摘要：随着计算机技术的快速发展，基于虚拟现实技术的虚拟仿真场景在教育、医疗、工业、建筑等领域都具有广泛的应用，为人们营建了具有更强沉浸感、更真实的虚拟场景。空间作为虚拟场景的主要视觉构成元素，在虚拟仿真场景中决定着场景的主题风格和氛围，并通过不同的空间表现形式对观众产生不同的心理反应，使仿真场景更具沉浸感和感染力。基于此，本文在分析虚拟仿真场景内涵的基础上，针对不同虚拟仿真场景中不同的空间形态表现入手，来分析虚拟仿真场景设计中空间形态的表现方法。

关键词：虚拟仿真，场景设计，空间形态，表现方法

虚拟仿真场景作为虚拟现实技术最为常见的一种应用形式，通常一个或多个空间形态所组成。空间形态在虚拟仿真场景中具有营造神动感、神秘感、危机感氛围，提高真实感、沉浸感等视觉体验的作用，是虚拟仿真场景建构的关键所在，因此对于空间形态表现方法研究对虚拟仿真场景设计具有重要意义。

一、虚拟仿真场景的内涵

（一）虚拟仿真场景的内涵

所谓的虚拟仿真场景是相对于真实场景而言，利用三维建模、虚拟现实、信息、互联网、大数据等技术而建立的虚拟场景。虚拟仿真场景相对于传统的三维场景，具有高度的真实感、沉浸感和互动性，为使用者和观众提供了更为逼真的视觉、听觉和触觉体验。虚拟仿真场景除了我们常见的VR电影、VR游戏外，虚拟仿真场景还应用于旅游、新闻、教育、展厅、展馆、医学、娱乐等行业领域，其独特的展示效果是其有力的竞争优势，并且虚拟仿真场景也确实为我们的生活、工作、娱乐等带来了巨大的变化。比如在房地产行业，虚拟楼盘和样板间，不仅可以充分体现楼盘在未来的真实景观、周边的环境及配套设施，而且让客户以第一视角来真实感受同一户型的不同装修材料、装修设计风格。

（二）虚拟仿真场景的优势

相对于真实场景的创建和空间形态而言，虚拟仿真场景设计在以下几方面的显著优势：

首先，沉浸感体验强。虚拟仿真场景为其赋予了丰富的场景内容，用户不仅能体验常规的场景体验，还能在此之中与⼀些难以建造或是并不存在的场景展开交互，这一特性让用户与虚拟场景之间的交互变得更加有趣，同时超清的画面、720度立体环境以假乱真的视听触体验，让参与者达到与现实中操作近乎相同的实操效果。

其次，构建区域广，使用占地小。按照需求构建的虚拟仿真场景的大小，小到几平米，大到一座产业园，都可以让参与者在虚拟空间内快速移动、切换场景，满足各种视觉体验和交互需求，实现参观、学习、实训、科研等各项工作。并且虚拟仿真场景的搭建和使用过程中，仅仅是VR/AR设备需要占用较小的空间，就能满足在有限空间内尽可能多的同时进行操作的需求。

再次，搭建和低成本低。一方面是虚拟仿真场景的搭建成本低，VR/AR只需软件+便携设备，即快速搭建和使用；另一方面使用成本低，虚拟仿真场景在教学、实训、科研、医学、军事等方面中的应用，科研大大节省材料、设备损耗等必要支出；再一方面是迭代成本低，对于虚拟仿真场景的更新和迭代，科研根据新需求、采用新技术对于软件升级，对资源丰富，即可满足大部分迭代需求。

