朱正宇 袁蔚 上海工艺美术职业学院

传统工艺美术中VR虚拟现实技术研究及应用

朱正宇 袁蔚 上海工艺美术职业学院

近年来，虚拟现实技术兴起，越来越多的行业使用VR技术作为卖点，它可以让用户进入到虚拟的3D世界中，感受到身临其境的沉浸式体验。在这个发展的势头上虚拟现实交互技术赋予了图像呈现模式以崭新的面貌。随着该技术的成熟，它开始被广泛运用于游戏及产品模拟等领域，并逐步受到市场的认可，但是如何将虚拟现实及传统工艺美术相结合，就需要在虚拟现实技术及用户体验等方面进行研究。

虚拟现实 VR 工艺美术 手势识别

本文主要探讨的内容是基于VR虚拟现实交互技术在传统工艺美术上的应用研究，并且将以案例的形式以陶艺制作的形式虚拟现实程序的开发验证，它是一款全新概念的交互技术应用程序，能够提供用户集陶艺模型制作及教学于一体的系统，不仅注重图像展示效果也同时兼顾用户体验。

研究初期首先需要了解传统陶艺，传统的陶艺制作都需要经历：肉泥、做坯、印坯、荡里釉等复杂的制作工序，制作之前需要对材料和器材进行准备，制作过程讲究技术和手法。如在制作过程中如出现错误，将会造成材料的浪费。而使用了VR虚拟交互技术，可以使得这种传统的制作变得简单，既能够节约材料成本同时又能够体现到完全不同的制作环境。但如果要达到完全拟真的交互效果，除了VR设备，还需要辅助设备的支持，通过辅助设备将手部扫描到虚拟世界，从而更好地进行虚拟陶艺制作。

图1 VR头部设备附加手部感应器

目前VR手部的感应出现了很多种实现的方式，有些VR设备采用类似游戏手柄的方式来识别手部，有些则采用特定的感应方式，例如红外探测。Leapmotion设备是一款利用红外探测识别手部的设备，可以将它粘附于VR头盔上使用（如图1所示）。

使用此解决方案可以同时侦测人的左右手，只要将手置于设备的前方，电脑程序的虚拟空间中便会出现虚拟的手，它按照现实中的手的动作进行运动，可以在虚拟手上添加代码与碰撞控制，从而进行功能上的二次开发。

VR设备方案组合完成后，便能够进入软件设计的环节了。项目制作选用时下流行的交互引擎Unity3D，它能够支持世面上所有主流VR设备的软件开发。

由于需要在虚拟的世界中进行陶艺制作，为了达到拟真的效果，所以项目中特别进行了虚拟场景的3D建模，场景设计成中国特定风格的院子。

虚拟场景使用3D图形设计软件进行建模，建模时考虑到整个模型需要用在实时运行中，所以对模型的多边形数量进行了严格的限制。模型完成后收集贴图素材进行贴图制作，贴图取材尽量使用真实照片素材，并配合中国古建筑的风格采用石墙、木门等素材。

图2 贴图之后的模型渲染效果

由于需要制作交互，所以模型贴图完成后，导入交互引擎调节材质及灯光。使场景尽可能保持良好的视觉效果，从而给用户带来更好的虚拟现实体验，经过光影调节之后的场景效果（如图2所示）。

同时准备好陶泥的材料模型，交互的主要对象是虚拟工作台上面的陶泥材料，需要将场景视角定位在工作台前，方便用户制作。

整个场景及美术资源配置完成后，进入交互程序的制作过程。

除了虚拟现实的功能以外，最最重要的功能部分是手部识别及交互。Leapmotion作为一个手部探测设备，提供了一套完整的开发工具及开发手册，用户只要接入设备后通过SDK中的Api代码调用，便能够实现手部控制。

图3 手部测试效果

当实现了手部的控制后便可以在手部识别的基础之上进行二次开发了，首先需要让陶泥材料旋转起来，以模拟真实陶艺制作的效果。

陶泥旋转代码如下：

public float rotateSpeed；//定义物体旋转速度

图4 陶泥配置

陶泥除了需要制作出模型外，还需要制作交互，所以相对简单的方法是将陶泥模型纵向绑定若干骨骼，将模型蒙皮到该骨骼，并给每根骨骼配置碰撞体，如果手的模型碰到了某个骨骼，让该骨骼实现缩放，从而达到捏陶的效果。

在具体制作思路上，给陶泥从上到下的多个范围指定了多个碰撞范围。

该程序将信号传给主程序，并进行每个部位的大小控制。

目前，虚拟现实技术在工程模拟及漫游等领域已经涌现出大量高质量的作品。尤其是欧美国家，在这方面的发展更是走在了领先地位。我国虚拟现实行业发展迅速，逐渐涌现出了一些有发展潜力的作品，希望利用虚拟现实技术和工艺美术相结合项目能够普及，并为我国虚拟现实行业作出一份贡献！

[1]Unity Technologies.《虚拟仿真及游戏开发实用教程》.上海交通大学出版社,2015

[2]Unity Technologies.《Unity 5.x 从入门到精通》.中国铁道出版社,2015

朱正宇，1982—，上海人，adobe中国认证教师，文学学士，研究方向：交互多媒体及平面设计方向。袁蔚，1982-，男，上海人，讲师，工程硕士，研究方向：交互多媒体及游戏开发。