虚拟现实技术在新媒体艺术中的应用

《虚拟现实技术在新媒体艺术中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《虚拟现实技术在新媒体艺术中的应用（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、虚拟现实技术在新媒体艺术中的应用摘要本文简要的分析了虚拟现实技术的技术特性，并详细介绍了虚拟现实技术在部分新媒 体艺术中的具体应用。背景：虚拟现实是近年来发展起来的一项新技术,其原理是利用电脑模拟产生一个三维空间 的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其 境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物，它已经被广泛地应用于许多 领域，而影视与电子游戏等新媒体艺术领域，是虚拟现实技术的重要应用方向之一， 也为虚拟现实技术的快速发展起了巨大的需求牵引作用。虚拟现实技术简介虚拟现实技术（Virtual Reality）,又称灵境技术，它的特点在于，由计算机产生一种

2、人为虚 拟的环境，使得人们在视觉上产生一种沉浸于现实环境的感觉。从本质上说，虚拟现实就是 一种先进的计算机用户接口，它通过给使用者同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然 的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作，从而减轻使用者的负担、提高整个系统 的工作效率。它先利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），然后通过 多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现使用者与该环境直接进行自然交互的技术。这种技术的应用，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域，改进了人们利用计算机 进行多工程数据处理的方式，尤其在需要对大量抽象数据进行处理时，同时也在许多不同领 域带来巨大的经济效益。虚

3、拟现实技术具有以下四个重要特性：一、多感知性 所谓多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉 感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有 的感知功能。二、存在感 又称临场感，它是指使用者感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应 该达到使用户难以分辨真假的程度。三、交互性 交互性是指使用者对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时 性）。例如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感 觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。四、自主性 是指虚拟环境中物

4、体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方 向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。因为使用者要通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到实时三维显示和其它反馈信息 （如触觉、力觉反馈等）。因此它的模块组成如下：检测模块：检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境。 反馈模块：接受来自传感器模块信息，为用户提供实时反馈。传感器模块：一方面接受来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一方面 将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。 建模模块：获取现实世界组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟

5、环境。虚拟现实技术在新媒体艺术中的应用由上述的介绍可知虚拟现实并不是一幅图像、画面或一种声音，而是一种“体验”。也 可以说，它就是把人置身于一个由计算机创造出来的虚拟世界中的一种技术。一、应用于电影1.1 虚拟影像撷取摄影系统3D 虚拟影像撷取摄影系统是用两台摄像机来创造出具有立体实感的环境，使观众在享受更强更动感的立体效果，同时又不会感到头晕。该系统在2003年被第一次运用到IMAX电影 深渊幽灵中。随后非常小特务3D和立体小奇兵中都使用了这项技术。此外最 近绝大部分3D电影也都是采用这种方法拍摄的。1.2 动作捕捉技术 动作捕捉是指在运动物体的关键部位设置跟踪器，由动作捕捉系统捕捉跟踪器位

6、置，再 经过计算机处理后向用户通过可以在动画制作中应用的数据。这项用于动画制作的运动捕捉 技术的出现可以追溯到 20世纪 70年代的迪斯尼，他们就曾试图通过捕捉演员的动作以改进 动画制作效果。再后来，诸多作品如丁丁历险记、阿凡达也大量使用了该技术，特别 是在猩球崛起中，这项技术更是被运用到了极致。1.3“表演捕捉”技术 “表演捕捉”技术与普遍运用的“动作捕捉”技术非常相似，其区别在于前者能够完全捕捉 演员的肢体动作甚至于面部表情，将真人演出影像与电脑动画结合，令动画人物的造型与表 情更像真人，使影片更富于立体效果及色彩层次，演员亦可以自由套进不同角色中，与不同 身份的角色结合。表演捕捉可同时在

