虛擬現(xiàn)實技術與藝術

前言

從藝術創(chuàng)作的物質形態(tài)而言，由于數(shù)字化藝術設計借助虛擬的“賽博空間”，以“比特”作為作品的創(chuàng)作、存放或展示的介質，因而，數(shù)字化藝術設計是非物質形態(tài)的設計，亦稱虛擬藝術設計。我們把這種數(shù)字化的、非物質形態(tài)的藝術稱之為“虛擬藝術”。虛擬藝術(vRART)以數(shù)字科技發(fā)展和全新傳媒技術為基礎，全面或部分使用數(shù)字手段，將人類科學理性思維和藝術感性思維融合為一體。在創(chuàng)作過程中，其表現(xiàn)形式包括：虛擬仿真及互動裝置藝術、網(wǎng)絡游戲、電腦動畫、數(shù)字卡通動漫、計算機圖形圖像、數(shù)字廣告?zhèn)鞑?、?shù)字影視特效、數(shù)字攝影以及數(shù)字音樂等。廣義而言，虛擬藝術不僅包括數(shù)字化技術創(chuàng)作的一切藝術作品，還包括利用數(shù)字化技術生成的虛擬生物(如虛擬人物或動物明星、演員、虛擬節(jié)目主持人，乃至虛擬樂隊)個體或群體進行再創(chuàng)作或表演的一切藝術。與“數(shù)字藝術”的名稱相比，“虛擬藝術”的涵蓋面比“數(shù)字藝術，更廣，它涉及了數(shù)字藝術創(chuàng)作、虛擬展演、虛擬社會實踐、虛擬美學等眾多領域。虛擬藝術除了通常所說的數(shù)字藝術范疇，還可以包含一種由虛擬生命或人工生命所承擔的藝術創(chuàng)作方式、行為和結果。虛擬藝術設計借助計算機及相關的數(shù)字化設備進行藝術設計活動，有別于一般概念上的計算機輔助設計。虛擬藝術設計通過以數(shù)字化設備為工具，數(shù)字化技術為手段，從而達到數(shù)字化展示、應用和評介(審美)的目的。虛擬藝術設計所涉及的研究對象和內(nèi)容包括虛擬演員、網(wǎng)絡設計、界面設計(軟件，界面和硬件界面)、虛擬現(xiàn)實設計、數(shù)字媒體設計、數(shù)字產(chǎn)品與環(huán)境設計、三維數(shù)字動畫、數(shù)字藝術表現(xiàn)設計等等。虛擬藝術設計是計算機科學和藝術學相結合的交叉學科，不過，就其歸屬而言，虛擬藝術設計是藝術學的分支，它不可避免地要觸及技術問題，但虛擬藝術設計始終以藝術作為自己的出發(fā)點。這是因為：虛擬藝術設計雖然以計算機為手段，但在題材、技巧、觀念等方面卻脫胎于傳統(tǒng)藝術。與此相應，有關虛擬藝術設計的理論深受傳統(tǒng)藝術的影響，不少術語和范疇就是從傳統(tǒng)藝術學中借鑒過來的。當虛擬藝術設計形式、作品數(shù)量還不是很多，影響還不是很大時，虛擬藝術設計只是藝術學和計算機科學領域的交叉學科之一。隨著數(shù)字技術的日益普及，虛擬藝術設計完全有可能成為一門較為獨立，影響深遠的基礎學科。作為虛擬藝術范疇的虛擬現(xiàn)實，無論從技術層面還是藝術層面考察，已經(jīng)很難把二者完全割裂。就像手心與手背的關系，合則兩利，分則兩傷。計算機科學與數(shù)字技術為虛擬現(xiàn)實設計提供了強壯的肌體，藝術與美學為虛擬現(xiàn)實設計提供了高度可視化的視聽覺藝術效果。筆者希望通過虛擬現(xiàn)實技術與藝術的理論和實踐過程體現(xiàn)虛擬藝術的設計理念。虛擬現(xiàn)實技術與藝術包含了兩重意思：一為從屬關系，把虛擬現(xiàn)實作為虛擬藝術設計的一個分支；二為并列關系，把虛擬現(xiàn)實歸屬為計算機學科領域，把虛擬藝術設計歸屬為藝術學科領域。事實上，虛擬藝術設計是一個綜合性、跨學科的過程研究，我們把二者統(tǒng)合在一起的本意在于，以虛擬現(xiàn)實或三維仿真領域作為虛擬藝術設計研究的方向；同時，以藝術審美的視角研究虛擬現(xiàn)實技術，作為當今計算機學科研究中的一種新思維，將促使計算機圖形學技術更加富于美的合理內(nèi)核。本書作者在攻讀博士學位和從事博士后研究期間先后承擔了一系列科學研究項目和用戶委托的應用項目，主要有數(shù)碼圖形藝術的審美特性研究(全國藝術科學“十五”規(guī)劃國家青年基金項目)、中國水墨畫的數(shù)碼三維仿真(中國博士后科學基金項目)、分布式虛擬設計制造研究及應用(武漢市“十五”重點科技攻關項目)、基于分布式虛擬現(xiàn)實技術的遠程互動課堂教學系統(tǒng)研究(湖北省教育科學“十一五”規(guī)劃項目)、基于分布式交互技術的三維視景行為特征建模方法研究、基于圖像與景物幾何相結合的微機VR系統(tǒng)研究以及長江三峽導流明渠截流的三維動畫仿真設計，在虛擬設計領域取得了一系列研究成果。本書在撰寫過程中，得到了武漢理工大學陳定方教授、李文鋒教授、陳汗青教授、方興教授、華中科技大學熊有倫  院士以及浙江大學孫守遷教授等諸位師長的大力支持；饒成、王樂、孫亮、李安定、董浩明、周慎等諸位學友提供了眾多  建議和幫助；此外，達索系統(tǒng)公司(Dassault systemes)也提供了許多技術支持。在此，一并致以深深的謝意!由干時間倉促，水平有限，如有疏漏和不足之處，敬請諸位同行批評指正。