二、虚拟仿真场景的空间形态和要素

（一）虚拟仿真场景的空间形态

虚拟仿真场景如影视动画的空间形态如出一辙，也具有单一空间、纵向多层次空间、横向排列空间、垂直组合空间、综合式组合空间等几种形态。不同的空间形态会给人产生不同的心理反应。比如高而宽的空间有稳定、宽阔、博大的感觉，如殿堂；高而直的空间有延伸、升腾、神圣的感觉，如高耸的山脉；圆形有圆滑、柔顺的感觉也有向内收敛的感觉；三角形空间有倾斜、压迫的感觉；四角形给人凝重同时也有安定、坚固的感觉。下面以单一空间和综合式组合空间形态为例，来分析虚拟仿真空间形态的构成以及所产生的心理效应。

单一空间，作为最简单空间结构形态，如果过于狭小怎会让观众产生一种封闭和压抑的空间感，而如果空间过大则会给以宏伟和空旷的感觉，比如虚拟展厅大面积的单一空间形态，不仅会让观众更加全面地观看展厅当中所有的展品，而且空旷的空间环境可以给观众以巨大的视觉和心理冲击力，从而增强其视觉沉浸感。

综合式组合空间，是兼有纵深、横向以及连接上下的组合式空间形态。相对单一的空间形态，综合式组合空间可以最大程度地实现场面调度，让观众深刻临其境地置身其中实现场景切换，完成各类交互动作。比如虚拟旅游的仿真场景设计中，根据真实的景区空间环境建构多空间形态组合而成的综合式组合空间，一方面让旅游根据需求自由进出不同景点空间，让游客更加深刻地体验不同空间形态所带来的视觉冲击力和心理感受；另一方面不同空间形态所组成的综合式组合空间环境，包含多个不同功能、不同艺术风格的空间，每个空间形态之间相互联系，形成了一个具有鲜明主题和艺术风格的空间整体，既能给观众带来不同的视觉体验。

（二）虚拟仿真场景的空间形态要素

在虚拟仿真场景设计之前，需要设计者对空间形态要素进行深度的认识，才能熟练运用各空间造型要素进行虚拟仿真场景的搭建。空间形态要素主要包括山川、河流、花草树木、广阔天地、风雨雷电和日出日落等自然要素，高楼大厦、桥梁道路、机关学校等建筑的人造要素，天宫龙宫、未来世界、时空隧道等幻想空间，季节、气候、时间等气氛要素，床、桌椅、机器、广告商标等生活中的道具要素，传统文化符号、民风民俗、手工艺术等社会文化要素。比如中央广播电视总台推出新系列《国家宝藏展演季》，借助“AI+VR裸眼3D”的拍摄技术营建的仿真场景（如图1所示），再配合XR的动态舞台展现形式，让演员突破传统舞台空间的呈现形态。另外借助还具有历史年代感和丰富文化内涵的瓷器、青铜器、加剧、浮雕、陶俑、浮雕、壁纸等社会文化要素，来营造氛围浓厚的仿真环境，旨在通过新颖的文艺作品展现国宝的魅力，带给观众焕然一新的视觉体验。

图1 《国家宝藏》数幻体验馆

三、虚拟仿真场景设计中空间形态表现方法

（一）利用灯光、色彩营建场景氛围

虚拟仿真场景与现实场景一样，除了基本的空间划分以外，更重要是借助于灯光、色彩等进行氛围的营建和渲染，才能让场景更为真实，才能给观者以更加真实的视觉体验。

色彩作为虚拟仿真环境设计和空间形态表现最为关键的一环，也是整个空间环境色彩面貌和设计风格的整体体现，需要根据场景设计风格、用途和视觉体验方式来确定每个空间形态的色彩风格，在场景氛围渲染中发挥着至关重要的作用。比如在党建展馆虚拟仿真场景的空间形态表现时候，需要根据党建深红色属性和党建内容，运用红色来营建浓厚的党建氛围，把历史感、现代感、未来感巧妙融合，才能充分体现党建文化展厅的功能性和教育意义。