7、录制过程中以三维特效的形式,将多名演员的面部表情 及肢体行为真实的再现出来，并通过完善的数字摄影系统提供全方位的拍摄信息,最终使创 造出来的虚拟角色在形似之中更添神似。 例如卡梅隆的阿凡达等。1.4 虚拟摄像机 虚拟摄像机是计算机内动画软件假设的摄像机，它是用于计算机二维或三维环境下制作动画 时表现视点的一种工具，专门用来复制实际摄影机的一切运动。而且，相较于现实世界中拍 摄实际景物的摄像机，它有诸多优点。首先，它可以不受实际环境的任何约束。作为设备， 它实际上是不存在的，它没有大小尺寸的概念。如果需要的话，它甚至可以从一个针孔中“穿 越”过去。其次，它不存在运输过程中要借助的包装来防止震动，

8、它可以用任何速度到达任 何地方。最后，虚拟摄像机也没有光学镜头，不必担心场景中光量够不够、光线对镜头光孔 的影响以及对片速和景深的影响等问题。因为虚拟摄像机没有自然界附加给它的约束，所以 它几乎可以做任何事。目前，这种技术已被电影制作人员运用在计算机动画制作的怪兽、太空飞船以及不同时代 的建筑物、交通工具和服饰的复制等方面。例如人工智能、阿凡达、猩球崛起等。 3 电影表现中的虚拟现实技术。1.5 环幕电影环幕电影是借助新的科技手段而产生的一种新的电影形式，其特点是电影画面特别大， 银幕包围观众厅整整一圈，观众可以站在场地中央随意观看。这种形式的电影是9 台摄影机 同步全景角拍摄的，再由9 台放

9、映放在环形银幕上进行同步放映，形成一个360度的全景式 画面。在观看环幕电影时，观众被360 度的画面和多路立体声所包围，从而产生一种不寻常的 强烈感受。观众会不自觉地感到自己就是电影所表现的环境中一员，并随着电影镜头的变化 而产生不同的情绪反映。比如你会感到自己坐在湖中的游艇上，眼看前面的船只向你直冲过 来，不由得倾斜身体避开，但见船只擦身而过，掉头朝后看时，它已在远方的湖面上渐渐消 失，使你感觉到不是画面在动，而是你自己在朝前走。观众与画面情景交融，正是环幕电影 的魅力所在。环幕电影作为一种能显著扩大观众视野的电影形式，能使风光记录影片，旅游影片具有 独特的艺术魅力。随着科学技术的不断进步

10、，为了使环幕电影技术装备简单化、轻便化，环 幕电影系统所用胶片条数有进一步减少的趋势，其声画质量必将不断提高，我们也将获得更 好的视觉享受。1.6 球幕电影球幕电影，又称“圆穹电影”或“穹幕电影”。球幕电影拍摄及放映均采用超广角鱼眼 镜头，观众厅为圆顶式结构，银幕呈半球形，观众被包围其中，视银幕如同苍穹。由于银幕 影像大而清晰，自观众面前延至身后，且伴有立体声环音，使观众如置身其间，临场效果十 分强烈。目前，穹幕电影已成为进行科学研究和科学普及的理想工具，特别是在太空、海洋、军 事、大气物理等科学领域里，更能发挥出它显著的优越性。二、应用于电子游戏电子游戏机本身就是一种特殊的虚拟现实系统，自产

11、生以来，一直都在朝着虚拟现实的方 向发展。从最初的文字游戏，到二维游戏、三维游戏，再到网络三维游戏，电子游戏在保持 其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感一直在逐步地提高和加强。现有技术已经能够通过数字平台来实现非常逼真的虚拟现实景观，生产逼真的三维视觉效 果，使参与者通过交互界面及装置，轻松直观地与虚拟世界进行沟通和体验，使参与者产生 身临其境的感觉，甚至直接感受到虚拟环境中对象的反馈作用。由计算机产生的虚拟环境可以是一个城市，大厦，个人商店，建筑和个人办公室或其它空 间。虚拟环境中通常包括虚拟实体，实体可以是活动的也可以是不动的。不动的实体可以属 于环境的一部分，例如虚拟办公室的不动的墙壁

