數(shù)字景觀技術(shù)研究應(yīng)用進(jìn)展*

劉 頌　張桐愷　李春暉

數(shù)字景觀技術(shù)研究應(yīng)用進(jìn)展*

劉 頌張桐愷李春暉

數(shù)字景觀是數(shù)字技術(shù)與風(fēng)景園林學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展及其向風(fēng)景園林行業(yè)的滲透，風(fēng)景園林進(jìn)入到數(shù)字化時(shí)代。本文以風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)過程為主線，總結(jié)國內(nèi)外數(shù)字景觀技術(shù)在風(fēng)景園林信息采集、景觀過程模擬、可視化、分析評(píng)估、參數(shù)化設(shè)計(jì)及公眾參與等方面的應(yīng)用與實(shí)踐。

數(shù)字景觀；互聯(lián)網(wǎng)；可視化；參數(shù)化設(shè)計(jì)；進(jìn)展

0　引 言

關(guān)于數(shù)字景觀的概念，至今并未達(dá)成共識(shí)。筆者認(rèn)為，數(shù)字景觀是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，綜合運(yùn)用GIS、遙感、遙測、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真和多傳感應(yīng)等數(shù)字技術(shù)，對(duì)景觀信息進(jìn)行采集、監(jiān)測、分析、模擬、創(chuàng)造、再現(xiàn)的過程、方法和技術(shù)。數(shù)字景觀是數(shù)字技術(shù)與風(fēng)景園林學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展及其向風(fēng)景園林行業(yè)的滲透，風(fēng)景園林進(jìn)入到數(shù)字化時(shí)代。本文以風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)過程為主線，總結(jié)了國內(nèi)外數(shù)字景觀技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐。

1　風(fēng)景園林信息采集方式的變革

對(duì)現(xiàn)狀信息的采集描述是風(fēng)景園林研究和設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)，研究對(duì)象不同，數(shù)據(jù)的類型及其獲取手段也不同。按照信息來源可以分為主體數(shù)據(jù)和客體數(shù)據(jù)。主體數(shù)據(jù)主要指研究范圍內(nèi)，與景觀環(huán)境產(chǎn)生互動(dòng)的個(gè)體或集合相關(guān)的信息，例如公園中游客對(duì)園內(nèi)游憩設(shè)施的滿意程度調(diào)查數(shù)據(jù)就是典型的主體數(shù)據(jù)類型；客體數(shù)據(jù)則是指環(huán)境客體自身的各種信息，例如氣候、水文、植被、土地利用、地形等。主體數(shù)據(jù)和客體數(shù)據(jù)對(duì)于一個(gè)完整的景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目是缺一不可的，其中主體數(shù)據(jù)有變化頻率快、收集難度高的特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)收集主要是通過問卷訪談、抽樣調(diào)查等方式來推演整體特征。

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代使得數(shù)據(jù)的收集和分析方式產(chǎn)生了新的變革，其中大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)極大地?cái)U(kuò)大了風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)主客體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，拓寬了使用數(shù)據(jù)的類型，使全數(shù)據(jù)分析研究成為可能。董琦認(rèn)為SoLoMo（基于社交網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)、基于空間位置的服務(wù)、基于移動(dòng)終端的服務(wù)）的產(chǎn)生為廣泛獲取社會(huì)人文數(shù)據(jù)提供了可能［1］。近幾年，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行的風(fēng)景園林相關(guān)研究新的數(shù)據(jù)嘗試主要集中在社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、移動(dòng)終端數(shù)據(jù)和生理監(jiān)測設(shè)備測析數(shù)據(jù)等3個(gè)方面。

1.1社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)

社交網(wǎng)絡(luò)已漸漸成為人們生活中的必需品，它記錄了用戶的社會(huì)活動(dòng)信息，而這些信息中往往帶有用戶的地理位置信息。研究者挖掘社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中的各種與景觀主客體相關(guān)的信息，并以數(shù)據(jù)中的空間位置信息為橋梁實(shí)現(xiàn)在GIS平臺(tái)中的可視化，為風(fēng)景園林等相關(guān)專業(yè)人員解讀時(shí)空信息，從而分析與其相關(guān)聯(lián)的空間問題。社交網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是海量的，這對(duì)研究者來說既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。

有學(xué)者將社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)應(yīng)用于風(fēng)景園林研究進(jìn)行了嘗試，Dunkel認(rèn)為利用Flickr（國外著名的照片發(fā)布和分享網(wǎng)站）上帶有地理信息的照片分析人們心中的景觀偏好和景觀感受是一種有潛力的景觀評(píng)價(jià)途徑［2］。Taylor Shelton等處理了大量的帶有空間信息的Twitter（國外著名的社交網(wǎng)站）數(shù)據(jù)，然后在GIS平臺(tái)中進(jìn)行空間可視化從而分析人們意識(shí)中、實(shí)際的、種族的美國路易斯維爾市的邊界［3］。

1.2移動(dòng)終端數(shù)據(jù)

