虛擬現(xiàn)實技術(shù)與藝術(shù)

前言

從藝術(shù)創(chuàng)作的物質(zhì)形態(tài)而言，由于數(shù)字化藝術(shù)設(shè)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(zhì)，因而，數(shù)字化藝術(shù)設(shè)計是非物質(zhì)形態(tài)的設(shè)計，亦稱虛擬藝術(shù)設(shè)計。我們把這種數(shù)字化的、非物質(zhì)形態(tài)的藝術(shù)稱之為“虛擬藝術(shù)”。虛擬藝術(shù)(vRART)以數(shù)字科技發(fā)展和全新傳媒技術(shù)為基礎(chǔ)，全面或部分使用數(shù)字手段，將人類科學理性思維和藝術(shù)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(shù)、網(wǎng)絡(luò)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)鞑ァ?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(shù)不僅包括數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)作的一切藝術(shù)作品，還包括利用數(shù)字化技術(shù)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(shù)。與“數(shù)字藝術(shù)”的名稱相比，“虛擬藝術(shù)”的涵蓋面比“數(shù)字藝術(shù)，更廣，它涉及了數(shù)字藝術(shù)創(chuàng)作、虛擬展演、虛擬社會實踐、虛擬美學等眾多領(lǐng)域。虛擬藝術(shù)除了通常所說的數(shù)字藝術(shù)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(shù)創(chuàng)作方式、行為和結(jié)果。虛擬藝術(shù)設(shè)計借助計算機及相關(guān)的數(shù)字化設(shè)備進行藝術(shù)設(shè)計活動，有別于一般概念上的計算機輔助設(shè)計。虛擬藝術(shù)設(shè)計通過以數(shù)字化設(shè)備為工具，數(shù)字化技術(shù)為手段，從而達到數(shù)字化展示、應(yīng)用和評介(審美)的目的。虛擬藝術(shù)設(shè)計所涉及的研究對象和內(nèi)容包括虛擬演員、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、界面設(shè)計(軟件，界面和硬件界面)、虛擬現(xiàn)實設(shè)計、數(shù)字媒體設(shè)計、數(shù)字產(chǎn)品與環(huán)境設(shè)計、三維數(shù)字動畫、數(shù)字藝術(shù)表現(xiàn)設(shè)計等等。虛擬藝術(shù)設(shè)計是計算機科學和藝術(shù)學相結(jié)合的交叉學科，不過，就其歸屬而言，虛擬藝術(shù)設(shè)計是藝術(shù)學的分支，它不可避免地要觸及技術(shù)問題，但虛擬藝術(shù)設(shè)計始終以藝術(shù)作為自己的出發(fā)點。這是因為：虛擬藝術(shù)設(shè)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(shù)。與此相應(yīng)，有關(guān)虛擬藝術(shù)設(shè)計的理論深受傳統(tǒng)藝術(shù)的影響，不少術(shù)語和范疇就是從傳統(tǒng)藝術(shù)學中借鑒過來的。當虛擬藝術(shù)設(shè)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(shù)設(shè)計只是藝術(shù)學和計算機科學領(lǐng)域的交叉學科之一。隨著數(shù)字技術(shù)的日益普及，虛擬藝術(shù)設(shè)計完全有可能成為一門較為獨立，影響深遠的基礎(chǔ)學科。作為虛擬藝術(shù)范疇的虛擬現(xiàn)實，無論從技術(shù)層面還是藝術(shù)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(guān)系，合則兩利，分則兩傷。計算機科學與數(shù)字技術(shù)為虛擬現(xiàn)實設(shè)計提供了強壯的肌體，藝術(shù)與美學為虛擬現(xiàn)實設(shè)計提供了高度可視化的視聽覺藝術(shù)效果。筆者希望通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)與藝術(shù)的理論和實踐過程體現(xiàn)虛擬藝術(shù)的設(shè)計理念。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與藝術(shù)包含了兩重意思：一為從屬關(guān)系，把虛擬現(xiàn)實作為虛擬藝術(shù)設(shè)計的一個分支；二為并列關(guān)系，把虛擬現(xiàn)實歸屬為計算機學科領(lǐng)域，把虛擬藝術(shù)設(shè)計歸屬為藝術(shù)學科領(lǐng)域。事實上，虛擬藝術(shù)設(shè)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(lǐng)域作為虛擬藝術(shù)設(shè)計研究的方向；同時，以藝術(shù)審美的視角研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)，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(shù)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(yīng)用項目，主要有數(shù)碼圖形藝術(shù)的審美特性研究(全國藝術(shù)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(shè)計制造研究及應(yīng)用(武漢市“十五”重點科技攻關(guān)項目)、基于分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(shù)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(jié)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(shè)計，在虛擬設(shè)計領(lǐng)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(shù)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(shù)與藝術(shù)》屬于科學與藝術(shù)、技術(shù)與美學相結(jié)合的虛擬藝術(shù)研究范疇。針對虛擬藝術(shù)設(shè)計研究的重要領(lǐng)域——虛擬現(xiàn)實的技術(shù)與藝術(shù)理念，以及相關(guān)的虛擬藝術(shù)設(shè)計實踐進行論述。筆者以虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域作為虛擬藝術(shù)設(shè)計的重點研究方向，嘗試在二者之間建立一種關(guān)聯(lián)：以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為依托，以虛擬藝術(shù)設(shè)計為導向，共同構(gòu)建或豐富虛擬藝術(shù)設(shè)計的內(nèi)涵。筆者認為，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域作為虛擬藝術(shù)研究的切入點，更能把握數(shù)字藝術(shù)設(shè)計的精髓。因此，《虛擬現(xiàn)實技術(shù)與藝術(shù)》用較大篇幅介紹和論述虛擬現(xiàn)實的軟件和硬件技術(shù)，旨在為虛擬現(xiàn)實與藝術(shù)設(shè)計提供技術(shù)理論和實踐經(jīng)驗?！