虛擬現實技術園林景觀論文

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1、虛擬現實技術簡介

1.1、VR技術的特征

虛擬現實技術有沉浸感、交互性、想象力等3大基本特征。一個典型的VR系統，主要由專業圖形處理軟件、硬件系統(包括VR和VR軟件，數據庫)、輸入和輸出設備等部件組成。交互性是指通過輸入和輸出設備的用戶，在虛擬環境中對象的范圍是可操作的以及與自然環境的反饋程度，它的用戶和虛擬環境之間接近虛擬環境中的交互方式是自然可取的。身臨其境的參與感，也被稱為是虛擬現實技術最重要的特征點，用戶利用交互設備和自己的知覺系統，接觸到虛擬現實環境中的真實程度。園林景觀設計中VR技術的運用產生了巨大的影響，虛擬現實技術正在改變傳統規劃設計方法的許多方面。一方面，為創造景觀虛擬現實技術提供了一種新的藝術表現手段：另一方面，它使景觀規劃設計方法和觀念發生改變。計算機網絡技術與虛擬現實技術相結合實現網絡虛擬化，讓更多的市民通過網絡可以看到和聽到設計師的作品，理解設計意圖，參與景觀規劃設計。

1.2、園林景觀設計中VR技術的關鍵技術

支持圖形建模的軟件工具有很多，由于3DSMAX對VRML有較好的支持功能，因此對園林景觀設計師而言，3DSMAX是較為合適的建模軟件。它不僅支持VRML程序的輸出，同時還可以在VRML程序中通過選擇攝像機在三維場景中進行導航設置，在場景中指定活動控件和感應器，豐富實時瀏覽的內容。所以，對于熟悉3DSMAX的園林設計師來說，VRML是一個很好的選擇。景觀設計中視景建模是虛擬現實的基礎，也是園林設計的關鍵，要使參與者有沉浸感，必須創建真實的虛擬世界。園林場景的建立主要由AutoCAD和3DSMAX來完成，場景平面圖在AutoCAD中處理完后導入3DSMAX中，進行園林模型的構建，然后將這些元素進行整合，整合后的地形模型上再加入如建筑物、小品、植物等充實虛擬環境，最后得到設計者理想的園林場景。三維圖形的生成技術較為成熟，目前關鍵是如何實現實時生成設計中虛擬場景數據量較大的問題，典型的大規模場景，難以達到實時制的技術要求。為此，需要配置高性能計算機，為達到實時目的，至少要在保證圖形質量和復雜程度的前提下提高刷新頻率，這是影響該技術發展的瓶頸問題。設計師在園林設計方案過程中，需要有功能強大的交互技術作為支持，方便實時更換移動場景中的要素模型，以便于審視和比較設計方案的合理性；VR技術是交互、系統集成、管理模型識別和合成技術等多個技術的綜合運用，如何將這些技術合理地運用，最大化地展示設計作品的功能理念是園林景觀設計應用VR技術的關鍵。

2、園林景觀設計中應用VR技術的意義

2.1、VR技術使景觀設計意圖直觀呈現

園林景觀設計要求設計師對空間形象思維要有一個整體的把握，既要考慮公眾的要求，又要滿足場景功能需要，同時達到與周邊環境的相互協調，所以設計過程是一系列的創新過程。如何將規劃、設計、施工、維護等工作合理地結合起來，即對項目施工前后所要呈現的效果有一個清晰、明確的方案和思路。VR技術應用在園林景觀設計中，可減輕設計人員的勞動強度、縮短設計周期、提高設計準確性和工程質量要求。通常情況下，設計者會通過沙盤、三維效果圖、漫游動畫等方式展示設計效果，供決策者、設計者、工程人員以及公眾理解和感受。以上的傳統展示方式都各有其不同的優缺點，但有一個缺點是共同的，即不能以人的視點深入其中，得到全方位的觀察設計效果，而運用VR技術則可以很好地做到這一點。使用VR技術后，決策者、設計者、工程人員以及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到設計效果，身臨其境地掌握周圍環境和理解設計師的設計意圖，這是傳統手段所不能達到的。