智能手機(jī)的普及和可穿戴設(shè)備技術(shù)的日趨成熟為人們行為和狀態(tài)的記錄提供了新的技術(shù)手段。移動(dòng)終端數(shù)據(jù)帶有時(shí)間和地理位置信息，通過移動(dòng)終端采集行為數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)方法效率和數(shù)據(jù)的完整度都有很大的提升。GIS平臺(tái)是對(duì)移動(dòng)終端數(shù)據(jù)分析和可視化的最主要平臺(tái)。帶有GPS模塊的App可以將人與環(huán)境互動(dòng)的信息（文字、照片等）賦予空間位置屬性，導(dǎo)入GIS平臺(tái)將多個(gè)層面的信息整合分析，能夠方便的采集匯總?cè)藗兊幕顒?dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)并且進(jìn)一步發(fā)展成為公眾參與的途徑。Cord，Anna F和Roe Iger等人利用地理藏寶活動(dòng)的GPS數(shù)據(jù)，通過GIS平臺(tái)的空間可視化來分析城市短期游憩的傾向性和動(dòng)機(jī)［4］。Liu等人通過收集出租車上車點(diǎn)和下車點(diǎn)的GPS信息，將上車點(diǎn)和下車點(diǎn)的空間分布與周圍的用地類型結(jié)合，分析交通與地塊用地性質(zhì)的關(guān)聯(lián)性［5］。李方正等通過公交刷卡數(shù)據(jù)分析人口出行規(guī)律為綠道規(guī)劃設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，并且認(rèn)為在風(fēng)景園林利用經(jīng)過整理的“二次數(shù)據(jù)”可對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)［6］。

手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的信令數(shù)據(jù)是手機(jī)產(chǎn)生并由運(yùn)營商收集的移動(dòng)終端數(shù)據(jù)，通過分析手機(jī)信令可以得到城市范圍內(nèi)人群分布的時(shí)空信息。手機(jī)信令是用戶被動(dòng)提供的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量很大，適用于城市區(qū)域尺度的人的行為活動(dòng)采集和分析。錢昌犁等利用無錫市累計(jì)的手機(jī)信令數(shù)據(jù)從城市的多個(gè)層面，工作日、周末等多角度分析了無錫市居民出行的時(shí)空特性，量化了城市各區(qū)域間的出行差異［7］。鈕心毅等人使用移動(dòng)通訊基站地理位置和手機(jī)信令數(shù)據(jù)，采用核密度分析法生成手機(jī)用戶密度圖，進(jìn)而識(shí)別城市公共中心的等級(jí)、職能類型等城市空間特質(zhì)［8］。

1.3生理監(jiān)測設(shè)備測析數(shù)據(jù)

學(xué)科交叉的背景下，風(fēng)景園林研究者開始嘗試?yán)蒙肀O(jiān)測設(shè)備捕捉人在景觀環(huán)境中的生理反映進(jìn)而提取人們對(duì)景觀的偏好，如眼球追蹤技術(shù)（Eye Tracking Apparatus）成為當(dāng)前視覺分析常用的手段，從目光的定位、掃視路徑、掃視幅度、時(shí)長等信息中捕捉人的視覺偏好。根特大學(xué)（Ghent University）地理系實(shí)驗(yàn)室采用德國SMI（Senso Motoric Instruments）研發(fā)的便攜式RED250眼球追蹤系統(tǒng)，將紅外光發(fā)送到觀察者的瞳孔中，準(zhǔn)確位置信息由反射點(diǎn)的信號(hào)反應(yīng)在屏幕上便可記錄觀察者的凝視模式，并在ArcGIS中進(jìn)行圖像處理［9］。該實(shí)驗(yàn)室還通過這種方法來分析風(fēng)景園林專業(yè)與非專業(yè)人士視覺感知的差異。Lien Dupont等根據(jù)眼動(dòng)觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS泰森多邊形分析被調(diào)查者的注視點(diǎn)的分布情況［10］。

腦電波與人的情緒存在關(guān)聯(lián)，因此通過可穿戴的腦電波監(jiān)測儀器實(shí)地實(shí)時(shí)地獲取人的腦電波數(shù)據(jù)以解析當(dāng)時(shí)景觀環(huán)境中人的情緒，目前腦電信息已經(jīng)運(yùn)用于公路景觀、城市環(huán)境、室內(nèi)等空間設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域。陳箏等利用腦電波監(jiān)測儀器并結(jié)合神經(jīng)生物學(xué)和視覺景觀分析方法，對(duì)人們?cè)诓煌瑢?shí)景環(huán)境中的大腦活動(dòng)強(qiáng)度及情緒反映進(jìn)行了探索，得出了很有借鑒意義的結(jié)論［11］。

2　景觀模擬與可視化技術(shù)的推廣應(yīng)用

可視化技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖像處理等技術(shù)，將來自數(shù)學(xué)模型、計(jì)算、測量中獲取的非直觀、晦澀的、抽象或不可見的數(shù)據(jù)，用幾何圖形、色彩、紋理、透明度、對(duì)比度與動(dòng)畫等手段，以圖形圖像、場景情境等直觀、易懂、具象、可見的途徑表達(dá)出來，并進(jìn)行交互處理［12］。它連接了人腦與計(jì)算機(jī)兩大信息處理系統(tǒng)，利用人的感官優(yōu)勢，把數(shù)據(jù)、信息轉(zhuǎn)換成可視形式便于識(shí)別與捕捉。景觀模擬與可視化技術(shù)主要體現(xiàn)在建立可視化場景、景觀過程模擬可視化兩個(gè)方面。

