王树义

摘 要：透视作为绘画造型训练的基础概念，一直是视觉艺术类学科首先需要掌握的基本知识。传统透视教学理论体系复杂、透视术语繁多、透视类型归类牵强、缺乏形象直观的教学手段，成为教师们公认的教学难点。在虚拟空间视角下对传统线性透视规律进行再认识，对约定俗成的透视类型进行辨析。以期构建科学系统的三维空间观念，更加全面地理解透视规律，提出运用数字软件的透视匹配功能校正写生透视的指导方法，从而改变传统透视教学的被动局面。

关键词：虚拟空间;透视规律;透视类型辨析

透视学是研究人类视觉规律的一门科学，可分为线性透视、隐没透视和色彩透视。狭义的透视学（线性透视）是西方文艺复兴时期的产物。对透视学的系统研究可以追溯到欧洲文艺复兴时期，建筑家布鲁涅尼斯奇和画家佛兰切斯卡的相关论述，后由柯尔比在1754年和福尼尔在1761年著文阐明的《论线透视》逐步确立。

线性透视以固定观察者为视点，在能够辨识清楚的60度的最佳视域内，描绘、观察物体视觉形变的过程，依据单眼的中心投影原理，又称为焦点透视。在视点和被观察物之间假想一个透明平面，连接视点与被观察物轮廓边缘的视线被透明平面截取，这样得到的图像就是一般意义的线性透视图。看似是一种描摹行为，却蕴含着视觉生理学、光学、几何学等众多学科知识。

作为绘画和设计专业的技法理论课，透视学已成为专业必修课程。经过专家和学者的不断总结已经形成相对完备的教学体系。通过教学我们发现，传统的透视教学体系的专业术语过于繁杂，仅介绍透视原理和作图方法的术语就多达二十几个。虽配合解析图示，但学生的空间想象力有限，难以形成清晰完整的感性认知。在教学中缺乏直观形象的教学手段，难以促成学生思维与教学进度的同步，短时间内不易理解消化，自然产生畏难情绪。因此以上都成为不易突破的教学难点，严重影响了教学效率。

随着现代科技的不断发展，数字技术已经覆盖到我们生活的各个领域。其中计算机图形学技术已非常轻松地实现了虚拟现实的三维空间建造，进一步改变了我们的时空观念，在设计制造、虚拟现实、影视动画方面都得到了广泛应用。

比较著名的软件有3ds max、Maya、Sketch Up等，前两者更倾向于三维动画的渲染和制作。笔者认为Sketch Up是一款用于创建、共享和展示3D模型的软件，界面清新简洁、功能丰富、操作简便，被形象地称为“草图大师”。因具有独特的空间地理信息功能，更适合对现实空间的模拟和映射。

本文将以该软件为工具，实现直观动态地观察形体在虚拟空间里的透视现象。通过人机交互操作，创设沉浸式教学情境，还原视觉对空间的观察过程。改变传统教学抽象被动、枯燥乏味的局面，为理解透视原理及规律打开一个新的视窗。

一、虚拟空间对三维属性的解析

众所周知，我们生存的世界具有三维属性，不论空间还是实体都具有高、宽、深的三个向度的度量关系。在几何学里可以用互相垂直的X、Y、Z坐标轴来描述三维属性。为方便研究，一般都以直角平面六面体（立方体）作为观察目标。因其具备三维属性的最基本特点，是被广泛认可的研究透视规律最简洁概括的形体。

几何学里三维坐标的设定是解密空间关系的“钥匙”。在Sketch Up的空间界面里，我们会直观的了解立方体与空间坐标轴的关系。立方体的三维特征就是有三个互为垂直的表面与X、Y、Z轴保持对应关系，代表着空间的不同方向，也是揭示三维属性的逻辑起点（如图1）。

现实中立方体的实体属性很难观察到其内部构造，只凭空间想象具有不确定性，这也是困扰我们认识复杂形体结构的难题。过去都是通过透明教具辅助完成这一教学步骤，为教学准备带来很多麻烦。Sketch Up软件的形体显示功能可以轻松地实现实体和线框模式的切换，不仅便于对空间结构的理解，也能加强学生空间想象力的培养。

实体与空间的相互转换关系，可以通过放大形体和推进视点实现演变。这说明立方体与房间内部只是形体内部与外部的不同形态而已，因视点位置的不同而改变视觉印象，固有的三维属性不会因为观察视角变化而改变。由此建立的三维空间逻辑观念，会为进一步探讨形体在空间中的透视变化创建直观的参照体系。

二、虚拟空间对透视关系的映射

虚拟空间为描述形体的空间状态提供了多种视图。依据平行投影原理，沿三個轴向观察，会形成不同纬度方向的二维视图，如顶视图、底视图、左视图、右视图、前视图、后视图。视点定位空间任何位置，都会形成基于焦点投影原理的三维透视图，能很好地展现空间立体关系，符合人类视觉习惯，也为观察现实空间的形体透视现象提供了可描述的参照系统。

依据透视图形成的定义，虚拟空间中观察的视点可用相机来模拟，设定相机参数，使其符合视觉感受的正常视域。观察时，假想的透明画面与显示屏幕的视窗相对应。Sketch Up初始界面即有地面与天空，无障碍地呈现地平线位置，比现实空间更能简洁明了地阐释视平线的概念。坐标轴X、Y表达水平方向的两个维度，调整观察角度使X、Y轴正对坐标原点就会找到与地平线相交的心点，连接心点的纵深轴向线即成为视中线，立方体各个维度上的边线都可以加注延长辅助射线。这些随形体状态而跟随的辅助线完美地契合了我们只能通过想象才能存在的透视线。无需更多的术语解释就能明白这些基本概念。原本我们对透视原理的情境描述在虚拟空间中得到直观映射（如图2）。

