Drawing on Air：藝術家在空中繪出 3D 圖案

Artists 'draw on air' to create 3D illustrations
http://www.physorg.com/news109425896.html

By Lisa Zyga
September 19, 2007

戴上虛擬實境面具，一隻手握住一枝針筆（stylus），另一隻手拿著追蹤裝置，一位藝術家就能以空前的精確度，在空氣中繪出 3D 物體。這套新系統稱為「Drawing on Air」，而且研究者已經設計出直覺的界面，並提供必要的控制給藝術家以描繪出複雜的藝術性、科學性與醫學主題。

來自於（美國） Brown 大學電腦科學家 Daniel Keefe（他也是一位藝術家）、Robert Zeleznik 與 David Laidlaw 在最近一期的 IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 上介紹「Drawing on Air」。

該技術引介二種新策略，使用一隻手或二隻手，賦予藝術家繪出不同類型曲線所需的工具，而且能夠檢、視編輯他們的作品。雖然其他使用虛擬實境的繪製技術也能夠讓藝術家畫出粗略的草圖，不過研究者希望 Drawing on Air 能將此技術帶往更高層次，同時具有更高度的控制能力。

"首先，考慮一個在某些有趣 3D 形狀中發現的曲線 -- 公路單車（road bike）的手把是一個好例子，因為它採用某些平順的 3D 曲線，" Keefe 解釋。 "OK，現在舉起你的食指，然後試著在你面前的空氣中描繪出這條曲線。當你的手指劃過空中時，若能在後方留下一條軌跡，那麼你能從這種練習中注意到，要畫出一條很棒的曲線真的很難辦到。首先，你大概注意到你畫出來的東西相當不穩定。其次，你大概也發現這種形式的 3D 比例會偏離（off）。"

Keefe 解釋 Drawing on Air 如何利用描繪參考線（guidelines）、強迫回饋（force feedback）以及雙手互動來協助藝術家將此類曲線描繪的更加精確。這個系統接著會將 3D 繪圖轉換到電腦中，以用於 3D 塑模（modeling）、設計與繪圖程式中。

Drawing on Air 的雙手方法（two-handed method）是基於「膠帶描繪（tape drawing，設計師在描圖紙上用黑色矽膠帶、以1：1的比例，貼出物體的三視圖）」技術，這是在 2D 繪圖中一種高度控制的雙手方法。藝術家一隻手拿著一枝針筆負責描繪，另一隻手拿著追蹤器（與虛擬實境設置掛鉤）以定出該線段的方向。藝術家協調兩手的移動，以便從不同角度檢查作品或照樣描繪。

儘管雙手方法為專家提供更多控制，但研究者解釋，單手方法較易學習，而且也更適合畫出圓形，因為藝術家的手臂毋需交錯。在單手方法中，藝術家定義線段的方向，然後用同樣一隻手畫出線段。研究者描述這種描繪操作就好像將藝術家的針筆往後拉，如同在拖繩（tow rope）上一樣的筆法。

在二種版本中，藝術家能夠在描繪的同時，規格化其曲線，並動態調整線段的粗細與顏色。觸覺回饋（haptic）效應能讓藝術家直覺地在想像中的 3D 表面上施加壓力來調整線段粗細，使得空氣中的繪畫更加類似於推動筆刷在紙上描繪。藝術家能輕易地在前後版本中切換，而且能夠利用系統的功能編輯他們的作品。

在經過 12 受訓過的藝術家試用後，結果證實 Drawing on Air 相當容易學習，並提供充分的控制來描繪複雜的 3D 主題，並同時具有多樣化。舉例來說，生物學家研究蝙蝠飛行，發現 3D 描繪相當具有價值，因為蝙蝠具有彈性的翼膜與彎曲的骨骼，那真的能在飛行當中彎曲。在試用中的藝術家根據蝙蝠在風洞中飛行的資料，成功地描繪出蝙蝠，以動態方式展現出該動物的解剖學，並將不感興趣的身體部份簡化。

"如果我們能夠提升精確度，科學家就能夠利用電腦跟他們的 3D 資料互動，接著讓更多科學家使用虛擬實境將成為可能，" Keefe 說。

他表示，該技術另一個刺激的部份是 "一旦你具備在空氣中素描的能力，這裡也有許多不同的藝術領域讓你拓展。"

"這種事情很快就會在消費者身上發生，" 他提到。"現在，成本還很高，不過當科技進步之後（例如：基於相機的 3D 追蹤），我預期創造像這種雙手輸入系統的成本，未來數年內，將從數千美元降到數百美元。"

※ 相關報導：

＊ Drawing on Air: Input Techniques for Controlled 3D Line Illustration
http://doi.ieeecomputersociety.org/10.1109/TVCG.2007.1060

Daniel Keefe, Robert Zeleznik, David Laidlaw
IEEE TVCG, September/October 2007 (Vol.13, No. 5) pp. 1067-1081
doi: 10.1109/TVCG.2007.1060

＊ Daniel Keefe
http://www.cs.brown.edu/people/dfk/dfk_iweb/Welcome.html

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