2.1景觀過程模擬可視化

景觀過程模擬是基于對(duì)景觀現(xiàn)象與發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)，借助計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)學(xué)模型模擬不同時(shí)間點(diǎn)（過去、現(xiàn)狀、未來）的景觀以及景觀變化過程（生態(tài)過程、景觀格局、城市更新、土地利用等），發(fā)掘景觀現(xiàn)象隨時(shí)間變化的規(guī)律從而預(yù)測未來的發(fā)展趨勢，并將結(jié)果可視化，加強(qiáng)規(guī)劃設(shè)計(jì)師對(duì)模擬結(jié)果的認(rèn)知，輔助規(guī)劃決策。主要有政策模擬、城市發(fā)展模擬、環(huán)境模擬等。

一些較為成熟的軟件被用于環(huán)境空間形態(tài)、聲音等模擬之中，如德國Michael Bruse開發(fā)的ENVI-met是中尺度模式模擬的植物三維表面與空氣相互作用，模擬熱島效應(yīng)、尤其是城市冠層，來分析熱環(huán)境機(jī)制。蔡凌豪用Ecotect、Vasari模擬太陽輻射、日照軌跡、風(fēng)洞模擬等對(duì)北京林業(yè)大學(xué)學(xué)研中心景觀進(jìn)行場地設(shè)計(jì)前分析［13］。王鑫等采用AMAP確定植物結(jié)構(gòu)的基本模型，模擬植物生長靜態(tài)結(jié)果，包括在各年限內(nèi)生長的樹高和冠幅［14］。Jiang采用CadnaA軟件噪音環(huán)境模擬的作為調(diào)查數(shù)據(jù)［15］。Zhai等通過Depthmap軟件分析城市公園的空間組織特征［16］。

模擬復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型方法，如元胞自動(dòng)機(jī)、馬爾科夫模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模擬退火算法等在生態(tài)模擬、土地利用模擬中廣泛應(yīng)用。其中元胞自動(dòng)機(jī)（CellularAutomaton）模型擁有強(qiáng)大的空間建模和運(yùn)算能力以及“自下而上”的構(gòu)模方式，在模擬復(fù)雜性系統(tǒng)中模擬能力較強(qiáng)，因此常應(yīng)用于城市擴(kuò)展動(dòng)態(tài)研究中。SLEUTH模型是建立在元胞自動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，通過輸入圖層、控制參數(shù)設(shè)定可以模擬不同的城市增長類型，是常用的城市增長模擬模型［17］。Ján Kanuk采用改良的城市增長模型SLEUTH-3r，借助ArcGIS、Fragstats計(jì)算分析1959—2010年中央阿肯色州（central Arkansas（USA） region）城市增長、土地利用、景觀斑塊的變化趨勢，并預(yù)測未來2030年區(qū)域發(fā)展模式［18］。

此外，還有許多用于不同課題研究的數(shù)學(xué)模型，如Ng E等用中尺度模式MM5診斷風(fēng)場模型CALMET計(jì)算香港不同高度城市空間與風(fēng)相關(guān)的參數(shù)［19］。Bo Yang等運(yùn)用包含土壤與水文評(píng)估模型（SWAT）和運(yùn)動(dòng)徑流與侵蝕模型（KINEROS）的AGWA（Automated GeospatialWatershed Assessment）工具，模擬水域單次暴雨中的長期徑流與洪峰流量［20］。

流體動(dòng)力學(xué)模型（Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD）近幾年被廣泛用于城市風(fēng)環(huán)境、水景觀模擬，其原理是數(shù)學(xué)求解控制流體流動(dòng)的微分方程，從而近似模擬流體流動(dòng)情況［21］。常用軟件有Fluent， Phoenics，Star， Airpark等。Shi等采用Star CCM+TM軟件，將行人機(jī)械舒適性和危險(xiǎn)性納入模型，模擬并幫助城市規(guī)劃者評(píng)價(jià)行人風(fēng)環(huán)境［22］。董靚等通過Flunet和Ponenics分別分析排水廢熱對(duì)府河水環(huán)境影響以及樂山樂天家園住區(qū)風(fēng)環(huán)境模擬分析［23］。

2.2景觀場景可視化

可視化場景是最清晰明了表達(dá)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的途徑，即使是非專業(yè)人員也可以通過場景來理解規(guī)劃設(shè)計(jì)師意圖。主要采用建模渲染及虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)。