內(nèi)容概要

　　《虛擬現(xiàn)實技術與藝術》屬于科學與藝術、技術與美學相結合的虛擬藝術研究范疇。針對虛擬藝術設計研究的重要領域——虛擬現(xiàn)實的技術與藝術理念，以及相關的虛擬藝術設計實踐進行論述。筆者以虛擬現(xiàn)實技術領域作為虛擬藝術設計的重點研究方向，嘗試在二者之間建立一種關聯(lián)：以虛擬現(xiàn)實技術為依托，以虛擬藝術設計為導向，共同構建或豐富虛擬藝術設計的內(nèi)涵。筆者認為，以虛擬現(xiàn)實技術領域作為虛擬藝術研究的切入點，更能把握數(shù)字藝術設計的精髓。因此，《虛擬現(xiàn)實技術與藝術》用較大篇幅介紹和論述虛擬現(xiàn)實的軟件和硬件技術，旨在為虛擬現(xiàn)實與藝術設計提供技術理論和實踐經(jīng)驗。《虛擬現(xiàn)實技術與藝術》亦述及了虛擬圖形藝術的審美特性，并給出了用數(shù)字藝術設計的一個典型實驗課題——中國水墨畫藝術效果的數(shù)碼三維仿真，期望在虛擬現(xiàn)實與數(shù)字藝術設計研究中起到拋磚引玉的作用。

