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虛擬實境於空間設計之應用BY魏愉真

 

壹、 前言

       隨著數位時代來臨,電腦科技侵略性地改變我們的生活環境,電腦逐漸成為設計界不可或缺的工具,根植於設計生產流程,儼然為設計者必備的生產技能之一。諸如透過影像處理軟體、空間模擬、電腦輔助設計以及電腦輔助繪圖軟體所提供的功能,來進行設計作品的表現與繪圖。電腦科技在設計專業領域的應用,確實提升了設計圖的生產效率與多樣的表現方式,卻也逐漸取代傳統的手工繪製圖面。

       「虛擬實境」(Virtual Reality,簡稱VR)是一門創新的技術,是一種三維互動式的電腦模擬技術,使用者藉由簡單的介面,加上可攜式資料就可以體驗身歷其境的感受。利用虛擬實境技術,操作者僅需要在一個特殊的空間內,即能感受到真實情況下的音訊、影像、運動等情景,並與此虛擬場景有互動式的反應,讓使用者完全融入於此一模擬真實情況的環境中;而虛擬世界中之物件可為人們所熟悉的周遭事物、或是無法肉眼所見、或者是虛幻想像的空間,並且可以不同以往且獨一無二的觀視點去檢視空間中的任何物體。本文試著從空間設計出發,檢視虛擬實境在空間設計領域中的運用與發展。


貳、 空間設計

        設計行業大體上可分成空間設計、工業設計、視覺傳達設計、其他設計類等四大領域。其中空間設計是以建築設計為核心的一種設計專業,廣義的空間設計包括了以「空間與實體為設計對象的設計專業」,諸如建築設計、空間設計(室內設計)、家具設計、展示設計、舞台設計、燈光設計、景觀設計、街道設計、環境設計及都市設計等。

       虛擬實境在空間設計上的應用實屬數位設計的一部份,但由於數位設計專業領域歷史太短,所以還處於專業整合的階段,而不是專業分工或專業分化階段,因此僅能描述數位設計之下的內容為:人工智慧與設計的整合、電腦輔助設計繪圖、網際網路設計等[1]。不管設計專業的分工如何演變,相較於傳統的設計專業,當代設計專業已有許多改變,這種改變也是設計專業發展的趨勢,尤其以電腦科技發展的影響最為明顯與直接。本文所指的「空間」,主要探討「平面」創作的視覺空間表現。設計師常透過形式、光線、材質和顏色等元素的組成來創造空間,使作品產生深度的幻覺,對感官的刺激便形成了我們對空間的體驗,將於本文「虛擬實境空間」作探討。


參、 虛擬實境

虛擬實境定義

「虛擬實境」(Virtual Reality)一詞,於1989 年由美國VPL Research lnc. 的董事長Jaron Lanier 所創,用來描述電腦資訊空間中栩栩如生、令人沈溺的模擬世界。此一概念源於1965 Ivan E. Sutherland 教授所提出之「Ultimate Display」的想法,介紹以電腦顯示三度空間圖像,他希望透過電腦圖形的顯示,人們可以進入愛麗斯的夢遊仙境,並感受到如同處於一個真實的環境[2]。對於虛擬實境,專家學者們也提出自己獨到的見解,如「虛擬實境是一種高級的人機介面,這介面透過多種感應頻道產生即時模擬和互動」、「虛擬實境是讓使用者從任意角度去觀察虛擬出來的世界,而這虛擬世界中的任何物體能與使用者產生互動」、「虛擬實境讓人巨細靡遺的感覺處理三度空間的結構、建築和資訊」等等[3]

由上述可知,虛擬實境具有多面向與型態,簡單來說,它是一個由電腦所產生的一個具有3D立體空間的虛擬世界,使用者可以透過特定的輸入設備與虛擬世界間產生互動,更可以讓使用者自由的悠遊其中,並有強烈的融入感及參與感[4]

虛擬實境特質

虛擬實境系統最大的特色是在於其互動性及其即時的反應,當應用在設計上,可讓設計者、使用者或客戶隨心所欲地自行操作電腦,從任何角度位置,全方位地觀看設計成品,甚至作即時修改,可以肯定的是虛擬實境將會是21世紀電腦資訊業的重要趨勢。茲就Krueger1991)提出的觀點,將虛擬實境視為具有三個要素(3I)的一種介面[5],概述如下:

a.沉浸(Immersion):是指參觀者融入情境當中,甚至到了一種忘我的境界。

b.想像(Imagination):參觀者在虛擬場景中受到聲、光、影像效果的刺激,營造出另一種想像空間。

c.互動(Interactive):一般而言是指人機介面的操作與回饋。

虛擬實境應用

虛擬實境是一種藝術與科技的整合,廣泛運用在不同屬性的領域,如飛行模擬器可算是虛擬實境技術最完整的發揮、虛擬實境電玩機台和軟體是虛擬實境技術商業上最廣泛的應用。由於虛擬實境軟體功能的日新月異,以及個人電腦為主的虛擬實境系統價格降低,更能將虛擬實境運用推向大眾化與普遍化。