2.2.1建模與渲染工具的應(yīng)用

傳統(tǒng)的景觀可視化技術(shù)局限于規(guī)劃設(shè)計(jì)成果展示與表達(dá)，主要采用平面圖、鳥瞰圖、效果圖、物理模型等。當(dāng)前可視化呈現(xiàn)由二維向三維發(fā)展的趨勢，Last Software公司研發(fā)的3D建模軟件SU以簡單快捷出名，只需簡單的推拉即可生成體塊，是迄今為止景觀設(shè)計(jì)師最常用的軟件之一。2006年該公司被谷歌收購后，將3D模型放入Google Earth中使地圖更具真實(shí)感，同時(shí)使用者可以通過Google 3D Warehouse上傳下載各種Sketch模型。但SU也存在自身的局限，如場景真實(shí)性欠佳、動(dòng)畫制作、Vray渲染參數(shù)設(shè)定繁瑣等。3DMAX、maya、Lumion、Vue、Cinema 4D等建模及渲染軟件以可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)建模與渲染、實(shí)時(shí)編輯、運(yùn)算高速、動(dòng)畫制作而著稱。Thomas Reichhart等通過3dMAX軟件生成不同的可視化場景與動(dòng)畫，在此基礎(chǔ)上做行為與喜好調(diào)查［24］。ArcGIS的拓展模塊ArcGlobe、ArcScene可以實(shí)現(xiàn)可視化分析。Adrienne Grêt-Regamey等基于Esri CityEngine平臺(tái)，采用CGA形狀語法，生成馬斯達(dá)爾（Masdar）城市三維模型，并通過Vue進(jìn)行渲染［25］。CityEngine是三維城市建模的首選軟件，可利用二維數(shù)據(jù)快速創(chuàng)建三維場景。

2.2.2VR與AR技術(shù)應(yīng)用

Burdea和Coiffet描述了虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）的 3個(gè)基本特征，即想象、交互和沉浸［26］。相比傳統(tǒng)可視化，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能提供多角度、多模式模擬，使用戶有更切身真實(shí)的體會(huì)。同時(shí)，實(shí)時(shí)渲染可實(shí)時(shí)感受場景變化，對(duì)場景進(jìn)行修改，更具交互性，可提高規(guī)劃的公眾參與性。

自2003年開始，有PC用戶開始使用3DMax整合VRML97作為建模手段，從而建立風(fēng)景園林的靜態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，這是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景觀領(lǐng)域的最基本應(yīng)用。VRML97得到許多軟件的支持，通用性較強(qiáng)，同時(shí)VRML程序可以直接接入網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)展示虛擬場景并支持互動(dòng)瀏覽，整合了Java、XML、流技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，包括了更強(qiáng)大、更高效的3D計(jì)算能力、渲染質(zhì)量和傳輸速度。基于Web3D引擎如Unity3D、Virtools、Quest3D、Flash3D等可實(shí)現(xiàn)虛擬旅游、歷史遺跡復(fù)原等。如Pescarin S等通過Virtools、OpenSceneGraph、VTerrain對(duì)阿皮亞公園（Appia Park）考古與文物信息開源管理［27］。

值得一提的是，Unity3D作為游戲引擎，簡單易學(xué)且具有高度完善的光影渲染系統(tǒng)，同時(shí)采用了Web3D引擎的構(gòu)架與實(shí)現(xiàn)方式，在Web3D領(lǐng)域有很強(qiáng)的適用性，因此受到廣泛青睞。郭美卉通過該軟件模擬鷲峰漫游展示［28］，王星捷采用該軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三維虛擬城市的場景漫游技術(shù)、物理效應(yīng)仿真技術(shù)和場景切換技術(shù)［29］。Celio E通過另一款游戲引擎Crytek CryEngine 3.4.5將ArcGIS中處理的Kleine Emme流域的數(shù)據(jù)經(jīng)過正射影像投影、輸入建筑空間（footprint）、3D建模、渲染與PS編輯生成可視化場景［30］。由此可見游戲引擎的強(qiáng)大渲染功能、交互性與真實(shí)性，并提供場景漫游平臺(tái)，已經(jīng)在可視化場景環(huán)境創(chuàng)建發(fā)揮重要作用。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augment Reality，AR）是從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中發(fā)展而來的，它能將真實(shí)的環(huán)境和虛擬的場景實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。相比虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它給人以更真實(shí)的感官感受。由清華大學(xué)建筑學(xué)院主持開展的“數(shù)字圓明園”項(xiàng)目運(yùn)用AR技術(shù)，使游園者可以使用移動(dòng)終端實(shí)時(shí)實(shí)地地觀看圓明園復(fù)原的三維模型和相關(guān)的歷史資料。近幾年隨著智能手機(jī)的普及，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)瀏覽器如Layar，Wikitude，Junaio等的推動(dòng)，亦應(yīng)用于App研發(fā)，Ian D. Bishop創(chuàng)建名為“what’s here”的App原型，界面采用xCode 4.5.2，用戶可以通過手機(jī)GPS定位，直接進(jìn)入AR模式查看該地點(diǎn)的歷史或未來的場景，包括氣候變化、可再生能源設(shè)施的增加，用地類型的改變，海平面上升情況等，幫助用戶了解景觀與環(huán)境變化的發(fā)生過程［31］。

3　風(fēng)景園林分析評(píng)估全程定量化

傳統(tǒng)的風(fēng)景園林分析與評(píng)估以定性為主，其分析過程存在邊界的模糊性，數(shù)字技術(shù)使分析評(píng)估全程定量化成為可能，而隨之出現(xiàn)的是量化分析結(jié)果的定性分析成為難點(diǎn)。