短摂M現(xiàn)實技術(shù)與藝術(shù)》亦述及了虛擬圖形藝術(shù)的審美特性，并給出了用數(shù)字藝術(shù)設(shè)計的一個典型實驗課題——中國水墨畫藝術(shù)效果的數(shù)碼三維仿真，期望在虛擬現(xiàn)實與數(shù)字藝術(shù)設(shè)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(shù)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(zhì)特征1.1.3 虛擬現(xiàn)實的組成1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)體系結(jié)構(gòu)1.2.1 虛擬環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)的研究現(xiàn)狀1.4.3 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究現(xiàn)狀1.5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1.5.1 文化藝術(shù)領(lǐng)域1.5.2 工程應(yīng)用1.5.3 在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用1.5.4 教育培訓領(lǐng)域的應(yīng)用1.5.5 軍事應(yīng)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(shù)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(shè)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(jié)參考文獻3 虛擬現(xiàn)實的創(chuàng)作平臺軟件技術(shù)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(luò)服務(wù)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(shù)3.14.1 Shout3D支持的特性3.14.2 Blaxxun3D技術(shù)簡介3.15 3DVRI3.16 VRP3.17 小結(jié)參考文獻4 虛擬現(xiàn)實軟件平臺應(yīng)用實例4.1 虛擬現(xiàn)實經(jīng)典建模語言(VRML)解析與應(yīng)用4.1.1 VRML文件的節(jié)點研究4.1.2 VRML語言的重要構(gòu)造技術(shù)4.1.3 VRML的綜合應(yīng)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(shè)置材質(zhì)和動畫4.2.2 用Cult3D Exporter輸出產(chǎn)品模型4.2.2 在Cult3D Designer中設(shè)置虛擬產(chǎn)品的交互功能4.3 小結(jié)5 虛擬現(xiàn)實視景系統(tǒng)的建模技術(shù)5.1 基于幾何的建模技術(shù)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(shù)的應(yīng)用5.2 基于圖像的虛擬環(huán)境建模技術(shù)研究5.2.1 基于圖像的虛擬環(huán)境建模的技術(shù)原理5.2.2 基于圖像的全景圖環(huán)境建模技術(shù)5.3 圖像與幾何相結(jié)合的建模技術(shù)5.3.1 圖像與幾何相結(jié)合的汽車建模5.3.2 其他虛擬對象的建模5.4 小結(jié)參考文獻6 虛擬現(xiàn)實場景的優(yōu)化技術(shù)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(shù)6.2 基于多邊形網(wǎng)格的場景簡化技術(shù)6.2.1 基于預生成法的LOD技術(shù)6.2.2 基于實時生成法的LOD技術(shù)6.2.3 可變分辨率LOD(實時自適應(yīng)優(yōu)化網(wǎng)格)技術(shù)6.2.4 LOD技術(shù)的運用技巧6.3 基于Virtools環(huán)境LOD的應(yīng)用方案6.3.1 算法的選取6.2.2 Virtools中集成的LOD技術(shù)6.2.3 應(yīng)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(jié)參考文獻7 虛擬現(xiàn)實特效技術(shù)研究7.1 基于粒子系統(tǒng)的仿真特效技術(shù)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(yīng)用7.3 模型光照與紋理渲染技術(shù)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(shù)7.4 基于Cg的Shader紋理特效技術(shù)研究7.4.1 基于Cg的流體特效技術(shù)7.4.2 基于Cg的Shader多分辨紋理技術(shù)7.5 小結(jié)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(shù)研究8.1 虛擬駕駛系統(tǒng)的分布式多客戶技術(shù)研究8.1.1 分布式虛擬汽車駕駛系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)8.1.3 汽車動力學引擎的構(gòu)建和性能參數(shù)設(shè)置8.1.4 絕對估算(Dead Reckoning)技術(shù)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(shù)8.2.1 碰撞檢測原理分析8.2.2 事故仿真技術(shù)的應(yīng)用實例8.3 虛擬交通控制系統(tǒng)中的交互技術(shù)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(shù)研究8.3.3 應(yīng)用實例8.4 小結(jié)參考文獻9 虛擬現(xiàn)實的分布式多通道顯示技術(shù)——基于群集的多通道屏幕投影環(huán)境的構(gòu)筑9.1 虛擬視景系統(tǒng)的分布式顯示技術(shù)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(gòu)筑技術(shù)9.2.1 柱形投影屏幕視景的構(gòu)筑9.2.2 其他的多通道投影屏幕視景構(gòu)筑技術(shù)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(shè)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(jié)參考文獻10 虛擬圖形藝術(shù)的審美特性——基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)碼圖形藝術(shù)特征與美學意蘊10.1 數(shù)碼圖形的藝術(shù)特征10.1.1 數(shù)碼圖形的數(shù)字化與非物質(zhì)特征10.1.2 同構(gòu)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(shù)實踐10.2 數(shù)碼圖形藝術(shù)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(gòu)論——數(shù)碼圖形藝術(shù)設(shè)計中的構(gòu)成美學10.2.4 數(shù)碼圖形藝術(shù)設(shè)計中的審美特性與意境論10.3 小結(jié)參考文獻11 中國水墨畫藝術(shù)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(jié)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(shù)與藝術(shù)》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(shù)人員參考。

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