现代数字沙盘已经进入了数字化、交互化、智能化的设计时代,较传统沙盘而言,其具有数字化、交互性、高效环保、便于运输、制作周期短等特点。随着工业科技的发展,精准定位用户的情感需求成为影响产品发展方向的重要因素,发达的新媒体技术手段和全新的媒介形式也同样在影响着用户的行为习惯和价值取向,强调人的行为和互动以空间场所为依托进行精神内涵的表达形式,好的设计并不局限于对于一件实物本身的设计,而是对使用者的影响源于其引发的新交流形式和空间形态,这带来了全新的沙盘设计形式——数字沙盘。
如今在数字化技术大量运用的同时,也伴随着对于产品意义更深层次、更精细化塑造的相关探索。沙盘产品领域随着科学技术数字化的不断创新和发展,其表现形式及功能得到了巨大的改变,将数字内容投射至实体沙盘模型上,以动态 和数据数字化的形式进行信息可视化展示,使用户更好、更方便地吸收所提供的内容。由此可见,在数字沙盘中的模型构建与投影映射技术的研究在数字沙盘当中具有重要的作用。
一、数字沙盘
1. 数字沙盘概念
数字沙盘是一种直观展示数据与信息的技术系统,在传统沙盘的基础上,运用仿真技术、影像投射技术和虚拟技术,将展示的信息内容进行丰富化处理,使其具有知识传播性,人机互动性和用户体验趣味性,以此提高视觉呈现的展示效果和用户吸收与分析信息的效率,并且,减少信息展示空间的使用面积,更直接、更便捷、更迅速地达到信息传播的目的。运用数字投影映射技术来实现沙盘信息内容的动态展示,可以充分体现各区域、街道、公路的特点,以达到一种动态变幻、有主有次、有先后关系、有层级界面的视觉效果,这能够与参观者产生强烈的共鸣。
回顾过去的传统沙盘设计方案,不难发现存在很多问题和弊端,在传统的产品设计过程中,设计师着重重视产品的造型与功能,或是尝试在视觉与使用层面上给予用户更好的体验,但这其实是缺少了更深层的对于产品意义的塑造。
首先,追根溯源,实体沙盘最早是在秦朝时期出现的,并且被用在军事指挥领域,当时的沙盘形态较为固定,多为泥沙建造而成;随着时代的变迁,沙盘的运用范围逐渐扩大,开始被人们所运用在各城市的规划展示中。传统实体沙盘自身的局限性问题层出不穷,如占地空间大、不便于信息的共享等,在这一时期,由于实体沙盘需要塑造,一旦成型便不利于其后期信息的更改,因此呈现方式和信息内容的展示也较为局限。
现今所使用的数字沙盘则与传统沙盘有着很大的不同。首先针对展示空间的建设,不仅仅是将平面的空间内容转化为三维的空间,更是将静态的信息转化为动态的信息,在节约模型占地面积和信息展示面积的同时,做到绿色环保低碳展示,将绿色环保理念进行推动和跨领域融合;除此之外,传统的信息更清晰、更直观地展示在用户的眼前。
在现今数字沙盘领域中,用户的主观体验价值逐渐被设计方更深入地探索,深入分析数字沙盘的特点并有效结合用户体验的情感价值,是在这一领域中进行创新性实验研究的前提因素。结合数字技术的沙盘设计可以融合更多的设计元素和设计方法,满足更多观看者的个性化需求。数字化的信息模式可以随时进行更改,这要比传统的数字沙盘更为简便。为顺应城市的快速发展,数字沙盘的形式和内容更新速度也逐渐加快,其展示的内容简单明了,配合配音解说对信息进行层次上的划分,使用户迅速区别主要信息与次要信息。
数字沙盘整体设计的过程,是在传统的展板上进行数字化创新,充分体现了现有数字新媒体技术的多方面运用,使宏大场面的内容更丰富,细节更精巧,布局更完整。其交互设计方法将多方面元素综合运用到一件展示作品当中,结合互动性与知识性引导观众从信息的外缘进入到信息的内部,实现与观众的有效互动。
2. 数字沙盘的作用
通过以上对数字沙盘概念、特点的介绍,对现有运用数字沙盘相关技术的实例以对比的形式进行深入分析后,发现数字沙盘的实际作用具有潜在的意义和价值,数字沙盘在城市建设方面具有很明确的前景。通过数字沙盘的设计建构不仅可以看到城市变化的历史,还可以看到城市发展的速度,楼房的建造、区域化的分布、空间的设计等多方面都具有巨大的作用,画面视觉效果真实,场面壮观。动态光影和信息全面地展示在数字沙盘上,以满足观众的不同信息摄取需求,兼顾了全市大范围及部分核心区域同时展示。
数字沙盘的视觉呈现促进了工程建筑、环境绿化、交通道路、城市规划、旅游规划等多个领域的智能化展示,在这些行业领域中均发挥着重要的作用,为城市数字沙盘展示设计和城市规划提供了新的可能。更精准地运用模型构建和投影映射的数字沙盘设计有着很大的社会价值和应用潜力,这是基于用户日益增长的情感需求和社会迭代的现实需求,也是未来数字沙盘展示方面的必经之路。
