混合现实MR设计《文心构法》创作分析

混合现实MR设计《文心构法》创作分析内容摘要当下互联网时代，数字基础设施实现跨越发展，各领域数字化转型加速推进，并且现代展示模式由实体物质开始转向虚拟数字化。《文心构法》以一款基于Unity3D的混合现实技术设计出不仅有与虚拟和现实物体融合并可以显示在大众的同一视野之中，还能实现实时交互，即用户与现实世界和虚拟物体进行实时的自然交互与三维空间交互，虚拟物体可与现实世界精准对准的操作系统。通过MR混合现实设计，希望在显示用户的操作行为的同时看到真实世界和虚拟成像，加上虚拟世界中手势操作拆解、视觉同步等方式的结和实现两者互动，从而完善虚拟与现实之间的对话。《文心构法》以明代家具中经典的家具为例，在三维软件设计建模展示的基础上增加装配技艺、拆解方式，结和MR混合现实设计，深入了解和展示明代家具的榫卯结构和古代匠人的天人合一地造型感觉。关键词：MR混合设计明式家具Unity3DMixedRealityMRDesign"WenxinConstruction"CreationAnalysisAbstractInthecurrentInternetera,digitalinfrastructurehasdevelopedbyleapsandbounds,digitaltransformationinvariousfieldshasaccelerated,andmoderndisplaymodehasshiftedfromphysicaltovirtual.BasedonamixedrealitytechnologybasedonUnity3D,WenxinConstructisdesignedtonotonlyintegratewithvirtualandrealobjectsanddisplaytheminthesamefieldofvisionofthepublic,butalsorealizereal-timeinteraction,thatis,userscaninteractwiththerealworldandvirtualobjectsinrealtimeandinteractinthree-dimensionalspace,andvirtualobjectscanbeaccuratelyalignedwiththerealworld.ThroughMRmixedrealitydesign,itishopedtoseetherealworldandvirtualimagingwhiledisplayingtheuser'soperationbehavior,plustheknotandinteractionbetweenthetwointhevirtualworldintheformofgestureoperationdisassemblyandvisualsynchronization,soastoimprovethedialoguebetweenthevirtualandthereal.TheauthortakestheclassicfurnitureintheMingDynastyasanexample,andaddsassemblyskills,dismantlingmethods,knotsandMRmixedrealitydesignonthebasisofthree-dimensionalsoftwaredesignmodelinganddisplay,soastodeeplyunderstandanddisplaythemortiseandtenonstructureofMingDynastyfurnitureandthesenseofunityofheavenandmanbyancientcraftsmen.Keywords:MRhybriddesign,Ming-stylefurniture,Unity3DTOC\o"1-3"\h\u一、引言 [6]。