3.1GIS分析評(píng)估工具

地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）以其空間分析功能，開放式可嵌套其他分析模型及二次開發(fā)的拓展能力，無疑成為目前廣為應(yīng)用的分析評(píng)估技術(shù)。GIS廣泛用于生態(tài)領(lǐng)域評(píng)價(jià)，如土地適宜性、生態(tài)敏感性、景觀格局、水文、流域等，還可進(jìn)行視線視域分析、可達(dá)性分析、緩沖區(qū)分析等。Rosemarie H?sl等用ArcGIS的水文分析工具，通過分析流向、流量，計(jì)算土方填充，判斷線性結(jié)構(gòu)與非線性結(jié)構(gòu)的徑流量差別［32］。袁旸洋等基于ArcGIS分析地形地貌、水文條件等8項(xiàng)因子，疊加后采用成本距離分析確定風(fēng)景環(huán)路最優(yōu)路線［33］。王建國等研究西湖景區(qū)各觀賞點(diǎn)的觀景質(zhì)量，以插值法生成西湖湖面不同數(shù)值的等視線，并評(píng)估觀景質(zhì)量的優(yōu)劣［34］。Monica A. Dorning使用景觀格局模擬計(jì)算工具Fragstats，分析基于兩個(gè)不同的保護(hù)目標(biāo)的發(fā)展模式上的生態(tài)效應(yīng)［35］。

CommunityViz軟件在是ArcGIS的拓展模塊，由Scenario360與SiteBuilder 3D兩個(gè)工具條插件構(gòu)成， Scenario360是基于GIS的決策支持工具，SiteBuilder 3D是將ArcGIS地圖直接轉(zhuǎn)向虛擬現(xiàn)實(shí)的工具。Petina L.Pert等人運(yùn)用該軟件輸入地理數(shù)據(jù)、輸入基于不同利益的三組模型、生成可視化場景，通過即時(shí)調(diào)整參數(shù)實(shí)時(shí)輸出不同模擬方案，與利益相關(guān)者的合作確定未來土地利用的發(fā)展方向［36］。John A. Sorrentino等利用Arcgis和CommunityViz軟件分析費(fèi)城兩個(gè)流域住宅方案的利潤、能量耗損和環(huán)境影響［37］。

3.2數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型應(yīng)用

數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，如主成分分析法（PCA）、層次分析法（AHP）、系統(tǒng)聚類分析法、判別分析、回歸分析、方差分析等是獲取風(fēng)景園林要素間相關(guān)性關(guān)系的主要方法。SPSS、Matlab、SAS、R等是常用的數(shù)據(jù)分析軟件。Junge等人采用主成分分析法，通過SPSS、GENSTAT統(tǒng)計(jì)計(jì)算，研究瑞典居民對(duì)典型農(nóng)業(yè)景觀認(rèn)知［38］。Hong等通過聚類分析、判別分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析以及主成分分析，利用SPSS、R軟件，基于聲環(huán)境的感知對(duì)公園聲音景觀分類并通過檢測聲音指標(biāo)來識(shí)別聲音景觀分類［39］。

4　基于參數(shù)化的景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)興起

“參數(shù)化”是建立變量和因變量的關(guān)系，通過調(diào)整變量改變因變量的過程，參數(shù)化設(shè)計(jì)最開始應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，風(fēng)景園林的參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)踐滯后于建筑設(shè)計(jì)，目前在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用分為“參數(shù)化輔助設(shè)計(jì)”、“參數(shù)化設(shè)計(jì)”和參數(shù)化建造。

4.1參數(shù)化輔助設(shè)計(jì)

參數(shù)化輔助設(shè)計(jì)是參數(shù)化作為技術(shù)手段運(yùn)用到設(shè)計(jì)過程中，目前運(yùn)用最廣的就是參數(shù)化建模技術(shù)，在參數(shù)化建模的軟件平臺(tái)中建立模型的參數(shù)映射關(guān)系，通過調(diào)整參數(shù)的數(shù)值來改變模型的空間屬性。參數(shù)化建模的優(yōu)勢在于可以精確的定義模型中的空間邏輯，在建模和修改時(shí)，對(duì)于條件的改變做出即時(shí)反饋。蔡凌豪將參數(shù)化設(shè)計(jì)的工具分為基于幾何體的參數(shù)化工具（Revit，Archicad等軟件）和基于圖形腳本參數(shù)設(shè)計(jì)工具（Grasshopper，Dynamo等）兩類，而風(fēng)景園林參數(shù)化輔助設(shè)計(jì)目前最大的問題在于缺少專屬的軟件平臺(tái)［40］。

4.2參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是將參數(shù)化作為風(fēng)景園林的設(shè)計(jì)理念，通過建立研究區(qū)域的各個(gè)因素參數(shù)間的邏輯關(guān)系，用計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)模擬整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的模式，其在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)的應(yīng)用目前仍然處于研究探索階段，在實(shí)踐中的應(yīng)用還為數(shù)不多。

英國建筑聯(lián)盟學(xué)院開設(shè)的景觀都市主義（Landscape Urbanism）研究生課程主旨就是將風(fēng)景園林參數(shù)化設(shè)計(jì)的理念融入到城市景觀系統(tǒng)規(guī)劃中，利用自主開發(fā)的參數(shù)化軟件從風(fēng)景園林的角度對(duì)城市發(fā)展策略、城市生態(tài)環(huán)境等方面進(jìn)行綜合分析，最后評(píng)估調(diào)整規(guī)劃方案。整個(gè)參數(shù)化規(guī)劃流程分為指數(shù)模型（Indexical Models）、敏感系統(tǒng)（Sensitive System）、網(wǎng)絡(luò)城市（Network Urbanism）和自我實(shí)現(xiàn)（Actualisation），該規(guī)劃設(shè)計(jì)方法完全基于數(shù)學(xué)模型和參數(shù)化分析，實(shí)際可行性還未得到充分的驗(yàn)證。

