本文摘要：這是發(fā)表在《藝術(shù)與設(shè)計.理論》上的一篇藝術(shù)類職稱論文。基于Arduino的岳陽樓虛擬空間設(shè)計為中國樓閣空間展示提供了一種全新的方式，實現(xiàn)一種可視、可游、可交互的中國樓閣空間展示形式，讓用戶不用親自登上岳陽樓即可領(lǐng)略到它的自然風光和詩文意境。突破了
這是發(fā)表在《藝術(shù)與設(shè)計.理論》上的一篇藝術(shù)類職稱論文�；贏rduino的岳陽樓虛擬空間設(shè)計為中國樓閣空間展示提供了一種全新的方式，實現(xiàn)一種可視、可游、可交互的中國樓閣空間展示形式，讓用戶不用親自登上岳陽樓即可領(lǐng)略到它的自然風光和詩文意境。突破了岳陽樓文化的時空局限。這種展示方式更加有利于用戶接受與記憶，便于青少年對中國樓閣空間藝術(shù)的學習與記憶，同時也為非漢文化背景的外國人接觸中國傳統(tǒng)文化提供了一種當代媒介方式，有利于中國文化的傳播。本設(shè)計以水墨風格為特色，使中國用戶具有更強的歸屬感和文化認同感。
《藝術(shù)與設(shè)計.理論》雜志和藝術(shù)與設(shè)計出版聯(lián)盟旗下的雜志群繼續(xù)以飽滿的熱情和獨到的視角密切關(guān)注著整個社會，以及藝術(shù)、創(chuàng)新領(lǐng)域的新動向與新發(fā)展。理論�？瘷谀繛槟峁┢矫嬖O(shè)計、廣告學、環(huán)境藝術(shù)、建筑、產(chǎn)品設(shè)計、數(shù)字藝術(shù)、傳統(tǒng)工藝美術(shù)、純美術(shù)與美學理論等方面的優(yōu)秀論文。
樓閣是中國古代建筑體系中最具特色的建筑類型之一。樓閣既體現(xiàn)著中國建筑藝術(shù)的自然觀，同時也是中國傳統(tǒng)士大夫和文人雅士懷古詠今、寄托或人世或出世的情懷的精神空間。岳陽樓是中國古代傳統(tǒng)樓閣建筑的代表，在外觀造型上樓閣體量高大壯麗，華美輝煌，形式多樣。其造型之優(yōu)美、結(jié)構(gòu)之精巧是中國古代木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)和藝術(shù)完美融合的結(jié)晶。樓閣的空間構(gòu)成是極具藝術(shù)感染力的，其遏云蔽月的壯麗之姿，常常讓人產(chǎn)生“可上九天攬月”之遐想，其高聳、豐富的立面形象，通透的空間效果，是中國傳統(tǒng)文化精神的載體，為歷代文人雅士青睞向往。傳統(tǒng)媒介時代，樓閣是一種空間藝術(shù)，樓閣文化的傳播也因此而受到時空的局限，而數(shù)字時代為樓閣文化的傳播帶來了新的手段和方式，提供了新的展示方式和體驗方式。2008年北京奧運會開幕式上“燦爛文明篇”LED水墨畫卷和2010年世博會中國國家館中利用投影技術(shù)實現(xiàn)的《清明上河圖》，這些優(yōu)秀的中國文化數(shù)字化作品充分證明了中國傳統(tǒng)文化和數(shù)字技術(shù)結(jié)合，不僅可以增強中國傳統(tǒng)文化的魅力，更是中國傳統(tǒng)文化傳播與發(fā)展的必然方向。