔚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/29
标签：虚拟现实论文; 技术论文; 环境艺术设计论文; 环境论文; 场景论文; 模型论文; 客户论文; 《防护工程》2018年第17期论文;