參數(shù)化設(shè)計(jì)的理念還被用于生態(tài)設(shè)計(jì)中，Rod Barnett在對(duì)太平洋島的城市研究中，基于生態(tài)干擾理論，利用多代理系統(tǒng)模擬周期性遭受颶風(fēng)災(zāi)害地區(qū)的系統(tǒng)活動(dòng)進(jìn)行模擬，借助Netlogo軟件平臺(tái)模擬熱帶雨林受到颶風(fēng)干擾后的自組織方式，種子數(shù)量、植物生長速度以及颶風(fēng)強(qiáng)度、海浪破壞影響程度等指標(biāo)作為自然的可變參數(shù)，然后加入人介入后系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)則（交通、公共空間、樹木），最后通過模擬觀察場地重新組織情況［41］。袁旸洋等在ArcGIS軟件平臺(tái)道路選線算法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了參數(shù)化風(fēng)景道路選線模型，在南京牛首山景區(qū)道路選線應(yīng)用中，采用“1+N”多點(diǎn)多次選線方法，這種參數(shù)化的道路設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)主觀道路選線方法更加準(zhǔn)確、高效［33］。

4.3參數(shù)化建造

參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)踐除了在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)理念還包括利用參數(shù)化的施工手段進(jìn)行建造?？锞晫L(fēng)景園林參數(shù)化設(shè)計(jì)建造實(shí)踐概括為景觀建筑及構(gòu)筑物的參數(shù)化設(shè)計(jì)與建造、景觀系統(tǒng)構(gòu)建、仿生和數(shù)字美學(xué)與場地特征結(jié)合四個(gè)角度，并且對(duì)國內(nèi)外的應(yīng)用案例進(jìn)行了歸納總結(jié)［42］。多義景觀設(shè)計(jì)事務(wù)所探索風(fēng)景園林參數(shù)化設(shè)計(jì)作品“心靈的花園”是數(shù)字設(shè)計(jì)和低技建造技術(shù)的結(jié)合，該設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為場地中的白色帷幕，Rhinoceros軟件不僅用于方案設(shè)計(jì)，還通過曲面曲率分析和平面展開功能測算帷幕在實(shí)際施工中的組裝方案，并且對(duì)組成構(gòu)建編號(hào)簡化工人組裝的難度［43］。

5　公眾參與途徑的拓展

數(shù)字景觀技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)和研究中公眾參與提供了新的途徑?？梢詫⒅饕募夹g(shù)總結(jié)為為模擬可視化途徑、社交網(wǎng)絡(luò)（PPGIS途徑）兩個(gè)方面。模擬可視化技術(shù)應(yīng)用著重于公眾了解評(píng)價(jià)，社交網(wǎng)絡(luò)和PPGIS途徑更多的應(yīng)用在公眾對(duì)實(shí)際環(huán)境的認(rèn)知方面。

5.1模擬可視化技術(shù)運(yùn)用于公眾參與

先進(jìn)的模擬可視化技術(shù)的不斷成熟，三維模擬引擎的更新使得模擬場景更加精細(xì)，讓公眾和專家能夠身臨其境的體會(huì)風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，為后期決策提供參考。數(shù)字模擬展示技術(shù)、三維模擬技術(shù)讓規(guī)劃設(shè)計(jì)方案流程中專業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)者和其他領(lǐng)域?qū)＜?、民眾的溝通和交流更加頻繁并且易于相互理解，其在參與規(guī)劃和設(shè)計(jì)中也得到更多運(yùn)用。

國內(nèi)外很多學(xué)者都在嘗試?yán)眯碌臄?shù)字景觀模擬可視化技術(shù)為公眾參與服務(wù)。模擬可視化技術(shù)不僅僅指視覺模擬，聲音的模擬也逐漸被研究者重視。Mark Lindquista等將聲音與三維景觀可視化相結(jié)合，讓參與者在實(shí)驗(yàn)室中觀看高清圖像和聆聽不同聲音并通過網(wǎng)絡(luò)問卷的形式進(jìn)行打分，最后得出結(jié)論聲音對(duì)三維景觀可視化體驗(yàn)的有明顯影響［44］。蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)城市和景觀規(guī)劃系主持的風(fēng)力發(fā)電站選址項(xiàng)目中，通過對(duì)周邊景觀環(huán)境的視覺和聲覺模擬建立三維景觀環(huán)境，使公眾直接在數(shù)字景觀實(shí)驗(yàn)室中對(duì)其進(jìn)行美感及噪音的評(píng)價(jià)。