灯光作为照亮整个虚拟仿真空间环境的关键因素，恰当的使用可以改变场景材质的效果，甚至使场景中的模型产生情感色彩，进而使虚拟仿真场景充满生机，增加场景的气氛，影响观察者的情绪。灯光在虚拟仿真场景空间形态的表现中，对于场景中的物体造型、材质质感、体感以及场景空间的氛围意境，都需要灯光来烘托和表现。比如在室外自然环境的虚拟仿真场景设计，需要方向等来模拟等太阳光，并对于灯光的颜色、强度、阴影等参数进行调节，才能实现逼真的自然光效果，给观众以身临其境的自然效果。

（二）多层次综合设置，丰富场景结构上的层次感

虚拟仿真场景的视觉延伸感和层次感，是其空间形态表现的重要方法。多层次综合设置不仅可与有效实现虚拟仿真场景水平方向和垂直方向上的有效延伸和拓展，而且可以将将完全不相干的空间彼此融合，相互交织，产生新的空间融合效果。一方面增强虚拟仿真场景的横向结构上的层次感，在主场景空间结构的基础上，借助横向空间结构的增加和延伸，来增加虚拟仿真场景的纵深感。比如为了在有限的空间内营造视野宽广的效果，可以有意识增加主场景中的横向空间结构，增加空间环境多方向、通透空间效果，让虚拟仿真的主场景产生像四面八方的扩张感觉。另一方面增加虚拟仿真场景垂直结构上的层次感，产生结构上的落差感，丰富场景变化。垂直结构上的叠加、拓展、延伸和融合，可以让观看者“抬头看天，低头看地”的时候产生更强烈的立体感、空间感。

（三）利用镜头转换和交互表现空间形态

不同于设定好既定路线的传统影视动画场景，基于虚拟现实技术的虚拟仿真场景设计，可以让观看者根据自己的需求自由行走和交互来探索未知的虚拟空间，因此虚拟仿真场景的空间形态除了利用镜头转换以外，还可以借助交互来实现空间形态的表现和场景的切换。一方面加强镜头的景深效果，有效扩大场景的空间感，或利用连续组接的镜头画面，通过镜头运动、景别变化以及转换来表现虚拟空间的三维立体感。另一方面是利用VR动捕系统、视觉反馈、眼球追踪、肌电模拟、手势跟踪、方向追踪、语音交互等交互方式，来实现虚拟仿真空间造型、色彩、灯光的切换，以及场景空间的转换，进一步增强虚拟仿真场景的沉浸感、趣味感。比如众多VR体验者在虚拟仿真场景中不太会关注海量的图文信息，而是通过视觉、声音等来不断发现和探索虚拟世界，而借助“语音交互”、“眼球追踪”等交互方式，可以有效排除虚拟场景中其他因素的干扰，使其更加自然地进行沉浸式体验。

结语：

综上所述，本文从设计角度出发，结合虚拟仿真场景的空间形态和构成要素，从场景的色彩、灯光、氛围渲染、纵横结构、镜头表现和交互形式等方面虚拟仿真场景设计中空间形态表现方法，希望能有效提升虚拟仿真场景的真实感、沉浸感、趣味性、情感性，进而能够在未来的虚拟仿真场景设计中发挥着价值。

参考文献：

[1] 张君仪.动画场景设计的气氛表现研究--以空间、景深、光线和烟雾为例[J]. 商业故事,2016(6):112-112. 

[2] 何燕.影视动画场景设计的气氛表现探讨[J].黑河学院学报,2017,8(6):197-198. 

[3] 张丽娜.论动画场景设计中的空间表现[J]. 大舞台,2011(9):161-162. 

[4] 韩新顺.场景设计中的空间表现在动画影视中的重要性[J].电影文学,2007(20):58-58. 

[5] 孙悦. 游戏场景设计中空间形态表现方法研究[J].北京电影学院学报,2013(6):51-57.

[6] 牟堂娟.分析营造游戏场景设计中不同空间表现形态的方法[J].音乐大观,2014(10):65-66.