書籍目錄

1 緒論——虛擬現(xiàn)實技術概述1.1 虛擬現(xiàn)實的基本概念1.1.1 虛擬現(xiàn)實的定義1.1.2 虛擬現(xiàn)實的本質特征1.1.3 虛擬現(xiàn)實的組成1.2 虛擬現(xiàn)實技術體系結構1.2.1 虛擬環(huán)境系統(tǒng)結構1.2.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成模塊1.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類1.3.2 桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(非沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng))1.3.3 增強虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)1.3.4 分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)1.4 虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀1.4.1 虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷程1.4.2 國外虛擬現(xiàn)實技術的研究現(xiàn)狀1.4.3 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術的研究現(xiàn)狀1.5 虛擬現(xiàn)實技術的主要應用領域1.5.1 文化藝術領域1.5.2 工程應用1.5.3 在醫(yī)學領域的應用1.5.4 教育培訓領域的應用1.5.5 軍事應用1.5.6 城市規(guī)劃1.5.7 商業(yè)參考文獻2 虛擬現(xiàn)實的硬件技術2.1 三維位置跟蹤器2.2 各種數(shù)據(jù)手套2.2.1 觸覺與力反饋2.2.2 力學反饋手套2.2.3 傳感手套(VPL)2.2.4 PowerGlove手控器2.3 三維鼠標2.4 數(shù)據(jù)衣2.5 立體顯示設備2.5.1 頭盔式顯示器HMD2.5.2 特殊的頭部顯示器BOOM2.5.3 立體眼鏡2.5.4 立體投影顯示2.5.5 三維顯示器2.6 三維聲音生成器2.7 小結參考文獻3 虛擬現(xiàn)實的創(chuàng)作平臺軟件技術介紹3.1 Multigen3.1.1 Vega Prime(視景仿真與交互模塊)3.1.2 Multigen Creator(視景建模模塊)3.2 VTree3.3 Quest3D3.4 EON Studio3.5 Cult3D3.5.1 Cult3D3.5.2 Cult3D軟件的模塊與工作流程簡介3.5.3 Cult3D Designer V5.2軟件界面介紹3.6 VRML97(3DSMAX中的內(nèi)置模塊)3.6.1 VRML97控制面板介紹3.6.2 VRML97節(jié)點簡介3.6.2 VRML 文件的輸入與輸出3.7 OpenGVS3.7.1 OpenGVS簡介3.7.2 OpenGVS API3.7.3 System Facilitv3.8 Virtools3.8.1 Virtools Dev(主體開發(fā)模塊)3.8.2 Virtools Physics Pack(物理特性模塊)3.8.3 Virtools VR Pack(視景沉浸模塊)3.8.4 Virtools Al Pack(人工智能模塊)3.8.5 Virtools Xbox Kit(微軟的Xbox開發(fā)模塊)3.8.6 Virtools Server Pack(網(wǎng)絡服務器模塊)3.8.7 Virtools 3D Life Player3.8.8 Virtools SDK3.9 Java 3D3.10 Viewpoint3.11 Pulse 3D3.12 Atmosohere3.13 Shockwave 3D3.14 Shout3D和Blaxxun3D技術3.14.1 Shout3D支持的特性3.14.2 Blaxxun3D技術簡介3.15 3DVRI3.16 VRP3.17 小結參考文獻4 虛擬現(xiàn)實軟件平臺應用實例4.1 虛擬現(xiàn)實經(jīng)典建模語言(VRML)解析與應用4.1.1 VRML文件的節(jié)點研究4.1.2 VRML語言的重要構造技術4.1.3 VRML的綜合應用實例——利用3DSMAX制作虛擬現(xiàn)實場景解析4.2 Cult3D與3DSMAX組合的制作實例4.2.1 在3DSMAX中建模、設置材質和動畫4.2.2 用Cult3D Exporter輸出產(chǎn)品模型4.2.2 在Cult3D Designer中設置虛擬產(chǎn)品的交互功能4.3 小結5 