其用範圍甚廣,如教育、訓練、醫藥、治療、政治、旅遊、購物廣告、宗教、設計、戰爭、通訊傳播、娛樂、心理、哲學、太空研究、工業製造、就業及休閒等(Sherman & Judkins1995。至今虛擬實境隨著科技的進步,其應用範圍仍不斷地擴大,由此可知虛擬實境的技術對日常生活的影響已普及到各個領域。針對設計行業體系來說,不管是視覺傳達設計、工業設計、空間設計等,更是密不可分。

虛擬實境種類

虛擬實境依據資料形式可區分為幾何體式、影像式及混合式三種:

a.幾何式虛擬實境(Geometry-based Virtual Reality)直接將3D幾何體直接轉換成虛擬實境格式,以利互動觀看或指定屬性,VR物件保留原物件大部分量體特徵且可用滑鼠製作360度立體轉向。觀看者可以步行或飛行方式穿越其中。其的優點是執行速度較快,效率較高,而且互動性強;缺點是擬真效果較差。

b.影像式虛擬實境(Image-based Virtual Reality)本方式利用相片模擬環場景像或物件360度景像之虛擬實境技術,基本上它屬於一種相片品質的虛擬環境。顧名思義,它就是利用真實的影像,再以電腦技術為基礎,作一個類比我們真實環境的虛擬世界。

c.混合式虛擬實境(Hybrid Virtual Reality):幾何式虛擬實境與影像式虛擬實境的相互混合運用。可大量減低幾何圖形計算的時間,增加處理的速度,同時也可以增進影像式虛擬實境的互動性,配合網際網路的風行,的確給虛擬實境帶來新的思考方向。

虛擬實境技術分類

虛擬實境依據不同的視覺產生方式及使用設備的不同,可區分為以下幾大類:

a.桌上型虛擬實境(Desktop VR):通常使用滑鼠、軌跡球、搖桿等設備做為輸入設備,並以一般個人電腦螢幕為輸出。

b.模擬型虛擬實境(Simulator VR):提供仿真的機械與設備,讓使用者在特定的操作環境中使用,並結合影像螢幕以達到模擬的效果。

c.投射型虛擬實境(Projection VR):使用大型投射螢幕配合數個投影機及立體聲音輸出裝置,將整個場景在使用者的周圍投影出來,形成一個環場的場景。

d.融入型虛擬實境(Immersion VR):系統中配有特定的輸出、入設備,如頭盔顯示器、3d滑鼠、追蹤器或資料手套、立體聲音裝置、感官輸出裝置等[6]

肆、空間設計虛擬化趨勢

虛擬實境空間

虛擬實境空間是一種模仿真實的虛擬空間,以使用者主觀經驗角度的定義,虛擬實境是一個事件或實體,其具有真實的效果,但並非真正的真實,先決條件是人類的感官要相信這是真實。而虛擬實境是具有內容的,並非只是人機界面或是溝通媒介。虛擬實境具有後現代的產物特徵,透過虛擬的形式,實體空間的經驗被符號化,並過度再現為超現實的視覺經驗,甚至觸覺、嗅覺、聽覺等感官經驗,這些經驗超越模仿真實而是製造虛擬的真實。如透過角色扮演與情境描述(context description),製造者可生產一非功能性的產品,它是一種超越傳統交換價值的消費,成為另一種象徵價值,虛擬實境是一種操作經驗的想像,甚至是一種身分地位、生活型態的想像[7]

虛擬實境空間運用

虛擬實境在空間設計範疇有相當多的應用研究,以下參閱施乃中<虛擬實境:一種表達、溝通、互動的方式 >一文中,提出虛擬實境在建築相關領域運用的實例,同時透過筆者再整理以探討虛擬實境在空間設計相關領域的運用。

 a.既存實體視覺化

1.都市環境模擬:以實際存在的都市與建築為對象之實體數位化,甚至改變環條件。

2.歷史建築:例如建築裝飾構件(如石獅子)之數位再現或傳統建築模擬。

3.展覽博物館:透過互動式虛擬博物館檢視傳統博物館的展現方式與體驗,以提供更多元化的展覽空間。

 