2.2、VR技術輔助激發設計師創作靈感

園林景觀設計中，公眾有時無法親臨項目現場進行實地考察，可以采用VR技術進行場地環境分析評判，并通過網絡平臺進入到虛擬項目的場地內部，全面了解項目的周邊環境，包括氣候條件、地質條件、交通狀況、人流分布、水系分布、土壤條件、植物資源等現狀特征。在方案設計階段，設計者需要將一些景觀節點定位定量地表達出來，包括植物配置平面圖、立面圖、剖面圖及局部效果圖。采用VR技術使設計者能夠進入虛擬的環境空間內，直接擺放、移動、組合各種園林植物、小品，反復調整植物種類位置數量，綜合對比不同植物組合的景觀效果和空間形態，較大程度彌補了傳統平面設計中對植物空間與環境無法進行綜合感知的缺陷，進一步激發設計師的創作靈感。在該階段，可采用VR技術對植物種植模式和植物空間組合進行高度仿真，模擬植物的栽植位置、植株大小及材料種類，最終完成植物種植總平面體現高程和剖面的豎向組合圖、植物與各種景觀要素搭配立面圖等，其間反復調整植株數量和樹木株行距獲取最佳的生態效益和景觀效果，可以直觀地展示出植物群落的景觀特征和空間形態。

2.3、園林景觀設計中運用VR技術是必然趨勢

園林景觀中常用的設計要素，如植物、地形、水體等都是不規則的形體，用計算機的模型表示會非常復雜。例如，一棵樹有成千上萬片樹葉，做成模型后需要用到的面數量龐大，這對于普通民用計算機來說，實現流暢的VR效果是不可能的。因此，VR技術在園林造景中的應用研究仍處于起步階段。當前，計算機的運行速度不能滿足完全建模情況下園林景觀的虛擬現實，那么只能使用貼圖(MAP)的方式來模擬其中的植物。使用一張處理好的樹木照片，就能在VR中用一個面來表現一棵樹，雖然在真實度方面會有一定的損失，但相對于完全建模所需的上百萬個面來說，這樣操作能減少工作強度。隨著季節的變化，四季中同一地點的植物也會有完全不同的景觀效果，所以，如何編寫基于VR技術的程序，體現出植物景觀的時效性，也就成為VR技術應用發展的方向。將植物群落四季交替的數據信息輸入VR的場景數據庫中，當公眾需要觀察不同季節植物景觀特征時，實時改變場景信息即可。從20世紀80年代提出VR技術應用在園林景觀設計中的創新理念，到現在虛擬現實技術得到了很大的發展。與傳統風景園林設計思維相比，VR技術突破了傳統維度限制的虛擬風景園林，應該是一種相對全面的設計表達系統。未來應用VR技術輔助園林景觀設計是發展的必然趨勢，現代科技能夠將風景園林的物質功能與信息功能分別賦以不同的載體，使一些風景園林的存在形式發生質的飛躍。

3、討論

園林景觀設計中VR技術的應用，為設計者和公眾提供了觀察自然景觀形態特征的強烈支持。它可以激發公眾與多維化信息環境的互動，設計師可以直觀闡述對項目案例的感性與理性認識，從而激發公眾產生共鳴和認同。VR技術運用在植物景觀設計的項目分析、方案設計、施工圖設計等階段中，可以使決策者或公眾切實感受到植物的空間布局、群落的動態演替及四季景觀的時序變化，使設計作品更加立體化、數字化、精準及直觀化，讓單調的項目案例富有意境、內涵和樂趣。雖然VR技術在城市規劃、建筑設計等領域發展得相對比較成熟，但由于園林景觀設計要素的多變性與復雜性，為VR技術在該領域的應用推廣造成諸多瓶頸。隨著多維信息環境交互技術的迅猛發展，未來有理由相信VR技術必將引領園林景觀設計的發展之路。

作者：尹娟 李君茹 單位：信陽農林學院