数字媒体设计中虚拟现实技术的应用.pdf

数字媒体设计指的是以数字媒体技术为依托，以常见艺术形式为载体，在保留具有一定欣赏价值和传统元素的前提下，对艺术文化、科学技术进行结合与创新的活动。文章首先说明了 VR 技术的原理和特点；其次介绍了可用于数字媒体设计的主流 VR 技术；然后围绕 VR 技术的实际应用展开了讨论，分别从软、硬件的层面出发，对 VR 技术的应用要点加以剖析，测试结果表明，基于 VR 技术所设计的系统，具有较常规系统更加良好的交互性和时效性，可以充分满足用户需求；最后对 VR 技术未来的发展进行了展望，以供参考。关键词：虚拟现实技术；数字媒体；功能模块；交互手柄中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2023.07.027本文著录格式：何琳麟.数字媒体设计中虚拟现实技术的应用J.软件,2023,44(07):105-107The Application of Virtual Reality Technology in Digital Media DesignHE Linlin(Chengdu College,Sichuan International Studies University,Chengdu Sichuan 611844)【Abstract】：Digital media design refers to the combination and innovation of art,culture,science and technology on the basis of digital media technology,with common art forms as the carrier and on the premise of retaining certain appreciation value and traditional elements.The article first explains the principle and characteristics of VR technology;Secondly,it introduces the mainstream VR technology which can be used in digital media design.Then,the practical application of VR technology is discussed,and the application points of VR technology are analyzed respectively from the aspects of software and hardware.The test results show that the system designed based on VR technology has better interactivity and timeliness than the conventional system,and can fully meet the needs of users.Finally,the future development of VR technology is prospected,for reference.【Key words】：virtual reality technology;digital media;function module;interactive controller设计研究与应用VR 技术给数字媒体设计所带来的影响，主要体现在以下两个方面：一方面，VR 技术的出现，给媒体传统途径产生了巨大影响，以往人们更习惯通过电视、报纸等载体获取信息，VR 技术则可以通过打造仿真场景的方式，使人们对新闻事件具有更加全面的了解；另一方面，新时期，信息传输量、传输速度均与以往不同，将 VR技术融入数字媒体，可以使信息得到更加完整且迅速的传输。1 虚拟现实技术介绍1.1 原理作为仿真技术的主要分支，VR 技术强调以仿真技术为依托，在多种技术的辅助下，通过模拟环境的方式，为用户打造符合其内心需求的虚拟世界。该技术与其他技术的区别可以被概括为以下几点：（1）模拟环境，该技术能够打造具有动态性、实时性等特征的三维图像；（2）自然技能，该技术能够对用户手部、眼睛或头部所做出的行为动作加以反馈；（3）传感设备，以三维交互设备为主；（4）感知，该技术具有与人类完全一致的感知1。