目前，建筑文化遺產(chǎn)的數(shù)字化展示方面，國外研究比較深入，在模型表面識別、三維重建技術(shù)、激光掃描以及遙感技術(shù)等多個方面都進行了深入的研究，在空間的數(shù)字化展示上已經(jīng)可以很好地和3D建模技術(shù)、全息投影技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)以及虛擬仿真技術(shù)相集合，并已經(jīng)實現(xiàn)了對很多文化遺址的數(shù)字化展示;國內(nèi)的研究與國外比較還有一定的差距。雖然樓閣一直在中國建筑史上占有重要的地位，但是中國樓閣的數(shù)字化展示的應用研究還相對較少。本文試圖探索一種基于Arduino的虛擬岳陽樓交互空間，探索樓閣文化展示與傳播的新方式。
一、岳陽樓的空間構(gòu)成及其文化意蘊
(一)岳陽樓的空間構(gòu)成
1.岳陽樓的自然空間構(gòu)成
岳陽樓位于湖南岳陽西門城頭，緊靠洞庭湖畔，始建于三國東吳時期。自古有“洞庭天下水，岳陽天下樓”之譽，與湖北武漢黃鶴樓、江西南昌滕王閣并稱為江南三大名樓。并以其建筑構(gòu)制獨特，風格奇異，氣勢壯闊，堪稱江南三大名樓之首。岳陽樓所處江南，風景秀麗。樓、山、水交相呼應，構(gòu)建了一幅絕美的畫卷，是古建筑中的瑰寶。
岳陽樓雄踞于岳陽古西門之上，它東倚巴丘，西臨洞庭，北望巫峽，南眺瀟湘，且與湖心小島君山遙相對應。登樓眺遠，波光巒影，萬景在目，橫無際涯的洞庭湖煙波浩渺，氣象崢嶸。既有“洞庭西望楚江分，水盡南天不見云”的雄渾闊大，又有朝暉夕陰的萬千氣象。湖中晶瑩碧玉的小島，遠望如橫黛，近看似青螺，臨空俯視，又像陰陽合抱的太極圖。構(gòu)成了由山、湖、樓相互襯托，主客輝映而成的群體勝景。在八百里煙波浩渺的洞庭湖中，有一座狀若青螺、形似倒地芙蓉的青翠小島與岳陽樓遙相對望。它終年云霧繚繞，鐘靈毓秀，孤影若浮，較之浩浩蕩蕩的八百里洞庭尤顯玲瓏纖巧。這就是被劉禹錫詠為“白銀盤里一青螺”的君山。君山，古稱湘山，又名洞庭山。君山呈橢圓形，山體形如香爐，上有數(shù)十峰，峰巒盤繞，溝壑回環(huán);茂林修竹，郁郁蔥蔥;亭臺樓閣，雅致玲瓏。古往今來，吸引了不少的文人騷客來此尋幽訪勝”。洞庭湖地跨湘、鄂兩省，內(nèi)納湘、資、沉、澄四水，外接萬里長江，然后繞君山，從岳陽樓下奔騰人海。洞庭湖這種吞吐長江，涵納九水，煙波浩渺，天水混茫的闊大景象，激發(fā)了詩人們無限的詩興。
2.岳陽樓的人文空間構(gòu)成
岳陽古城。岳陽，古稱巴陵和巴丘，又稱岳州。岳陽作為湘北門戶，襟帶萬里長江，懷抱浩瀚洞庭，瀕倚幕阜余脈。城區(qū)正好位于洞庭湖與長江的交匯處，鎖長江，扼湖口，為水陸交通的重要樞紐。城內(nèi)有始建于宋代，保留了宋代建筑藝術(shù)特色的文廟;城東有清代的金鄂書院;城南洞庭湖邊有始建于唐開元年間的七級八面的慈氏塔，是湖南省現(xiàn)存最早的古塔之一。唐李白曾賦詩“南湖秋水夜無炯，耐可乘流直上天。且就洞庭賒月色，將船買酒白云邊”。