可視化互動(dòng)設(shè)備是模擬可視化技術(shù)運(yùn)用的另一種實(shí)際應(yīng)用，互動(dòng)設(shè)備可代替大幅面印刷地圖，一般配有制圖所需的軟件與工具，支持面對(duì)面的小組協(xié)作與討論，便于規(guī)劃設(shè)計(jì)師與非專業(yè)背景的利益相關(guān)者的互動(dòng)。Gustavo Arciniegas等采用“touch table”來與利益相關(guān)者交流，該設(shè)備是80×100cm的觸控桌面，可以通過設(shè)備的繪圖工具繪制點(diǎn)、線、面，同時(shí)可以用彩筆添加評(píng)論和感受［45］。繪圖工具采用DT CollaborateTM作為ArcGIS的插件，保證同時(shí)多點(diǎn)觸控操作。該工具提供共享地圖界面，采用地理信息系統(tǒng)的功能，包括導(dǎo)航系統(tǒng)，地圖結(jié)構(gòu)（map structuring）等。哥倫比亞大學(xué)Cynthia Girling教授與計(jì)算機(jī)科學(xué)系合作研發(fā)的一個(gè)城市設(shè)計(jì)可視化原型工具elementsdb+ TouchTable，這個(gè)工具包括兩個(gè)界面，一個(gè)大觸摸界面和在墻上的展示界面，同時(shí)包含了四個(gè)應(yīng)用：Google Maps、elementsdb（城市設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與案例庫）、Google Earth和裝有系統(tǒng)的指示板［46］。

5.2社交網(wǎng)絡(luò)和PPGIS途徑

社交網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可以分為用戶主動(dòng)提供的數(shù)據(jù)（用戶參與調(diào)查的數(shù)據(jù)、主動(dòng)上傳到社交網(wǎng)站的公開內(nèi)容等）和被動(dòng)提供的數(shù)據(jù)（如手機(jī)信令數(shù)據(jù)），這兩種數(shù)據(jù)都可以通過處理獲得與景觀環(huán)境相關(guān)的公眾行為活動(dòng)數(shù)據(jù)，通過分析指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)，這種過程也成為公眾參與的新模式。董琦認(rèn)為社交媒體大數(shù)據(jù)在風(fēng)景園林中的應(yīng)用擴(kuò)展了公眾了解途徑，擴(kuò)大公眾產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的樣本，豐富公眾反饋手段。

PPGIS（公眾參與地理信息系統(tǒng)）指通過GIS平臺(tái)+移動(dòng)終端（智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等）+GPS收集公眾參與信息的方法。利用移動(dòng)終端進(jìn)行拍照、錄音，利用其自帶的GPS服務(wù)快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)地理信息的記錄。Julie Bergeron等人利用go-along方法來分析場地景觀價(jià)值，go-along方法是一種公眾參與場地認(rèn)知的方法，調(diào)查者通過與場地中生活或者工作的人一起在場地中步行或騎行，聆聽受訪問者講述自己對(duì)于場地中各種景觀要素的認(rèn)知，并且通過移動(dòng)設(shè)備中的GPS定位技術(shù)記錄行進(jìn)的軌跡和重要的環(huán)境認(rèn)知節(jié)點(diǎn)，最后通過GIS平臺(tái)整合多個(gè)訪問者的信息，分析公眾對(duì)該場地認(rèn)知的結(jié)果［47］。

將移動(dòng)終端收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理并發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)GIS平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)公眾間相互的信息共享，增加公眾參與的深度。Cellphone Diaries（手機(jī)字典）［48］項(xiàng)目中公眾通過手機(jī)App參與并影響了社區(qū)環(huán)境規(guī)劃，研發(fā)人員設(shè)計(jì)了一款名為Cellphone diaries的移動(dòng)技術(shù)組，并擬定了手機(jī)使用方案，每個(gè)參與者的手機(jī)安裝了這款軟件，包括GPS和數(shù)字視頻兩項(xiàng)手機(jī)功能以及一鍵上傳功能。參與者在查維斯紀(jì)念公園中拍攝對(duì)他們有意義的景觀照片，上傳到服務(wù)器并定位，所有的視頻上傳到y(tǒng)outube上并把點(diǎn)鏈接到google map上，生成網(wǎng)絡(luò)在線地圖，通過在線地圖直觀地了解查維斯紀(jì)念公園景觀的公眾熱點(diǎn)，為之后社區(qū)環(huán)境規(guī)劃提供參考。

6　數(shù)字景觀發(fā)展趨勢

6.1科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將是無盡的動(dòng)力之源

計(jì)算機(jī)科學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)、傳媒、通信等學(xué)科帶動(dòng)了軟硬件日新月異，拓展了數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用范疇，是數(shù)字景觀發(fā)展的支持力量。越來越多為建筑、景觀、城市規(guī)劃、工業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)的專業(yè)軟件被開發(fā)投入使用，在數(shù)據(jù)獲取、圖紙繪制、方案表達(dá)、與利益相關(guān)者溝通決策等方面為規(guī)劃設(shè)計(jì)工作者帶來便捷。在移動(dòng)時(shí)代大背景下，云技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的計(jì)算、儲(chǔ)存、處理和共享，移動(dòng)通訊與無限網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動(dòng)了智能手機(jī)普及，手機(jī)信令終端數(shù)據(jù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)鏈接使數(shù)據(jù)獲取途徑更豐富且便捷，極大程度擴(kuò)大了數(shù)據(jù)搜集來源。iOS、Android操作系統(tǒng)、編程語言的成熟促使大量手機(jī)應(yīng)用App被定制開發(fā)推廣。觸感技術(shù)、續(xù)航能力、檢測技術(shù)提升促進(jìn)了Apple Watch、谷歌眼鏡、智能手環(huán)等可穿戴設(shè)備產(chǎn)品開發(fā)，可以通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來實(shí)現(xiàn)，與手機(jī)App在拓寬公眾參與途徑起到了作用。