《文心构法》前期建模主要通过UnrealEngine4（虚幻引擎4）以及Cinema4DR21（C4D建模软件）进行初期建模设计，通过设计两款模型进行综合分析。由于软件的特性不同，导致渲染的效果也不同。在借助虚幻引擎软件渲染便捷快速的特点，《文心构法》在软件重点测试建模模型与贴图匹配程度（图3-2）在三维模型的设计中，《文心构法》通过与榫卯元素设计的结合，以及交互程序组件的配合，以经典的明式家具进行设计，以此在最终的展示系统中完整呈现出其独特中式家具韵味。在虚幻引擎中，渲染面数较多，在模型导出时存在分件错误、贴图位置错乱等BUG，最终导入至unity中效果不太好，所以《文心构法》改用C4D软件进行建模设计，在考量建模面数对最终运行软件的匹配程度下，尽量从简设计，通过建模减面的手段，从而令软件运行更为流畅。通过实验对比发现，运行快慢与建模精密度导入有很大关系。《文心构法》建模以真实的明式家具出发，从比例结构和其榫卯结构进行解构计算，尽量做到1：1还原。其难度在于对其部分榫卯结构的计算，牵一发而动全身，一组布线的错位，容易导致整体位置的偏移，这是难点也是挑战。（图3-3）图3-2图3-3明式家具建模布线图图片来源：作者自绘《文心构法》MR混合现实的材质贴图设计《文心构法》采用了写实艺术。根据建模软件的功能，通过对材质球的选取和贴图的选取，进行设计。基于C4D软件的材质编辑器，通过对着色器属性中采样和贴图文件选择，从而选取红木的贴图样式对其进行控制。再通过材质编辑器中颜色的调整，通过RGB进行颜色鲜艳度的调整，使建模尽可能还原木质质感的家具。（图3-4）图3-4材质编辑器界面图片来源：作者自绘《文心构法》交互程序的设计交互程序设计主要通过AR眼镜识别与手柄结合。首先，前期的定位互动，目的是确保模型的位置与受众主体的协调。其次，体验者对明式家具进行拆解和复位。最后，体验者也可以通过平板等第三视角进行观看（即以旁观者的视角同时观察戴上头显佩戴者以及他正在操作的虚拟场景的画面，即虚实融合的画面效果。）此过程多以Unity软件进行设计。作为开发者在创作前期，先要对电脑进行环境部署，因为软件是Android平台进行开发，所以需要部署AndroidSDKPlatform-Tools。（图3-5）《文心构法》通过VisualStudio2019进行代码脚本撰写从而达到对RhinoX硬件的控制，主要包括ARCamera头显、TrackingProfile定位信标，使用默认的Beacon满足前期的定位功能、Trackableidentity组件定义跟踪定位信标的ID信息、DynamicTarget、GroundPlane中心坐标等硬件设备的配置。（图3-6）此代码能够确保软件在运行时实现定位校准与稳定运行，并对设计交互程序的写入与第三方直播呈现提供便捷，可以很好的避开BUG冲突。图3-5Android环境部署图3-6《文心构法》SDK架构图片来源：作者自绘首先，在开发者网站（/#/sdk?id=2）（SDK-Ximmerse开发者平台）选择UnitySDK，下载最新版SDK。并通过2020.3.21f1c1的编辑器进行创建3D模板项目，导入SDK进行RhinoXSDK/Initialize完成初始化。（图3-7）在完成后，打开Plugins/RhinoX/OpenSource文件夹，此文件夹存放着交互程序代码，是开源文件，《文心构法》主要对开源文件进行配置编写，以达到交互拆解功能。在软件设计过程中，通过代码脚本的撰写进行MR混合现实交互功能的设计，主要包括：Touchable&TouchableUnityEvent（Touchable代表一个可以被触摸的物体。）、Grabable&GrabableUnityEvent（Grabable代表一个物体可以被抓取的行为。）、FrontDocker（FrontDocker组件用于将Canvas锚定在用户眼前，需要将某个UI固定在用户视野前方，跟随头显的转到而移动。）