樓亭呼應。岳陽樓主樓的左側(cè)有仙梅亭，右側(cè)有三醉亭，“珠聯(lián)璧合，相映生輝”。仙梅亭始建于明崇禎十二年(公元1639年)，據(jù)《大清一統(tǒng)志》載：“明崇禎間，岳陽樓毀，士人于湖濱沙嘖中得石一方，石上枯梅一干，別無枝葉，其24粵，皆成紋理，不假人為，因構(gòu)亭復之。”三醉亭始建于清乾隆四十年(公元1775年)，原名“望仙閣”，清同治六年易名為三醉亭。三醉亭最為出名的故事當數(shù)呂洞賓三醉岳陽樓的神話故事。呂洞賓三訪岳陽，可惜岳陽人肉眼凡胎，無人能識，故呂神仙留詩一首：“朝游岳鄂暮蒼梧，袖里青蛇膽氣粗。三醉岳陽人不識，朗吟飛過洞庭湖。”
3.岳陽樓的建筑空間構(gòu)成
現(xiàn)存的岳陽樓是清光緒五年修建為四柱三層，飛檐、盔頂、純木結(jié)構(gòu)，盔式樓頂，樓中四柱高聳，樓頂檐牙啄，金碧輝煌，恰似一只凌空欲飛的鯤鵬。全樓梁、柱、檁、椽全靠榫頭銜接，相互咬合，穩(wěn)如磐石。二樓檐下環(huán)以明廊，并裝著“隔窗”，上半部鑲嵌著“裙板”，裙板上面雕著豐富多彩的翎毛花卉。三樓用 “如意斗拱”層疊相襯，酷似古代將軍頭盔，被稱為葵頂。三層飛檐與樓頂均蓋黃色琉璃筒瓦，描龍飾鳳，檐牙高啄，似鳥嘴在高空啄食。一眼望去，重檐鰲突，藻井鎖窗，雕棟畫梁，金碧輝煌。岳陽樓的樓頂為層疊相襯的“如意斗拱”托舉而成的盔頂式，這種拱而復翹的古代將軍頭盔式的頂式結(jié)構(gòu)在我國古代建筑史上是獨一無二的�，F(xiàn)存的岳陽樓是清代建筑風格，它是樓閣建筑技藝趨向高峰時的精品。它在美學、力學、建筑學、工藝學等方面均取得了驚人的成就。
(二)岳陽樓的文化意蘊
1.岳陽樓的詩詞、書法藝術(shù)
樓閣不僅僅具有使用功能，還具有文化功能。當樓閣與詩人相遇，樓閣成為詩人抒發(fā)情懷的舞臺，而詩則為樓閣賦予了濃重的人文色彩。它們不再僅僅作為客觀建筑而存在，而是能夠折射出特定時代的社會文化生活風貌。肇始于東漢末年的岳陽樓，距今有一千七百多年的歷史，不僅具有秀麗的風景，同時更加具有文學氣韻。無數(shù)文人雅士登樓抒發(fā)情懷，留下了大量的經(jīng)典詩文和筆墨書畫。據(jù)歷代巴陵縣志岳陽樓文集統(tǒng)計，共收有南朝到清光緒十七年(1891)止的濤詞歌賦等作品484篇(首)，有作者357人。在這廢興無常，滄桑屢轉(zhuǎn)的歲月長河里，歷代的文人墨客，如孟浩然、李白、杜甫、劉禹錫、白居易、李商隱、范仲淹、歐陽修、陸游等在登臨岳陽樓，泛舟洞庭湖，漫步君山島，尋幽訪勝，吊古思今之中，寄情于山水，留下了不少千古傳頌的名篇佳作。
2.岳陽樓的精神境界
岳陽樓是濟世進取、先憂后樂的剛健精神的標志。杜甫、范仲淹等受儒家積極人世思想的影響，這些謫遠岳州的文人們自小就懷抱濟蒼生，扶社稷的偉大志向，以天下為己任的儒家道義精神促使他們把關(guān)心國運民虞化為自己義不容辭的責任和使命。遷謫文人不論窮達，詩人始終關(guān)注國家的安危和人民的疾苦，杜甫四處漂泊流浪，孤苦困頓中登臨千古名樓，寫下了千古傳頌的《登岳陽樓》，這種心憂天下，把個人命運和祖國命運緊密相連的愛國精神共同規(guī)范和影響著后世的人們。范仲淹的先憂后樂的精神則成為民族人格精神的象征。憂患意識既是一種巨大而無形的精神壓力，又是生命追求的強大動力。它能激發(fā)人的生命熱情，激發(fā)人的社會責任感和使命感。以積極人世的精神去追求自己的理想，追求生命的價值。同時，謫遠岳州后，奇異的楚天風物，壯美的湖山勝概，滌蕩著文人們的心靈，淡化了黜落時的苦楚，登斯樓者，蓋無不開拓其心胸，擴舒其境界。齊得失，忘福禍，把家、國、天下的人生理想融入永恒的時間長河中。因此，岳陽樓還是一種審美境界和人生理想的象征。