1.2 特点VR 技术具有以下特点：（1）存在感，VR 技术能够为用户营造与现实世界相近的环境，使用户产生身临其境的感觉；（2）自主性，由 VR 技术所营造的虚拟环境同样遵循物理规律，简单来说，即身处虚拟环境的用户向某个物体施加一定推动力，该物体将根据推动力大小给出相应的反馈，例如，沿推动力方向快速移动；（3）多感知性，VR 技术既能够传输听觉和视觉信息，还可106软 件第 44 卷 第 7 期SOFTWARE以传输感官及味觉信息，并借助不同硬件调动用户味觉、力觉或是听觉；（4）交互性，身处虚拟环境之中的用户，能够通过传感设备和虚拟世界所创造出的物品进行交互。例如，用户通过双手触摸某件虚拟物品时，通常会得到和现实世界完全相同的感受及反馈。2 可用于数字媒体设计的虚拟现实技术VR 技术能够借助计算机打造三维仿真空间，确保用户能够彻底打破空间与时间的制约，通过佩戴交互设备的方式，对该空间内所存在的事物进行全方位观察。现阶段，该技术已在诸多领域得到运用，在数字媒体设计过程中，以下几项技术均发挥着极为重要的作用，需要有所了解。2.1 Quick Time VR该技术能够根据静态图像创建三维模型，为用户营造高仿真环境，给用户以身临其境之感。此外，该技术所配备查看器还具有编辑、增加照明等功能，用户可以通过该技术控制回放速度，确保自身需求得到充分满足。该技术与其他 VR 技术的区别，主要在于其无需配备 SLR 相机或其他输入设备，只需将图像导入插件，便可以借助查看器查看、编辑图片。2.2 Tilt Brush VR将该技术用于数字媒体设计的作用，主要体现在以下几个方面：（1）通过增设数字元素的方式，确保使用者可依托虚拟场景开展设计工作；（2）通过将 3D 图形、创作工具充分结合的方式，提供更加丰富且高效的设备，保证使用者既可以借助 VR 眼罩、手柄及头罩记录灵感，还能够结合自身需求定制设备，依托移动终端创建、调整或查看作品2；（3）使用者可借助该工具调整所设计作品的颜色、字符大小，使传统方法所存在不足得到有效弥补。2.3 Holo Studio对该技术加以运用，可以为创作者提供更符合其需求的虚拟空间、立体空间，使创作效果最大程度接近其心理预期。例如，创作者只需操控交互手柄，便能够依据自身想法调整虚拟空间内既有事物的规格和尺寸，待建模工作告一段落，再根据实际情况选择颜色及材质，从而获得立体全息图。3 虚拟现实技术在数字媒体中的应用要点在科技飞速发展的当下，数字媒体技术更新换代的速度有所提升，常规系统既无法为用户提供良好交互环境，又难以充分满足用户对数字媒体的需求，对其进行优化升级势在必行。本项目中，设计人员决定引入 VR技术，由该技术负责实时收集数据并营造仿真场景，通过压缩交互延时时长的方式，为用户提供更加良好的体验，促使数字媒体朝着智能化方向持续前进。3.1 软件设计3.1.1 整体架构以数字媒体所提出的需求为依据，对技术架构进行设计。整体方案如下：先利用主流技术设计架构，将 J2EE与 MVC、视图及模型充分结合，再借助 SSH 协议，使所设计结构成为现实3。事实证明，这样做能够使技术架构具有更加分明的层次，从而达到压缩交互时长的目的。3.1.2 优化算法在本项目中，技术人员计划以 VR 技术为落脚点，对既有交互算法加以优化，以期能够使数字媒体交互更具有实效性。研究发现，数字媒体极易由于 LOD 等级改变而出现视觉突跃，导致交互效果无法达到预期，要想规避该问题，关键是要对高度做出补偿。将补偿高度设为 h，则可使用如式（1）所示的确定 h 取值：thhatt=+（1）公式（1）中，ha 代表渲染顶点对应高度。t 代表过渡时长。t 代表高度差。另外，切换环节有一定概率出现二维向量，只有将其快速剔除，才能避免交互效果受到影响，若将二维法向量设为n，则对应的计算公式如式（2）所示：|12,12,12|zzyyxxn=（2）公式（2）中，x、y、z 均代表法向量坐标。随后，可以利用如式（3）所示的处理法向量：(21)(21)(21)fxxyyzz g=（3）其中，g 代表视野向量。经过处理后，便可转换向量坐标并确定转换角度，相关公式如式（4）所示：|vn=（4）公式（4）中，代表转换角度，|v代表点乘向量。至此，剔除二维向量的操作告一段落，基于此所打造交互空间能够充分满足项目要求。3.1.3 功能模块一般情况下，数字媒体均包含 3 个功能模块，分别是数据库、数据及网络模块，在本项目中，设计人员基于 VR 技术对上述模块进行了调整，具体做法如下：（1）数据库，数字媒体不仅需要调用较多数据，还会在运行期间产生海量数据，存储和提取数据的速度，将给其所具有交互性能产生巨大影响。鉴于此，设计人员决定放弃常规做法，转而将 SQLite 作为数据库核心，根本原因在于该数据库具备嵌入性，对其加以运用能够将该模块所占据空间大小降至最低。