虛擬現(xiàn)實視景系統(tǒng)的建模技術5.1 基于幾何的建模技術5.1.1 幾何建模方法的數(shù)學原理5.1.2 三維幾何模型對象的獲取方法5.1.3 三維幾何建模技術的應用5.2 基于圖像的虛擬環(huán)境建模技術研究5.2.1 基于圖像的虛擬環(huán)境建模的技術原理5.2.2 基于圖像的全景圖環(huán)境建模技術5.3 圖像與幾何相結合的建模技術5.3.1 圖像與幾何相結合的汽車建模5.3.2 其他虛擬對象的建模5.4 小結參考文獻6 虛擬現(xiàn)實場景的優(yōu)化技術6.1 優(yōu)化方法概述6.1.1 簡單的光照模型6.1.2 消隱技術6.2 基于多邊形網(wǎng)格的場景簡化技術6.2.1 基于預生成法的LOD技術6.2.2 基于實時生成法的LOD技術6.2.3 可變分辨率LOD(實時自適應優(yōu)化網(wǎng)格)技術6.2.4 LOD技術的運用技巧6.3 基于Virtools環(huán)境LOD的應用方案6.3.1 算法的選取6.2.2 Virtools中集成的LOD技術6.2.3 應用方案解析6.3.4 基于SDK開發(fā)的LOD行為模塊6.3.5 優(yōu)化效果6.4 小結參考文獻7 虛擬現(xiàn)實特效技術研究7.1 基于粒子系統(tǒng)的仿真特效技術7.1.1 雪的仿真實現(xiàn)7.1.2 雨的仿真實現(xiàn)7.1.3 煙、尾氣的模擬7.2 其他的視效仿真7.2.1 霧效的仿真實現(xiàn)7.2.2 聲響模擬系統(tǒng)7.2.3 車速表的模擬和實現(xiàn)7.2.4 GPS系統(tǒng)的應用7.3 模型光照與紋理渲染技術7.3.1 漫反射分量7.3.2 鏡面反射分量7.3.3 環(huán)境分量7.3.4 光照方程7.3.5 光照與渲染技術7.4 基于Cg的Shader紋理特效技術研究7.4.1 基于Cg的流體特效技術7.4.2 基于Cg的Shader多分辨紋理技術7.5 小結參考文獻8 虛擬現(xiàn)實視景系統(tǒng)的分布式多客戶與交互技術研究8.1 虛擬駕駛系統(tǒng)的分布式多客戶技術研究8.1.1 分布式虛擬汽車駕駛系統(tǒng)的體系結構8.1.3 汽車動力學引擎的構建和性能參數(shù)設置8.1.4 絕對估算(Dead Reckoning)技術8.1.5 分布式多客戶的虛擬汽車駕駛系統(tǒng)開發(fā)成果8.2 汽車的碰撞檢測與事故仿真技術8.2.1 碰撞檢測原理分析8.2.2 事故仿真技術的應用實例8.3 虛擬交通控制系統(tǒng)中的交互技術研究8.3.1 虛擬交通控制系統(tǒng)介紹8.3.2 虛擬控制系統(tǒng)各交互模塊的技術研究8.3.3 應用實例8.4 小結參考文獻9 虛擬現(xiàn)實的分布式多通道顯示技術——基于群集的多通道屏幕投影環(huán)境的構筑9.1 虛擬視景系統(tǒng)的分布式顯示技術介紹9.1.1 開發(fā)平臺簡介9.1.2 分布式多通道顯示的概念9.1.3 幀緩存同步與垂直刷新同步9.2 虛擬視景系統(tǒng)的多通道投影屏幕構筑技術9.2.1 柱形投影屏幕視景的構筑9.2.2 其他的多通道投影屏幕視景構筑技術9.3 多通道投影屏幕運行組件的配置9.3.1 配置文件介紹9.3.2 多通道顯示設備文件的配置9.4 基于三通道顯示環(huán)境的虛擬汽車駕駛艙的開發(fā)9.5 小結參考文獻10 虛擬圖形藝術的審美特性——基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)碼圖形藝術特征與美學意蘊10.1 數(shù)碼圖形的藝術特征10.1.1 數(shù)碼圖形的數(shù)字化與非物質特征10.1.2 同構性10.1.3 時間上的可逆性(無序性)10.1.4 空間上的無限自由性(分布式的多元化空間)10.1.5 交互性(互動性)10.1.6 沉浸性(身臨其境)10.1.7 一種新的虛擬藝術實踐10.2 數(shù)碼圖形藝術的美學意蘊10.2.1 審美趣味論(生動性與趣味性)10.2.2 全方位、多通道和自由的審美10.2.3 審美營構論——數(shù)碼圖形藝術設計中的構成美學10.2.4 數(shù)碼圖形藝術設計中的審美特性與意境論10.3 小結參考文獻11 中國水墨畫藝術效果的數(shù)碼三維仿真11.1 概述11.2 數(shù)碼三維水墨仿真研究的意義11.3 研究的基本思路和內(nèi)容11.2.1 基本思路11.3.2 研究內(nèi)容11.4 小結參考文獻附錄 彩色圖例

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《虛擬現(xiàn)實技術與藝術》可以作為大學生和研究生的教材使用，也可以供科研院所、企業(yè)的工程技術人員參考。

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