二、基于Arduino的岳陽樓虛擬空間設(shè)計
基于上述分析，虛擬岳陽樓空間交互藝術(shù)，不僅要展示出實體岳陽樓空間構(gòu)成中的自然空間、人文空間，還要使受眾體驗到岳陽樓的文化空間及其審美意味�；贏rduino的岳陽樓虛擬空間設(shè)計是以岳陽樓空間展示作為研究對象，整個設(shè)計以展示岳陽樓空間魅力為主。本設(shè)計以沙盤和與其相應的3D水墨風格虛擬場景為展示內(nèi)容，利用多種Arduino傳感器捕獲沙盤中的環(huán)境信息，并將環(huán)境信息實時地傳人到虛擬場景中，控制虛擬場景中的變化。通過頭瞄技術(shù)確定用戶的視角，進而控制場景中攝像機的視角。在場景渲染上利用水墨效果shader進行水墨畫效果的渲染。用戶看到的虛擬場景變化都是實時與沙盤中感應到的環(huán)境信息相對應的，岳陽樓虛擬場景會隨著沙盤岳陽樓處所環(huán)境信息的變化而變化。力圖將中國古代樓閣豐富的空間魅力展示在用戶面前，通過頭描系統(tǒng)實現(xiàn)用戶視角的樓閣交互體驗空間。
(一)岳陽樓沙盤的設(shè)計
岳陽樓沙盤的設(shè)計主要實現(xiàn)三個功能：對岳陽樓空間的構(gòu)建;對岳陽樓環(huán)境信息的獲取;沙盤與環(huán)境的交互。
對于岳陽樓空間的構(gòu)建，由于岳陽樓環(huán)境優(yōu)美，臨洞庭湖水，依君山之側(cè)，位居江南三大名樓之首，所以在沙盤的設(shè)計上不僅要將岳陽樓的風景進行概括地梳理，找出其中的構(gòu)成要素，還要將其良好地展示在沙盤中，讓用戶在觀看沙盤時能感受到岳陽樓的風景之美。
對于岳陽樓環(huán)境信息的獲取方面，岳陽樓沙盤模型的設(shè)計是為了實現(xiàn)對環(huán)境信息的采集，沙盤中采集的信息包括：光、溫度、濕度、顏色、超聲波、風力和旋轉(zhuǎn)角度等環(huán)境信息。通過對這些環(huán)境信息的獲取來實現(xiàn)對虛擬岳陽樓場景變化的控制，實現(xiàn)對岳陽樓真實在場感的營造。
這些環(huán)境信息對應控制的虛擬場景內(nèi)容如下：
1.光線傳感器：主要是表現(xiàn)早晨和傍晚岳陽樓的景象，晚上實現(xiàn)月下岳陽樓的景色。
2.溫度傳感器：溫度主要用來表現(xiàn)季節(jié)。單獨控制的事件是冬季的飄雪。在水墨場景中看到樹木季節(jié)的變化。
3.濕度傳感器：溫度要和濕度結(jié)合應用，實現(xiàn)下雨的效果。
4.顏色傳感器：通過識別用戶選擇沙盤中的顏色來控制虛擬場景中的顏色傾向。
5.超聲波傳感器：判斷場景中是否有人出現(xiàn)。如果出現(xiàn)人，場景的燈光就亮起來了，沙盤中的LED燈也能亮起來。
6.彎曲傳感器主要是表現(xiàn)風：當沙盤中感受到風之后，實現(xiàn)虛擬場景中樹葉搖晃的感覺。
7.自由實現(xiàn)場景中主角色的觀察視角。
8.場景音樂：主要用來渲染氣氛，做到可調(diào)、可變。