12、。活动的实体可以包括受用户操控的化身游 戏程序自动控制的对象。2.1 体感交互技术控制器、遥控器、键盘、鼠标等来输入操纵游戏角色或应用的其他方面，有其自身难以克 服的缺点，一是难以学习，造成用户和游戏及应用之间的障碍；再是控制命令可能与实际游 戏动作或其它应用动作不同，如游戏角色挥动球拍的游戏控制命令可能不与挥动球拍的实际 动作相对应。体感交互作为一种进行虚拟现实交互的新型操作方式，可以完全摆脱传统的鼠标键盘和复 杂的动作捕捉设备，用户通过使用自己身体和/或自己周围物体的移动（非遥控器，控制器、 键盘、鼠标等）来操纵化身或应用的其他方面。对虚拟现实应用来说，大大降低了使用的门 槛，扩大了虚拟现

13、实应用的范围，增加了虚拟现实表现的真实感，带来了一次全新的革命。2.2 动作捕捉技术捕捉人体动作的方法有多种，常见的如使用一个或多个摄像头来捕捉用户的姿势和/或移 动来动画化身或屏幕上的任务，或者将用户的姿势和/或移动解释为可用于影响计算机环境 所执行的控制命令。计算机系统中装有相应的软件对摄像头捕捉的图像进行深度图像处理和 骨架跟踪，可以利用多达15 个捕捉节点，识别到人体关节点位置信息，来追踪人体的动作， 并将这些动作捕捉到。2.3 计算机中进行交互 有时为了增强检测效果，还可以通过佩戴有特殊色彩的辅助装置（如手套、帽子、眼睛、 衣服、鞋子和外涂颜料等）。也可以通过检测用户手持的设备，在手

14、持设备中安装有各类传 感器和无线发射装置，通过接收装置接收来自手持设备发送的信号，来识别人体的动作，并 将其转换成游戏软件所需的控制命令，进而控制游戏中的虚拟世界。2.4 立体显示技术和三维虚拟声音生成技术 视觉效果是电子游戏机最重要的功能，为了增强游戏时的沉浸性，当前虚拟现实游戏机通 常采用的显示器有台式立体显示器，头盔式显示器。台式立体显示器的显示屏幕上以一定的频率交替显示生成的左右眼视图，用户需要佩戴立 体眼镜，使左右眼只能看到屏幕上对应的相应视图，最终在人眼视觉系统中形成立体成像。头盔式显示器是虚拟现实系统普遍采用的另一种立体显示设备，它通常安装在头部，并用 机械的方法固定，头与头盔之

15、间不能有相对运动，在头盔显示器的屏幕上显示图像。它通常 由两个显示器分别向两个眼睛提供图像，两个图像存在微小差别，类似于“双眼视差”。由 于头盔上通常安装有头部位置跟踪装置，可以检测用户头部的位置，然后将其传送给计算机 装置，计算机能够根据用户头部的运动实时显示，并改变用户视野的三维视场。头盔显示器 的应用使电子游戏机的沉浸性增强，并丰富了电子游戏机的表现力。对电子游戏机而言声音输出与图像显示一样重要，三维虚拟声音与人们熟悉的立体声音不 同，三维虚拟声音，能使用户能够感觉到声音是来自围绕听着双耳的一个球形中任何地方， 即声音可能出现在头部的上方、前方或后方。三维虚拟声音的应用使用户在游戏中能够

16、准确 的判断出声源的精确位置，符合人们在真实环境中的听觉方式，增强了游戏的真实感。2.5 触觉反馈技术触觉反馈是指在人机交互的过程中，计算机对操作者的输入做出响应，并通过力/触觉反 馈设备作用于操作者的过程。在虚拟现实技术中，按照提供给用户的信息将接触分成两类： 力反馈和触觉反馈。力反馈装置是运用技术手段将虚拟物体的运动转变成周围物理设备的机 械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感。至于触觉反馈目前仅能做到简单的温度感觉，无法提供纹理和材质等感觉。结束语影视与电子游戏行业作为新兴行业，已经超过了电视、电脑游戏等传统的娱乐方式，成为 当代社会的主流娱乐方式，很大程度上影响着人们的工作和生活，对国民经济起到了明显的 带动作用。我们可以想象，在不太遥远的将来，城市里的人们不需要跑到体育场去打羽毛球， 在家里就可以玩。而随着网络的进一步发展，跟朋友