穿戴式VR头盔在美术教学中的设计研究

黄兵桥

（湖南环境生物职业技术学院，湖南 衡阳 421005）

VR技术依托科学技术，结合模型分析将数据信息化，能够实现信息多维度解析。同时，VR技术一般与穿戴式VR头盔相结合，通过三维成像技术，将自然环境与设计内容有机结合，进而增强用户代入感，使设计更加贴合用户需求[1]。

1 VR技术的内容及意义

1.1 VR技术内容

VR 技术包括显示技术、声音技术和感觉技术等，以人的视觉为切入点，从用户角度出发，深入探究人脑与图像的关系，并对接收到的图像进行整合，由眼睛传入视觉中枢，以便达到3D效果，其中，VR显示技术可模拟生物动态，即模拟人眼接收信息的帧率，使用户能够“身临其境”。声音技术利用蝙蝠效应，结合声波定位，从而保证用户能够听到并感受到真实的环境，体现为空间性和多维度，一般以手套为感受器，将人的信息传入数据中心。

1.2 VR技术应用于美术教学的意义

VR技术可以增强专业知识的展示效果。美术教学中的VR技术可将抽象的设计知识生动化、直观化和形象化地展示出来，在教学中可引领学生进入深层思考，加强学生对空间设计内容的理解，使学生更加投入，在设计产品时能够扩展用户思维，使设计产品别具一格。

VR技术可以激发学生的探究兴趣。美术教学中该技术的应用可使学生灵感实体化出现，以产品的方式展现给大众。而VR技术能够辅助教师教学，并打破传统课堂学习空间和时间的限制，让学生身临其境，在虚拟的环境中展现出自己的创意，从而激发学生探索的兴趣。在VR技术的辅助下，将创意进行实践，能够帮助学生找到高效的学习途径，并使艺术设计更具有鲜明的特色[2]。

VR技术可以增强实训教学的互动性。该技术相当于一个虚拟的实训场地，可以说，VR技术应用于美术教学，并体现在实践中，能够使学生充分发挥主观能动性，理解老师教授的知识，比如结合VR技术对产品包装设计，可以将图像展示得更加真实，以互动形式来提高学生自身实践能力。

2 穿戴式VR头盔与美术设计的结合

2.1 VR游戏中美术设计

随着VR游戏的诞生，次世代游戏体验得到了质的飞跃[3]。VR将玩家从3D开发，并依靠2D屏幕进行观察的传统游戏中脱离出来，进而“亲身进入”到游戏场景中，切身感受游戏里的氛围。玩家不但能够近距离观看各场景、道具和角色，还可以近距离体验到游戏里面的各种炫丽特效。VR实现了次世代游戏玩家的终极梦想。然而VR游戏的开发依然尊崇次世代游戏的制作流程。

比如在游戏某一场景山地创造时，可根据以下步骤进行操作：1）升高或降低山势的。按住 Shift，再点击鼠标左键即可降低。这对于后面的操作也同样适用。Brush Size 刷子的大小，还有一个Opacity密度；2）通过调节Height，调到指定高度；3）使地形更加平滑；4）对各种地势进行贴图；通过点击Edit Textures 图标 Add Texture 操作即可。5）添加树和花草的模型，通过Edit Trees/Details来操作即可。

2.2 VR家居中美术设计

随着人类生活的提高，家居设计更加贴合人们“享受生活”的需求，对房屋的结构、外形进行细致构思，这些构思与设计完全需要美术基础，为了使之定量化，结合图纸内容，威亚技术可将故事变为看得见的虚拟物体和环境，这种设计可将用户想象内容表现出来，去构建、装饰“虚拟”的房间，同时可对不合理的地方随时进行整改，一方面可将想象虚拟化，另一方面又节省了做模型的费用，最终设计的家居更能满足用户需求。

2.3 VR技术与艺术相结合

艺术家通过对VR、AR等技术的应用来满足其创作需求，并赋予创造的过程以新的含义[4]。随着信息时代的发展，艺术与科技相结合是未来发展趋势，结合VR性质的交互装置系统将作品表现出来，借助软件和硬件将产品虚拟化，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像，即结合真实环境，利用编程语言将数据内容具体化表现出来，可以通过自身动作控制投影的文本，进入作品的内部，操纵、观察该作品，加强其创新性[5]。

3 穿戴式VR头盔在美术教学中的设计

穿戴式VR头盔是一种能够将想象事物虚拟成真实物体和环境的头盔，能够将内容可视化，在美术教学中具有重要意义，如图1所示，VR技术基础开发工具为Java语言，数据库中间件可满足终端客户需求，实现服务化标准，进而完善对智能家居的控制。

图1 VR技术相关体系示意图

3.1 安装VR场景的编辑器和观察器

3.1.1 完成VR场景的编辑

MATLAB作为使用率高且性能好的软件，可完成VR场景的编辑，步骤如图2：1）安装 VR 观察器，首先 在 CMD 窗口中输入“vrinstall -install viewer”。软件中 会提示Direct3d 加速，随着操作，会出现 blaxxun Contact viewer 的安装程序，按照指令进行。2）输入命令“vrinstall -install editor”安装编辑器；3）创建一个VR场景，“vrinstall -check”检查是否安装成功。