對于沙盤與環(huán)境的交互方面，沙盤是處于真實的環(huán)境之中的，如何讓用戶良好地使用是沙盤交互設(shè)計的一個重要部分。沙盤設(shè)計中的交互主要包括控制的舒適性和獲取信息的自然性。在控制的舒適性上采用了Arduino的超聲波傳感器來獲取是否有用戶出現(xiàn)在場景內(nèi)，如果有人出現(xiàn)，場景中的LED就會亮起來，讓用戶可以舒適地看到沙盤中的場景。在環(huán)境信息的自然獲取上，本設(shè)計要將各種傳感器良好地安裝在沙盤中，實現(xiàn)每種傳感器環(huán)境信息的自然獲取。
(二)岳陽樓虛擬場景的設(shè)計
虛擬展示方式是虛擬現(xiàn)實技術(shù)和傳統(tǒng)展示方式的結(jié)合，通過三維技術(shù)模擬真實空間，并結(jié)合圖像、聲音、氣味、外接設(shè)備等，突破時間和空間的限制，讓人在視覺、聽覺、嗅覺、觸覺上有一種身臨其境的感受，從而能夠直觀快速地傳達信息。
岳陽樓虛擬場景的設(shè)計是岳陽樓展示的關(guān)鍵，也是展示效果最重要的部分，其包括虛擬場景的設(shè)計、用戶界面的設(shè)計和交互方式的設(shè)計。
虛擬的場景的設(shè)計內(nèi)容包括岳陽樓、山、水、樹、石頭的設(shè)計，同時包括它們的空間位置的組合。設(shè)計秉持將岳陽樓的湖光山色與樓閣呼應的表現(xiàn)方式來設(shè)計。在岳陽樓的設(shè)計上以現(xiàn)存岳陽樓為參考，制作出與其相對應的i維岳陽樓建筑模型。具體的虛擬場景的構(gòu)建圍繞展示岳陽樓文化意象景觀，所以在構(gòu)建上將岳陽樓的空間環(huán)境進行壓縮，提取其最關(guān)鍵的組成部分：岳陽樓、洞庭湖、君山和醉仙亭。
岳陽樓的構(gòu)建上，以清代岳陽樓為參考模型進行制作，君山的模型主要表現(xiàn)詩人眼中的“白銀盤里一青螺”的意境，利用的T具是3Dmax。洞庭湖的構(gòu)建則是表現(xiàn)江南水鄉(xiāng)的意境，有船、水鳥、樹木、島嶼和大雁等，整體的搭建效果如下圖：
3.岳陽樓虛擬空間的交互設(shè)計
本設(shè)計所利用的傳感器有超聲波傳感器、單向傾斜傳感器、震動傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、土壤干濕度傳感器、顏色傳感器、光線傳感器、彎曲傳感器和三軸加速度傳感器，同時包括LED，蜂鳴器等。對應關(guān)系如下表
綜上所述，基于Arduino的岳陽樓虛擬空間設(shè)計主要實現(xiàn)以下功能：
1.設(shè)計底層獲取環(huán)境信息的外接設(shè)備，該外接設(shè)備是由Arduino及其周邊傳感器組成。設(shè)計上注意與Unity3d軟件平臺的結(jié)合，為以后Ar-duino和Unity3D的開發(fā)提供便利條件。
2.將岳陽樓空間以數(shù)字化的方式展示給用戶，實現(xiàn)中國傳統(tǒng)樓閣空間魅力的數(shù)字化展示。
3.將樓閣沙盤和虛擬場景結(jié)合起來，為用戶營造一個可視、可游、可交互的樓閣空間展示系統(tǒng)，讓用戶不用親自登上岳陽樓即可領(lǐng)略到它的自然風光和詩文意境，加強中國傳統(tǒng)文化的認同感和促進中國傳統(tǒng)文化的傳播。
