三维数字空间交互的发展现状

时间：2024-05-04

盛瑨周剑（南京艺术学院 210000）

三维数字空间交互的发展现状

盛瑨周剑（南京艺术学院 210000）

三维数字空间交互是当今计算机技术发展下数字化虚拟空间与交互技术碰撞下产生的，有着自身的特点与内部系统。在互联网+时代更有着广阔的发展空间。本文从三维数字空间的特点，交互的内部体系与数据结构等出发，以技术和应用层面剖析了三维数字空间的发展现状。

三维数字空间；交互；发展现状

一、三维数字空间

“三维数字空间”是通过计算机“数字化”模拟出空间的各部分信息并能够建构出一个虚拟的三维空间。计算机可以模拟出空间的所有信息，包括视觉信息、听觉信息，甚至是触觉信息等，这一切信息便是人对数字空间的感知，虽然是虚拟的，但又具备了一定的真实感，再配上相关的感知设备，会带来更加真实的沉浸体验。

三维数字空间最主要的特征包括数字性、空间性、动态性、整体性。“数字性”便是前文提到的将所有信息“数字化”，是计算机语言的介入，也正是数据化的运算才使得这种具备多种功能特性的虚拟空间的存为可能。“空间性”是指表现的对象是“空间”为主体，从多种感官角度具备“空间”的一定特质和属性。“动态性”有三层含义，第一是空间的表现是一种非静止状态，是在不断的实施动态跟进；其次是类似于动画影像的空间表现，这是一种被动式的动态视觉感知；另一层面是具备一定交互功能的空间表现，空间中观察视角的动态变化完全受操作者的控制，这是一种主观式的动态。配上相应的交互设备，这种动态性则是超出视觉范畴的全方位的动态感知。“整体性”是指“数字空间”表现出一个完整的虚拟空间，包括空间的形态、材质、色彩、光影、功能、空间关系等多个层面。

二、三维数字空间的交互

三维数字空间的交互是基于虚拟现实（VR）技术的一种人机交互，它是集计算机图形、立体显示、数据跟踪、力反馈、数据传输等多种技术为一体的综合性体现。主观下对三维数字空间的认知使得人们超越了观看，而是经历一种沉浸式的空间体验。这种空间行为更加激起对虚拟空间的注意、感知、思考和情感等，过程的真实感加强了空间的存在性，这也是“交互”给三维数字空间带来的最本质的意义。

三维数字空间交互性的内部体系包括数据建构、数据管理和数据呈现。这些部分都是依靠不同的软硬件设备共同实现。空间的不同要求，内部体系各部分也都相应的有一些差异。数据的建构是将空间信息数字化的过程，是三维数字空间存在的基础。三维数字空间的数据有两种可能性。第一，以真实世界的空间为依据。另一种是完全虚拟的空间。无论那种情况，数据梳理后都要在计算机专业软件中进行虚拟空间的建构，包括空间实体模型的创建、材质的赋予、光影的营造等。数据管理是三维数字空间运行的必要保障，它是对建构的数据进行统一的管理和动态的维护，以满足空间信息提取的要求。这种管理包括空间网络数据的管理和空间信息状态数据的管理，依旧借助软硬件共同完成，特别是在交互形式下，空间实时信息的提取与变更以及与相关设备的数据传输。数据的呈现是三维数字空间最终效果，也是人与空间交流的直接平台。它是以人的感官为依据，因此呈现是多方位的。有视觉呈现、听觉呈现、触觉呈现，甚至是味觉和嗅觉呈现等。通过计算机图形技术与实时显示技术，体感技术，音频技术与设备等得以实现，从而达到虚拟空间中多层面的沉浸感。

三、三维数字空间交互的发展现状

1.技术发展现状

“数字空间”概念的出现最早是在测量学与环境地理学领域，主要是运用数字技术对空间环境进行一定的研究。这种研究最初只是对实体空间进行监测和分析。这种“数字空间”的研究更关注数据的准确性与时效性以及数据管理的便捷性。随后，以表现为目的“三维数字空间”的出现，最早主要在展示宣传领域，以空间展现为目的，让人能够通过视觉感知直观的了解空间的状况。这时“三维数字空间”主要以静态空间表现图和动态空间视频影像形态呈现。

随着计算机技术的发展，特别是交互技术与虚拟现实（VR）技术的发展，三维数字空间从单一的展现空间发展到了沉浸式多方位的感知空间。从1968年，美国计算机科学家 Sutherland 在哈佛大学组织开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD及头部位置跟踪系统到数据手套，再到当今的增强现实数据眼镜以及种类繁多的虚拟现实设备。软件与网络技术的不断发展，使得三维数字空间已经能够表现出空间中非常逼真的形态、材质、光影、物理动力学等信息，真实的视觉感知增强了空间的沉浸感。交互的方式也从最初的设备交互发展到肢体交互、视觉交互、思维交互等多元化的体感交互手段。虚拟现实软硬件技术的快速发展，使得三维数字空间从实验室的研究试验走向了社会生活的实用。

2.应用发展现状

商业展示。通过三维数字空间交互对商业空间进行展示。使观者能够全方位，立体化地了解空间的结构和周围环境，真实的视觉画面和交互性人产生真实的沉浸感，以达到商业展示宣传的需求。这种商业展示涉及房地产开发、城市发展规划、旅游景区开发、建筑设计等领域。通常是在项目未建成的开发阶段，能够提前展现空间的具体面貌，对项目的审定和宣传都有着重要的意义。

文化保护。通过三维数字空间交互对部分消失或已经消失的建筑进行复原，从而对建筑文化起到一定的保护作用。同时对古建筑的历史价值、现存状态、实体研究等起着重要作用，充分体现了技术与文化的紧密关系。这种复原是一种数字化的复原，是能够不断传播和保存的一种形态，同样也是具备真实感和空间感。相比真实的修建复原一座建筑遗迹，三维数字空间则能够大大节省人力资源、社会资源、经济资源、生态资源等，是文物保护最为可取也最为捷径的方式。

虚拟旅游。在现实旅游景观基础上，运用三维数字空间，构建一个虚拟旅游环境，通过网络或展示设备能够使“游客”身临其境般地逛逛看看，以满足足不出户就能旅游的愿望。三维数字空间交互使得游客不受时间、空间等条件限制，可以自主地选择和确定旅游的时间、地点、方式和途径。虚拟旅游同样也能够通过互联网让世界各地的人了解景点，从而对现实中的景点有一定的宣传价值。

虚拟博物馆。运用三维数字空间交互建构一虚拟的博物馆，并通过网络平台技术进行博物馆空间及展品的参观浏览。同样，也应用于虚拟美术馆、虚拟商城、虚拟校园等领域。在三维数字空间中能够进行较为真实的参观、游览、商业、教学等活动，以完成博物馆、美术馆、商城和校园的主要功能。同时它也是一种新媒介的宣传手段和商业手段，随着网络的发展，网络在人们的生活中根深蒂固，这种利用网络的宣传和商业手段是面最广最有力度的途径。