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虚拟现实在空间设计的数字辅助与应用

Asen

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发表于 2011-9-9 08:41:47 |只看该作者 |倒序浏览

  当我们在谈所谓的数字空间（digital/hyper/cyber space）时，数字时代(Digital Age)的存在已经是个事实；如果空间的呈现方式及思考模式与时代技术是相关的，那我们就面临如何将计算机与网络的数字时代影响，从生活经验转变成空间经验的挑战。而这过程的转移会在空间生产的形式与意义上注入新的思考方式。

   在数位时代，数字空间(Cyberspace)这个词汇起源于W.Gibson(1984)的科幻小说Neurmancer中，所谓『虚拟真实/实境』（virtual reality）的世界。Gibson说，这个词的灵感来自青少年对大型电动游戏机出神入迷的景象，以及计算机屏幕背后『真实空间』熟悉的感官刺激。其概念认为数字空间或称基质(the matrix)的图像是一地方。数字空间能被视为『空间』，是透过特定数位软件所建构，提供超越正常实质空间经验，与进入一个互动的数字环境氛围。在科幻小说中对虚拟现实(non-place)的本质描述有三种类型（图1）：一为Gibson的neuromancer, count zero, mona lisa overdrive，三部曲中描述的信息知识组织为虚空间的本质母体(matrix)--cyberspace，一个丧失实体的地方，就像Digital City Amsterdam（下图左）。二为Neal Stephenson的Snow Crash透过真实都市空间的熟悉性来呈现数字空间并有化身(Avatar)的出现，就像CASA's "Wired Whitehall" prototype（下图中）。第三是Sterling(1988)在Islands in the net中由计算机链接世界形成一全球神经系统称之为NET，一个人们生活于其中并能近用知识的非地方，就像Helsinki Arena 2000 project（下图右）。所以，数字空间是一个逾越日常空间与实体规则的地方，透过化身取代实体的丧失与信息知识的结合，创造出结合网际媒体的新空间(cybermedia space)。Novak(1991)在其『数字空间的液态建筑』一文中，基于视觉图像的数字技术，指出数字空间是一个可可视化的想象住所。因此，面对此一数字时代的新空间，应如何来思考、设计与操作？这是我们在昆山科大空间设计系成立虚拟现实实验室后，一直都持续在讨论与激荡的首要目的。我们在空间设计的教学上主要是去思考，如何透过数字科技媒材来创造与设计可可视化的新空间议题。并着重在信息科技媒体所创造的人机互动界面及其所呈现的视觉效果，来讨论设计思维的呈现在虚空间与真实空间的差异。

  图1：三种数字城市的空间形式

   目前围绕在周遭的世界已经被信息科技所重塑，我们将看到环境的进展，从人造进入互动的领域；而这需要新的设计人才，来应用新媒材整合到以娱乐科技为主的生活环境中。因为，未来的设计人才必须具备数字技术与设计思考的流畅。近来在虚拟环境的浮现与数字媒材科技的影响下，有许多都市与空间设计专注在虚拟城市环境的建构。而这些虚拟环境的城市数字化数据库建构，是藉由虚拟现实与网络整合性的多媒体信息技术，除了可整合大量的城市知识与信息流通外，亦可做为城市再现的多向议题，如城市历史、建筑、文化、旅游、导览、生活等面向，所以世界各国也都急于将城市数字化，并透过虚拟现实的技术，在网络上提供城市的空间经验。另一方面，透过沉浸式虚拟环境的空间浏览经验，让用户再现视觉认知的互动，除可提供都市规划与空间设计的空间模拟与研究，增进与市民沟通空间经验的认知，并可减低城市空间未来发展的阻力，提供一个可供意象的都市未来远景。而虚拟现实的技术在空间设计上最大的特色是在于其互动性，及其实时的反应。其空间场景可让设计者或观看者随心所欲地浏览，甚至实时修改。

以下，将以这几年设计教学经验的进程，来说明在互动的CMC（computer-mediated communication）科技技术的机制下，虚拟现实在空间设计的数字辅助与应用：首先是透过虚拟现实的数字科技媒材来创造与设计可可视化的新空间；第二是着重在虚拟现实媒体所创造的人机互动界面及其所呈现的视觉效果，来讨论设计思维的呈现在虚空间与真实空间的差异；最后是透过以游戏为基础的娱乐科技来呈现空间的多元性，并创造一个新的设计取向与互动方式，来挑战实体与虚空间中复杂的环境互动行为。