图2 创建一个VR场景流程图

进入目录：

C:ProgramFilesSoftMATLAB2018b oolboxsl3dvrealmprogramvrbuild2.exe，双击启动 vrbuild2.exe。

3.1.2 新建一个三维场景

File-New(或 Ctrl+N)新建一个三维场景(New world)。

选中左边的 New world 节点，通过工具栏进行设计，比如点击图标按钮，即在场景中添加了一个画面，以便进行设计。

并结合绘画内容填写名字，可将左边的 transform 改成设计标题(名字而已），从而对场景进行编辑。如图3所示，为三维场景基本元素，包括center、rotation、scale、scaleOrientation、translation 等，MATLAB 软件可通过编程控制。

图3 VR场景编辑流程图

此时设计中可以根据对象的大小、位置、颜色等，建立三维实体，像fog、背景、灯光、视角等。此时点击保存，保存为 tstBall.wrl。wrl 文件是 VRML格式。

注 1：如果想通过 Simulink 的 VR Sink 模块引出输入端口，对 3D 对象命名。

注 2：vrml 格式类似于 html，是一种 3D 场景的文本描述格式。可以用文本编辑器查看。

注 3：VR 场景的方向定义为：Z 轴垂直屏幕向外，Y 轴正向指向屏幕上方，X 轴指向屏幕右方。

3.1.3 将 VR 场景导入 MATLAB

Simulink-File-New，新建一个 Simulink 文档。在“Simulink 3D Animation”库中选择”VR Sink”组件，加入文档中；第一次双击 VR Sink 模块，弹出参数配置窗口；导入之前制作的 tstBall.wrl，右侧将展开场景对象列表。我们找到名为“Ball”的对象，选择“Scale”（尺寸）和“translation”（位置）两个属性。点击 OK。 此时 VR Sink 模块将出现两个输入端口，对应刚才选择的属性。

这样，就可以通过输入数据来控制虚拟场景中小球的尺寸和位置。可以简单地测试一下：在 Simulink 库下的 Source 条目中选择 Sin Wave 模块，作为小球的 Y 轴位置。X、Z 轴保持为 0，结构如图4。

3.1.4 仿真模型

仿真演示：配置“Sine Wave”，双击打开“Sine Wave”的编辑界面，设置所需内容。

连接模型：将模型的各个模块建立如图4的结果，然后保存起来；然后，双击模型“VR Sink”，打开显示界面。

图4 VR虚拟场景变化

在打开的界面中，我们单击运行按钮，就可以对模型进行演示了，模型就会运动，行成VR仿真效果。Java代码：

3.2 穿戴式VR头盔在美术教学中的具体应用

3.2.1 VR+课堂教学

传统的美术教学局限于课堂空间，形式表现为“教与学”通常以老师面授为主，因此，学生的兴趣并不浓厚。而VR技术与教学的融合，能够打破传统课堂的弊端，建立立体化学习情境，直观展示设计内容，增强学生直观感受。VR+课堂教学科室学生在虚拟情境中学习，并能够加深对设计的理解，继而提高学习效果。比如，在课堂上，将VR触控黑板和教学资源相结合，将二维转变为三维立体。

3.2.2 VR+实验教学

美术教学以书面表达的方式表述出来的东西太过难懂，从而影响学生学习效果。所以将VR技术与实验教学相融合，可模仿现实环境，让学生身临其境，进而对设备进行调整。由于艺术设计需要的材料较为复杂，所以，将VR技术与实验课相结合，一方面能够使学生在有限的资源下完成美术设计，另一方面，可以打破传统教学空间和时间上限制，进而加强学生对实验教学的理解。比如vr技术可应用于爆破真实场景的设计将爆破场景展现出来，让学生不必进入爆破现场，就能够完成设计知识的学习。所以说VR技术在实验教学中更能够增强学生艺术设计能力，对学生帮助良多。

3.2.3 VR+实践教学

美术教学的实践课时比较多，但是理论教学还有所欠缺，所以采用VR技术，可在实践教学中帮助学生提高设计能力。一方面，教师可依托项目提供学生操作平台，另一方面，在VR实践平台上，借助平台软件辅助工作。比如包装设计，结合美术教学内容，包装设计更能贴合用户需求，同时包装设计更要突出产品效果，所以教师在课间讲授绘制三维视图的方法，在实践平台展现立体效果，学生也可以通过软件进行设计，构建三维模型，通过模型信息来分析包装设计的可行性，进一步提高学生实践能力。

4 结论

现今VR使用的编辑器像Unreal Engine、CryEngine和Unity都是风靡多年的次世代引擎。能够以精简的面数表现出高精度模型效果，各种材质和纹理贴图通过美术设计，凸显出写实的效果，更注重质感，逼真的画面效果具备独特的性格魅力。综上所述,随着我国网络和计算机技术的发展，穿戴式VR头盔在美术教学中的应用也越发广泛，该文对穿戴式VR头盔在美术教学中的应用进行论述，从概念入手，探究其在美术教学中的应用，并结合具体技术进行分析，进而充分了解和认知该技术的内容。