通过控制视点观察角度，立方体加注的延长射线会向轴向纵深汇聚成消失点。在X、Y水平轴向之间，消失点从一个到两个之间切换，如果视角再按Z轴上下调整，第三个消失点也会出现。基于虚拟空间为我们提供的“导航”，不难发现一点透视、两点透视和三点透视现象的存在，分别对应平行透视、成角透视和倾斜透视。现实中通过图片和实例说明的透视类型，通过简单互动就能直观呈现出来。

三、虚拟空间对透视类型的辨析

依据平行透视的定义，在虚拟空间中创建正对心点和分置于视平线、视中线上下及左右不同位置的立方体。视域内只有一个消失点。透视线都向心点汇聚，与画面平行的面应保持形状不变。但当我们推进视点观察，离视中心越远的立方体越不符合我们的视觉感受。类似照相偏离镜头中心景物的畸变。由于人眼最佳视域的局限，很少会用视线余光注视物体。事实上，远离视中心立方体已经与视点不再正对，前立面产生了纵深关系。可见，与画面平行的形状保持不变是个假命题，远一点透视不再成立（如图3）。

成角透视则应是立方体没有与画面平行的面，而是构成一定角度。凡是与画面既不平行又不垂直的水平直线，都消失于视平线上两个纵深维度的消失点上。立方体垂直方向不应产生形变。实际上，视线稍微脱离视平线向上观察，就会发现垂直方向已经发生近大远小的变化，第三维度的消失点已经产生（如图4）。

实际上画面只是假想出来用于描述视觉印象的二维载体，是空间观察留下的影像。从严格意义上来讲，形体的三维属性是客观恒定的，从视点出发观察到的三维形体，不同部位不会存在平行关系，只有距离远近的差别，近大远小是永恒的主题。脱离画面的羁绊，我们可以把思路回到对空间和立体三维属性的把握上来。当视点与物体任何维度产生纵深关系时，这一维度上，因近大远小而形成的消失点就会产生（如图5）。

了解摄影的人都知道，照相机拍摄的图像，只能符合三点透视关系。三点透视是完整表现物体立体感的客观影像。一点、两点透视，实际上是对特定视角空间方位的解析，体现了理想状态下的近似，具有一定的局限性，是人们方便理解透视现象的简单归类。但概括简化的认识方法，并不严谨，不能陷入既定概念的窠臼，掩盖视觉观察的真实感受。只有理解视点与物体三维属性的空间关系，才能客观完整地把握透视现象的真实规律，从而在绘画造型中灵活运用。

四、透视匹配功能对写生透视的校正

对透视规律的真正理解并不代表能够马上画出正确的透视关系，反复练习是走向成功的唯一捷径。有没有直观的辅助办法帮助我们对写生的透视错误进行校正、检查，从而提高学习效率呢？Sketch Up的透视匹配功能为我们提供了可参照的方法。

为了能够使软件识别写生作品，会先对作品扫描或拍照，形成电子文件。然后打开Sketch Up，通过照片匹配功能导入绘制的写生作品，进入三维虚拟空间界面，此时出现三维透视编辑器用以匹配导入的三维作品。

以立方体为例（如图6），通过调整控制器的坐标轴拟合作品的空間位置。使垂直坐标轴线与立方体最前垂直边线吻合，通过水平方向的两个坐标轴控制把柄，调整角度与立方体左右的透视边线产生对应关系。实际上基于写生作品的三维空间坐标系统已经建立。如果绘画作品透视角度不正确，会直观地发现作品与空间坐标系的偏差。为了更全面地检验立方体存在的透视问题，在拟合的立方体坐标原点位置创建等比例的立方体。符合透视关系的参照立体得以再生，通过线框显示模式可以非常清楚地查看到与写生作品的边线差别。这一方法对于辨别作品是否存在透视问题，非常直观有效。这为练习中进行自主检查、纠正问题提供了强大的辅助工具。

五、结语

每一次科学发现和技术进步都增进了对事物本质的认识，并得以使用先进的手段提升艺术表现力。诞生于14世纪的文艺复兴和科学文化运动，为绘画的科学观察和表现开启了新的时代。摄影技术源于人眼成像原理，为客观记录视觉印象提供了新的手段，丰富了我们生活的图像世界。以数字技术为核心的虚拟现实技术（VR）彻底颠覆了我们的视觉经验，同时为我们认识视觉规律增添了更为便利的方法！

基于虚拟空间视角下透视规律的认识不仅可以改进传统教学，更能帮助我们形成科学完整的空间概念，主动有效地把握透视规律，为美术和设计创作奠定了更为坚实的基础！

参考文献：

[1]肯普.线性透视的发明[J].林方青，译.美苑，2011（6）：83-87.

[2]刘广滨.透视学[M].南宁：广西美术出版社，2010.

[3]付卫东.3DS MAX介入透视教学初探[J].装饰，2006（4）：90.

[4]梁国华.AutoCAD、3ds max在透视学教学中的应用[J].艺术科技，2017（5）：376.

作者简介：王树义，唐山幼儿师范高等专科学校副教授。