b.虛體視覺化

1.設計典例:未完成的紙上建築或設計典例,透過虛擬空間關係重建,探討物體及空間相對位置。

2.建築內設計:除可以模擬設計外觀外,尚包括內涵之呈現。

3.防災:如火災逃生模擬。

4.營建:施工計畫與過程模擬。

5.燈光設計:不同顏色光源變化的空間效果。

6.公共藝術:作品形式、尺度與環境或人的互動關係。

7.其他:如展示、舞台設計、日照、採光率等等。

小結

虛擬實境技術其實已普遍運用在空間設計範疇,相較於傳統的的手工繪製圖面,當代以電腦科技為主要的設計生產工具,數位設計廣泛被運用在各個設計流程,其中以虛擬實境進行空間視覺模擬可作為設計評估之參考,例如在施工前的設計模擬可先行發現問題並加以改善,減少試誤的代價;而在設計階段的溝通方面,虛擬實境空間的模擬更可加強不同專業領域的密切整合;同時讓設計者、使用者或客戶自行操作電腦,由任何角度位置觀看設計成品,甚至作即時修改。下列嘗試對虛擬實境空間模擬的優缺點進行探討。

 a.優點

1.審視設計:在建構實物前預視其外觀,以了解外型、顏色、配置等項目之適當組合,或變更外觀。

2.觀察構件間關係:檢查幾何體構件間是否契合、如何分解,是否有接觸、碰撞情形。

檢查建造可行性:檢查是否符合設計規範、應力負荷、熱傳導率需求,構建是否能有效率建造。

3.估算:預估造價、體積、面積、工時、複雜空間構建斷面。

4.展現物理性:展現物表反射光源情形、物表性質(如光滑度、透明度)。

5.表達藝術性:純粹為藝術性的視覺化呈現。

6.傳統文化保存:傳統建築空間的模擬、再現或紀錄。

 

b.缺點

1.形式的操作玩弄:數位科技軟體的無重力、去物質化、視覺化、即時的互動以及便利的修改功能等等,讓設計者能輕鬆快速從事形式創作的生產,也易流於形式的玩弄。2.虛擬空間的落實:數位工具是一個極為優良的「紙上建築」的創作環境,須仰賴其他相關材料、結構、構造等知識,才能讓虛擬空間準確的落實為實體空間。

3.轉化與再現後之數位空間認知:設計者與觀看者僅能透過電腦螢幕與數位空間產生互動,空間尺度、比例關係不容易掌握,容易迷失在數位空間裡。

 虛擬實境在空間設計的相關應用


伍、結論

          1970 年代電腦開始進入建築設計工業。隨著近十年來電腦科技的飛快成長,逐漸成為設計界不可或缺的工具,近幾年更因為電腦軟、硬體漸趨成熟以及電腦處理三度空間模型的技術、速度快速發展與價格平民化,利用電腦進行空間設計建構更廣受大家重視及運用,相較於純手工的時代,設計圖面的生產效率與表現品質確實提升了許多。同時,數位化的設計圖面資訊,可以經由網路的傳遞,快速、準確的到達設計合作者、業主、承包廠商等的手上,讓設計相關人員更緊密的結合在一起。

資訊時代提供一個全新的創作媒材、方式與思維,使設計者能快速達成對空間的需求或使空間概念更容易被呈現,以畫筆在畫紙上的創作,由滑鼠與鍵盤的操控在螢幕上顯示結果所取代;人與人之溝通與對真實物之認知,不必然需透過實際接觸就可獲得知覺,電腦技術可以再現實像或製造擬像。空間之認知也隨著擬像之真實化而逐漸模糊了。


陸、註釋


[1].書目一   [2].網站二   [3].書目三   [4].網站一   [5].書目三   [6].網站一   [7].書目二


柒、參考資料

書目

  1. 楊裕富,2000,《空間設計:概論與設計方法》,台北:田園城市

  2. 蔡佩烜,2003,《實像與擬像-數位化設計輔助空間概念化與生成之探討》,成大碩論

  3. 易斌,2003,《虛擬設計博物館之互動導覽設計》,成大碩論

  4. 邱茂林,2003,《CAAD TALK1 數位建築發展》,台北:田園城市

網站:

  1. <虛擬實境簡介>,網路查詢:http://www.ship.org.tw/vr/index.asp

  2. 張恬君,<虛擬世界的網路美學>,網路查詢:

  3. http://www.aerc.nhctc.edu.tw/paper/

  4. 虛擬實境,網路查詢:

  5. http://www.86vr.com/index.html

  6.  

圖片來源

  1. http://www.ship.org.tw/vr/index.asp

  2. httpec2.pchome.com.twcase00001600001625.htm

  3. httpinfo.scps.tpc.edu.tw3godtour.htm

  4. httpwww.tycg.gov.twsite3eae11bdfilestygov.gif