其中最重要的是交互程序中抓取与释放的脚本编写，在导入明式家具建模可交互Cube对象后，在其Inspector下进行添加脚本。（图3-8）其中，Touchable（Script）代表一个可以被触摸的物体。触摸是通过物理射线（也就是RxController上的raycaster）与被交互模型上的碰撞体接触实现。Grabable代表一个物体可以被抓取的行为。图3-8《文心构法》软件组件图片来源：作者自绘设计作品的呈现手法实现混合现实的现实空间准备基于上述准备,以《文心构法》为毕业设计作品。它是一款MR混合现实软件,以Unity引擎制作。在混合现实空间准备上,玩家通过摆放定位信标进行现实世界中的定位，其次再进入到AR头显中进行设备与信标的定位，从而达到现实与虚拟的统一。这一过程需要相对封闭的室内环境，光源为室内自然光，不需要其他灯光辅助。再者，就是需要添加直播专用的平板支架或者手机支架，进行第三视角的设备摆放。这一过程中，需要可以根据实际场景摆放不同视角不同位置的视角，以此满足不同角度的观测。另外，需要稳定的WiFi中控系统，保证AR设备与第三视角设备的网络同步率。（图3-9）第三视角展示，通过在手机或者PC上安装一个应用来呈现一个虚实融合的MR画面。这个主要以三个主要的特点:第一，显示用户在头显中看到的一样的虚拟场景；第二，调用摄像头实时拍摄现场的操作者以及环境画面；第三，将虚拟场景跟摄像头拍摄的画面进行融合。其中手机或者PC上的虚拟画面是通过局域网的交互数据传输。图3-9RhinoX设备落地项目实况图片来源：燧光官方公众号RhinoX软件的使用RhinoX软件是由燧光公司自主研发的一款较为先进的MR设备，作为开发者，我们需要对其软件内部进行脚本编写，以此完成模型与现实的交互设计。软件的使用主要结和AR头显、手柄、定位信标三个最主要的硬件。其中，AR头显的硬件主要以OK键（用于确认选择）以及Home/电源键（短按回到系统主界面，长按3秒关机）（图3-10）。手柄是核心交互设备，通过头显前方的红外摄像头进行跟踪定位，在使用时需要确保手柄在摄像头的跟踪范围内。按键对应Unity输入键，扳机键代表RhinoXButton.ContrillerTrigger，菜单键代表RhinoXButton.App。（图3-11）Beacon指的是黑色圆盘（图3-12），在每一个应用开启时，都要及时对其进行定位，这样可以确保场景在现实中点的位置，定位时需要低头识别，摄像头的跟踪范围大概是1.4M左右。在软件内部，通过Unity开发构建的APK进行安装，并部署platform-tools进行软件环境的配置。在第三视角的呈现上也需要结和RhinoX软件的脚本进行编写，并通过Unity进行APK的构建，最后在手机、平板等安卓设备上安装。图3-10RhinoXAR头显主要功能图3-11RhinoX手柄功能布局图片来源：燧光官方公众号图3-12Beacon定位信标图片来源：燧光官方公众号

《文心构法》MR混合现实设计应用分析MR技术应用及发展结合设计MR混合现实设计，由于2024年美国的苹果头显VisionPro发售而受广大的苹果手机用户熟知，但由于发售价格过于昂贵，使得普通人望尘莫及。其实，MR应用领域早在医疗领域就已经出现，人们熟知的磁核共振技术就是混合现实的前辈，并且MRI的技术在医疗保健领域来说也相对成熟，各市级城市医院投入使用。通过MR技术，医生可以在虚拟的环境中进行手术模拟和训练，提高手术技能和手术成功率。同时，MR技术也可以用于康复治疗、疼痛管理、医学教育等领域。MR技术可以为教育和培训提供更加生动、直观和交互式的体验。例如，通过MR技术，学生可以在虚拟的环境中亲身体验历史事件、探索宇宙、了解生物学等，这种身临其境的学习方式将极大地提高学生的学习兴趣和参与度。同时，对于一些难以在真实环境中进行的实验和操作，MR技术也可以提供安全、可靠、经济的解决方案。通过MR技术，观众可以在家中就能感受到现场音乐会的氛围和效果，或者在游戏中扮演更加真实的角色。同时，MR技术也可以用于电影制作、虚拟现实游戏等领域。