整體流程圖如下圖所示：
三、岳陽樓虛擬交互空間藝術(shù)的多感知認知與傳播方式
岳陽樓虛擬空間設(shè)計是基于具身認知的交互體驗方式來實現(xiàn)用戶對岳陽樓的虛擬場景體驗的。傳統(tǒng)虛擬場景中的環(huán)境信息變化都是由程序設(shè)計好的，不會隨著真實環(huán)境因素的變化而變化，這種虛擬場景給人的在場感比較弱，用戶對虛擬場景中展示的內(nèi)容具身體驗差�；贏rduino的岳陽樓虛擬空問設(shè)計包括實體的岳陽樓沙盤和虛擬場景兩部分，實體沙盤中的岳陽樓周圍環(huán)境信息發(fā)生變化時虛擬岳陽樓場景中的環(huán)境就會隨之變化，通過傳感器將岳陽樓沙盤中的環(huán)境信息傳人虛擬岳陽樓場景中進而控制虛擬環(huán)境，用戶在岳陽樓沙盤上感受到的環(huán)境變化將直觀地展現(xiàn)在虛擬岳陽樓場景中，這種通過真實環(huán)境信息變化來影響虛擬岳陽樓場景變化的方式，帶給用戶一種更加真實的感覺，用戶在岳陽樓虛擬空間的交互過程中，通過多感知的方式建立起對岳陽樓的全部映像和感受。本設(shè)計以用戶體驗為出發(fā)點：
1.岳陽樓虛擬空間設(shè)計的感官體驗
感官體驗是虛擬展示綜合評價的重要部分。虛擬展示設(shè)計首先要在視覺方面吸引用戶，并且依據(jù)虛擬現(xiàn)實的特點即真實感和沉浸感決定展示設(shè)計的吸引力。感官體驗主要強調(diào)呈現(xiàn)給用戶視聽上的體驗，強調(diào)真實性和沉浸性。感官體驗內(nèi)容包括沉浸感、真實感以及界面等視覺上的美感。沉浸感是指虛擬環(huán)境建立在真實感的基礎(chǔ)上，用戶在其中瀏覽，體會到一種身臨其境的感覺。真實感是虛擬展示的重要特征之一，是指計算機模擬的虛擬環(huán)境、物體、產(chǎn)品等設(shè)計要素的逼真度，能否給用戶帶來比較真實的體驗。真實感決定整個展示對用戶是否有吸引力。真實感的指標要求視覺要素圖像的精確度要高，否則貼圖中紋理的精度越低，給人的視覺體驗也越差，真實感也就越差。另外聲音、光影、色彩也不同程度影響著虛擬展示的真實感。
2.樓閣空間設(shè)計交互體驗
交互性是虛擬現(xiàn)實的顯著特點，它影響著用戶在虛擬展示中的沉浸性。交互體驗一般是指在虛擬展示中用戶同平臺以及展示物體互動獲得的感受，目標是讓用戶更好地理解展示，達到可用性的目標，交互感受影響著用戶對整個展示的興趣。展示中的交互是根據(jù)用戶的目標為導向設(shè)計，強調(diào)易用性和可用性。滿足交互感可以從以下考慮：展示內(nèi)容交互反應的及時性和準確性、平臺交互的合理性、交互方式的功能性、平臺實際符號的易用性。
3.樓閣空間設(shè)計情感體驗
情感體驗是用戶體驗的最高境界，它關(guān)系到人們在應用虛擬展示時的好惡情緒和態(tài)度心情。情感體驗設(shè)計的核心是激發(fā)用戶的共鳴心理，這需要深刻理解用戶的訪問期待，找到那些能夠刺激用戶情況的設(shè)計要素，吸引用戶進一步的關(guān)注和參與。
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