一、虚拟现实的可可视化新空间—一个可意向的数字城市

这个设计案例是以台南城市要加入轻轨电车为都市触媒，进行街道改造的模拟。城市数字化数据库的建构(图2)，首先要建立城市的数字化数据的分类，将城市的空间经验以Text, 2D Graphics, 3D Model, Holograms, Animation, VR, Video, Audio等数字的方式来储存。然后，透过3dmax建模软件，来建构数字城市的3D虚拟模型，并转入Virtools软件中，建立虚拟现实的系统，以数字的方式再现视觉仿真的虚拟城市经验。

图2：台湾城市的数字场景建构（数据源：本实验室宋文尧同学）

      这个虚拟场景需要透过3DMAX建立空间的数字模型并整合到Virtools成交互式的场景，建构过程如下：

1. 透过3Dmax建模软件，建立城市的数字化数据的分类(图3)。

图3：城市的虚拟环境数字化建构过程。（数据源：本实验室宋文尧同学）

2. 将3D虚拟模型转入Virtools软件中(图4)，建构数字城市的虚拟环境，以实时方式再现视觉仿真的空间经验。

图4：沉浸式虚拟现实的软件环境。（数据源：本实验室宋文尧同学）

二、虚拟现实的人机互动界面—未来的情境城市

   数字发展系统的设计逐渐由传统系统单向沟通及控制的方式，转变为强调双向沟通及由使用者主动的控制情境(图5)。

图5：情境式互动虚拟环境（数据源：本实验室）

   这种平台的发展，结合多媒体构成「交互式虚拟现实」 (Interactive Courseware)。因此，VR多媒体互动人机接口的设计，使得空间设计结合多媒体而构成的虚拟现实的互动情境式环境。以下这个设计案例是以昆山校园空间的未来载具为触媒，来设计城市的空间场景，并透过人的身体操控，来浏览空间增加趣味性与身体的沈浸(图6) 。透过虚拟现实技术，操作者仅需要在一个CAVE的空间内，即能感受到真实情况下的音频、影像、运动等情景，并与此虚拟场景有互动反应，让操作者完全融入于模拟真实情况的环境中。另外，这种交互式虚拟现实除了可作为情境式互动环境与辅助训练研究外，还可作为（图7）：1.建构一个虚拟环境的数字空间，提供娱乐科技设计沟通的环境平台。2.导入互动接口应用的新模式，提供运动休闲作为空间使用的辅助环境。

                                       图6：沉浸式虚拟现实的软件环境。（数据源：本实验室唐文彦同学）

图7：情境式健身空间游戏环境。（数据源：本实验室）
三、虚拟现实的空间游戏—空间音乐墙

将空间与虚拟环境的互动技术，进一步结合音乐，来发展数字音乐墙，创造空间的科技艺术媒材。将空间中的创意作品分成实体空间墙与网络虚拟音乐墙(图8)，透过虚拟现实的程序撰写结合空间设计的创意，利用音乐来呈现互动的结构趣味性。另外，在Virtools中透过script程序的撰写发展互动的图形接口，并透过游戏概念连接控制硬设备，建立以使用者经验为主的交互式界面(图9)。将空间浏览的层次提升为较有趣味性与互动性的网络游戏内容。

图8：空间墙的实体与虚拟形式。（数据源：本实验室）

            图9：透过script程序的撰写以连接控制设备来发展互动的图形接口（数据源：本实验室）

      近年来，虚拟现实的技术由于软硬件的提升，已被广泛运用在不同领域。虽然透过视觉产生方式与使用设备的不同会有所差异；但在空间设计的应用上，主要是在空间环境模拟的技术，一种凝视旅行（gaze tour）。提供人类透过视觉的成像可以看见了未来的真实，举凡建筑、室内设计、空间规画、游戏场景设计大都以此为主。不过，我们希望能将虚拟现实的应用与科技艺术结合；而这关乎空间浏览游戏与互动的虚拟现实技术，并且需要依靠人机界面（Interface）的互动（视觉、输入与输出装置），作为转换虚拟现实的空间经验。

参考文献

Gibson, w.: 1984, Neuromancer, Grafton Books, London.

Novak, M. (1991): Liquid architectures in cyberspace, in Cyberspace: First Step, (Ed, M. Benedikt), MIT Press, Cambridge, MA., pp. 225-254.

Sterling, B.: 1988, Islands in the net, Ace Books, New York.