MR技术也可以为城市规划和建设提供更加全面、精准的工具和方法。例如，通过MR技术，规划师可以在虚拟的环境中进行数字化城市规划和设计，实现更加可持续和人性化的城市发展。同时，MR技术也可以用于建筑设计和景观设计等领域。对于《文心构法》来说，是目前对历史文物进行数字化的尝试，通过MR的手段，脱离用眼看的单一局限性，加之交互性，可以让用户体验更加完善。不足与进步方向《文心构法》的设计灵感来自对历史文献的研读，阅历尚欠，尽管我尝试通过混合现实技术来展示明代家具的榫卯结构和造型特点，但在深入研究明代家具的文化内涵、历史演变以及与现代设计的结合等方面，仍显得较为浅显。对于家具设计背后的哲学思想、工匠技艺的传承与创新等方面的探讨不够深入，未能充分展现出明代家具的艺术价值和文化底蕴。对于如何将混合现实技术更好地应用于家具设计展示，以及如何解决技术实施中遇到的难题等方面，缺乏足够的分析和探讨。总体来说，MR混合现实设计在未来的市场的广阔的，尤其是在未来的数字化中国的建设上。对于古今文物、文玩等具有历史意义、商业价值的项目来说，《文心构法》启示了MR在历史文化领域数字化的市场。在开发领域上，也启示了开发者MR应用的开发经验。不仅满足了人们对于文物的观测，也满足了市场对于MR混合现实品类的消费需求。

结论随着MR技术的更新发展，其市场领域的不断扩大，MR混合现实设计品类也会基于硬件和软件的支持下迭代出更多的风格特色，在文物保护、商业应用领域上有更多风格创新，呈现手法有不一样的交互思路。在搭配平台与结和软件将会更加先进和智能，符合现代中国智能化，智造化进程，并更有效地对历史文化的挖掘和保护，承上启下，以此更好地让中国风引领世界。通过对混合现实（MR）设计在明代家具展示中的应用探索，本文深入研究了MR技术在文化传承与展示领域的潜力与价值。借助Unity3D平台，成功设计出了一款能够实现虚拟与现实融合、实时交互的MR操作系统，为传统文化元素的现代展示提供了新的可能。本文是对《文心构法》的作品解析，在研究中，以明代家具中的经典款式为例，通过三维建模技术还原了家具的真实形态，并结合MR混合现实设计，实现了对家具榫卯结构、装配技艺以及拆解方式的全方位展示。这一设计不仅让用户能够在真实世界中看到虚拟成像，还能够通过手势操作、视觉同步等方式与虚拟物体进行实时交互，从而更加直观、深入地了解明代家具的工艺特点和文化内涵。此外，本研究还发现，MR混合现实设计在提升用户体验方面具有显著优势。通过MR技术，用户可以在操作中感受到真实世界与虚拟世界的无缝衔接，这种自然、流畅的交互体验有助于增强用户对传统文化的认同感和兴趣。同时，MR技术还能够根据用户的需求和反馈进行灵活调整和优化，进一步提升展示效果和用户体验。综上所述，MR混合现实设计在传统文化展示领域具有广阔的应用前景。未来，可以进一步拓展MR技术的应用范围，将其应用于更多领域的文化传承与展示中，为传统文化的传承与发展注入新的活力。同时，也需要不断探索和完善MR技术的设计理念和实现方式，以更好地满足用户的需求和期待。

参考文献[1]王晓煜.明式家具交互展示系统设计研究[D].苏州科技大学,2020.DOI:10.27748/d.[2]李国和,张家坤,李少春等.基于混合现实技术的情景构建应急演练仿真系统应用浅析——以抽水蓄能电站边坡垮塌应急演练为例[J].中国新通信,2022,24(02):88-89.[3]苗美娟,陆晓曦,张皓珏.中国特色公共图书馆事业十年回顾与展望[J].中国图书馆学报,2023,49(01):22-37.DOI:10.13530/j.[4]王若岩.传统装饰纹样MR游戏化传播设计研究[D].中国矿业大学,2022.DOI:10.27623/d.[5]孙迟,金鑫.明式家具的造型与艺术特点研究[J].家具与室内装饰,2021(05):59-61.DOI:10.16771/j.[6]季娟.基于MR的数控铣床虚拟仿真教学系统的开发与研究[D].山东建筑大学,2024.DOI:10.27273/d.[7]姚陆吉.建筑遗产