二、数字沙盘模型构建与实物雕塑技术
1. 数字沙盘模型的构建
1) 卫星地图定位与建尺
数字沙盘中模型的构建需要多源数据,其中更先 需要获取的便是基础地理数据。对于地理数据的采集是利用网络卫星地图进行数字定位和建尺,根据项目中已知的地理坐标、经纬度坐标或根据范围进行大规模搜索定位,确定卫星地图中地址的鸟瞰图,取得地址鸟瞰图即可锁定城市的线路规划、主要建筑物位置与信息。为防止卫星地图鸟瞰图更新不同步,现场实地考察阶段还要搭配无人机对现场城市环境进行二次矫正,最终生成项目地的城市地图鸟瞰图。
2) 三维建模软件的应用
在这项工作中,首先需要确定比例分辨率和地理范围,结合实际场景后的电子鸟瞰图像中的属性信息和数据在三维软件中进行数字模型的建造。模型的建立是数字沙盘设计中的重点,在制作建筑模型的时候,使用的主要软件为三维设计软件进行模型设计,将街道布局、区域分块在模型当中按所收集的数据以等比例大小建造出来,如图2所示,由此可以清晰地以电子模型的形式多角度呈现城市街区之间分布和联系。
2. 数字沙盘的实物构建技术
设置制作三维模型文件后,进行数字沙盘的实物构建,数字沙盘的实物雕塑技术根据实际沙盘的尺寸、材质的选择等主要有三种。
一是树脂光固化3D打印,利用树脂材料累积成形,将三维物体的形状分成若干平面层,用一定波长的光束扫描液体感光树脂,使每一层液体光敏树脂固化成型。最终形成一个实体的三维模型。
二是 PLA/ABS 塑料 3D 打印,打印出的作品表面有一些丝状肌理,其支持多种颜色,但单个部件只能为一种颜色。适用于对精度和表面质量要求不高的模型,而且打印成本比较低廉。
三是聚苯乙烯泡沫雕刻,聚苯乙烯泡沫又名泡沫板,其材质较软,方便雕刻,具有微细闭孔的结构特点。泡沫雕塑产品具有重量轻、价格低、制作周期短等优点,可以广泛应用于展览场所。
三、数字沙盘投影映射与模型的精准融合
1. 数字影像内容设计
首先进行数字影像内容的设计,前期阶段以单一的个体片段形式存在,各个独立的片段经过后期的“加工”处理后,形成初步完整的视频作品。通过讲解词段落总分关系进行数字影像关系设计,在描述讲解等内容部分进行引导铺垫内容设计;在高潮汇报结果等内容部分进行 分散烟花等内容设计(见图 3)。数字影像设计可以让数字沙盘内容重现过去的历史,也能创造出未来的展望。
2. 硬件焦段计算
投影机硬件在使用前需要设置一个投影机宽度位置与投射画面的参数:透射比。透射比是指投影仪成像清晰时投影距离与投射画面宽度的比值。关于投射比的计算公式:投射比 =投影距离/画面宽度,见图 4。简单来说,投射比越小,同等画面宽度下的投影距离越近。
3. 投影映射设计
首先采用 Adobe 公司出品视频制作软件对沙盘信息的动态视觉进行设计;其次运用三维建模软件对三维模型进行细节雕刻,并使用实物材料打印雕刻等设备进行实物打印。Z 轴高度会影响实际投影投射后的沙盘建筑物造成影子的问题,我们对于这个问题的处理采取了实际实验予以解决。除沙盘模型的数字化建造外,将被投射的影像效果准确无误地与沙盘模型上的规划和分布进行相互融合,这成为数字沙盘制作方案中一个不得不尝试和探索的要点。
4. 投影映射与模型的精准融合实验
通过上述三维模型的制作、影像内容的设计,以及相关数据的获取都已经完成,接下来将以分步骤的形式进行测试。
阶段实验1,进行区域打样,进行不同的成型工艺研究,比对最终实物沙盘效果,选取有代表性的区域进行取样(见图 5)。
阶段实验2,使用微型投影机进行打印材料与数字内容结合测试,使用地图定位与主干道路定位,测试数字内容与实体沙盘结合后的的精准对位,并通过测试投影映射后的效果是否符合心理预期与实际表现。
阶段实验 3,以上的测试顺利结束后,将工业级投影机与数字沙盘中实物沙盘结合进行完整的数字沙盘模型构建与投影映射实验测试(见图 5)。
数字沙盘模型建构与投影映射的相关研究不单单是一门学科,还是技术与艺术相融合,探讨人和产品间的关系问题。本研究通过梳理近年数字沙盘行业内相关理论的发展情况,总结现如今设计领域中数字沙盘在模型构建与投影映射结合方面常用的方法和手段,以数字沙盘实物落地设计为例,进一步阐明了模型构建与投影映射精准融合理论在产品设计过程中的应用方法。近年来各行业都在关注用户的主体情感、多种层次需求的重要性,模型构建与投影映射在数字沙盘中的理论和设计方法的应用,为产品设计学科的发展提供着越来越多的可能性。
(本稿由牧客数字创意研发部提供,如转载或引用,请注明出处)