（2）数据模块，数据模块主要负责快速解析并存储107何琳麟：数字媒体设计中虚拟现实技术的应用XML 格式文件，确保用户在不解析整个文件的情况下，仍然能够获得自身所需信息，通过压缩等待时长的方式，有效解决交互延时的问题。（3）网络模块，基于 HTTP 开发网络模块，模块投入运行后，用户只需以系统所提供的数据为依据，便能够准确掌握其状态并进行通信。3.2 硬件设计3.2.1 处理器数字媒体对整合媒体资源所提出的要求极为严格，为满足相关需求，设计人员提出引入 TMS320DM6446处理器，由该处理器负责处理并整合资源。与常规处理器相比，该处理器具有以下优点：（1）搭载最新 DSP，兼具良好的可编程性、扩展性，可以实时处理数字媒体资源；（2）新增多种资源设备及交换中心，能够在 ARM模块的配合下快速处理相关资源。3.2.2 投影仪数字媒体往往需要借助投影仪对信息进行展示。在本项目中，设计人员综合考虑多方因素，最终决定选用EPSON CB-FH52 投影仪，其额定功率是 327W，除特殊情况外，分辨率均能够达到 1080P，可以最大程度保证交互清晰度及整体效果4。另外，即使在光照较强的环境下，该投影仪仍然能够投放出鲜艳且清晰的画面，这点同样需要有所了解。3.2.3 交互手柄为保证数字媒体具有符合预期的交互性，故使用Flystick 手柄作为交互手柄，并结合实际需求对该手柄做出了如下调整：(1)增设两个 CPU，控制交互延时；(2)在保留原有模拟操作杆的基础上，新增数个操作杆，由各操作杆负责接收信号并完成 3D 处理任务，使无线交互的设想成为现实。4 未来发展趋势新时期，将高新技术用于数字媒体设计成为大势所趋，其中，最为典型的技术即为 VR 技术，基于该技术开展数字媒体设计工作，一方面可使设计水平得到大幅提高；另一方面能够给用户带来更符合其心理预期的体验。可以预见的是，未来 VR 技术的适用范围将进一步拓宽，并为场景设计、游戏设计等工作的高效开展提供有力支持。4.1 数字场景将 VR 技术用于博物馆、文化馆，可以获得大量仿真场景，给参观者以身临其境之感。以世博园大阪馆为例，设计该场馆时，项目方便借助 VR 技术对大阪独具特色的下水道进行了还原，将音乐、印象和 VR 技术充分结合，从而打造出高度还原的仿真场景。此外，还在喷泉附近建造了空映像厅，在 VR 技术的辅助下，将电子产品、数字作品连接，确保佩戴虚拟设备的参观者可以充分调动自身感官，从而对大阪的繁华形成更加深刻的印象。4.2 数字游戏作为数字媒体极为重要的一部分，数字游戏同样对VR 技术具有极强的依赖性，可以说，正是因为 VR 技术的加入，才使数字游戏及游戏行业得到空前发展。以网易出品的阴阳师为例，该款游戏便运用了 LBS及 VR 技术，用户进入现世召唤模式后，由其所召唤出的式神将得到三维立体的呈现5。另外，由思萌科技所开发 PP GUN 同样用到了 VR 技术，用户只需将控制器接入显示屏并佩戴 VR 眼镜，便能够进入游戏所营造出的虚拟场景中，从不同维度体会射击所带来的真实感受。4.3 数字建筑基于立体空间开展建筑设计工作，通常能够取得较平面设计更为理想的效果。有关人员可以借助 VR 技术确定建筑设计方案，根据设计方案建立相应的三维模型，使设计细节得到直观展示，及时发现并处理设计方案所存在的问题，确保所设计建筑能够取得预期效果。例如，将 Holo Studio 用于建筑设计，一方面可以使建筑空间得到高度还原；另一方面可以借助手柄修改模型，确保建筑结构、内部配色和材质高度契合。5 结论通过分析可知，以往数字媒体设计过程中，有关人员普遍选择以计算机为依托，对图形、影像或是视讯作品进行创建，现阶段，该做法已逐渐被社会所淘汰。将VR 技术用于数字媒体设计，既能够使其传播渠道得到创新，又可以加快信息的传输速度，由此可见，基于VR 技术开展数字媒体设计相关工作是大势所趋，未来该项技术必将得到更加广泛的运用，有关人员应准确掌握 VR 技术的原理及特征，结合数字媒体设计所具有的需求，对 VR 技术的运用方向、方法进行深入探索，确保 VR 技术的价值能够得到最大化实现。参考文献1 佘文明.浅析虚拟现实技术下数字媒体交互方式的创新J.电子元器件与信息技术,2022,6(7):126-129.2 黄璇.基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计创作研究J.鞋类工艺与设计,2022,2(9):43-45.3 汤颖.计算机VR技术在数字媒体系统设计中的应用方法J.数字技术与应用,2022,40(3):207-209.4 姚先莉.数字媒体系统设计中计算机VR技术的应用分析J.电子元器件与信息技术,2021,5(12):81-82.5 周浩华.基于虚拟现实技术的数字媒体艺术设计创作研究J.肇庆学院学报,2021,42(6):118-121.