6.2景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)流程趨向一體化

景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)流程中場地?cái)?shù)據(jù)收集、方案生成、決策修改和反饋階段數(shù)字技術(shù)的成熟，使規(guī)劃設(shè)計(jì)流程不再是線性的過程，四個(gè)階段從傳統(tǒng)的遞進(jìn)變成不斷重復(fù)循環(huán)的有機(jī)周期，其中每個(gè)部分都緊密聯(lián)系，這種聯(lián)系是通過數(shù)字景觀相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，任何一個(gè)部分的改變都會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)并且高效精確的控制和模擬方案的成果，快速的采集反饋，將反饋重新作用于改變的條件，重新模擬新的方案成果。Carl Steinitz教授提出的地理設(shè)計(jì)的框架也包含了這種一體化設(shè)計(jì)思路，他將地理設(shè)計(jì)框架分為6個(gè)問題的3次迭代，6個(gè)問題對(duì)應(yīng)著規(guī)劃設(shè)計(jì)的6個(gè)模型依次為：描述模型、過程模型、評(píng)估模型、變化模型、影響模型和決策模型，設(shè)計(jì)過程可以概括為6個(gè)模型反復(fù)正向和逆向的循環(huán)，數(shù)字景觀技術(shù)正是循環(huán)的技術(shù)支撐和效率保障［49］。

景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)流程的一體化不僅提高了設(shè)計(jì)的效率，數(shù)字化的過程一定程度減少了規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中由經(jīng)驗(yàn)左右的內(nèi)容所占比重，多變量的環(huán)境過程模擬使規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠與場地的實(shí)際文脈相結(jié)合，在過程中對(duì)可能結(jié)果進(jìn)行診斷和改變，無形中提高了景觀績效。

6.3二維圖紙向三維可視化交互模型轉(zhuǎn)變

數(shù)字技術(shù)將傳統(tǒng)二維圖形轉(zhuǎn)換為三維模型與場景，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目的可視化程度、生動(dòng)性、可讀性，將晦澀的專業(yè)術(shù)語與圖紙轉(zhuǎn)換為直觀的、適用于大眾的可視化語言，使公眾對(duì)陌生的字眼與數(shù)據(jù)有了更直觀的感官認(rèn)知。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)時(shí)渲染、自由立體化可視化技術(shù)等提升是推動(dòng)三維場景可視化進(jìn)步的關(guān)鍵，虛擬仿真技術(shù)近些年的應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴(kuò)展，一再突破，在景觀領(lǐng)域也已有些許涉獵，但應(yīng)用還尚未普及。許多從業(yè)人員與學(xué)者開始通過三維圖像代替?zhèn)鹘y(tǒng)問卷，向公眾汲取相關(guān)意見與信息，了解大眾感受，有效擴(kuò)大公眾參與途徑。另外，可視化交互在未來應(yīng)用將會(huì)更廣泛，其中動(dòng)態(tài)景觀互動(dòng)裝置采用計(jì)算機(jī)設(shè)備，將捕捉到的溫度、壓力、距離等環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為圖像、數(shù)字、文字等可視化形式輸出，并做出相應(yīng)的交互反饋［50］，這是增加公眾在景觀中的樂趣的途徑。可視化互動(dòng)設(shè)備運(yùn)用在規(guī)劃設(shè)計(jì)的交流討論中，作為媒介便于各利益方對(duì)方案的探討分析。硬件設(shè)備的開發(fā)是一項(xiàng)多學(xué)科研究領(lǐng)域，未來風(fēng)景園林師將與多行業(yè)領(lǐng)域開展合作，把設(shè)計(jì)師熟悉的工具融合到可視化技術(shù)中，研發(fā)適用于自身研究范疇的硬件設(shè)備。

7　結(jié) 語

數(shù)字景觀技術(shù)不僅僅是輔助風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)的工具，它也可以是風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的新理念。依靠計(jì)算機(jī)模型的量化理性的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法逐漸被專業(yè)人員所重視，很多依靠長期經(jīng)驗(yàn)積累的設(shè)計(jì)過程被可以參數(shù)化模擬的數(shù)學(xué)模型代替，三維模擬技術(shù)使方案的呈現(xiàn)更加逼真精細(xì)。風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程從傳統(tǒng)的“黑箱”模式逐漸變得“公式化”，“公眾化”。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是數(shù)字景觀不斷發(fā)展的外因，但是風(fēng)景園林師如何將數(shù)字技術(shù)利用于規(guī)劃設(shè)計(jì)中，將會(huì)是數(shù)字景觀良性發(fā)展的決定性因素。當(dāng)代景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)所面對(duì)的問題是更加多元和復(fù)雜的，數(shù)字景觀技術(shù)的發(fā)展為風(fēng)景園林師帶來了更多與其他專業(yè)背景的人員進(jìn)行協(xié)同合作的機(jī)會(huì)，通過跨專業(yè)的合作，不斷豐富風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)的新理念和引入新的技術(shù)手段。數(shù)字景觀目前的發(fā)展正處于理論付諸于實(shí)踐的階段，其科學(xué)性也會(huì)在未來得到更多的檢驗(yàn)。

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Review on Application of Digital Landscape Architecture Technology

LIU Song， ZHANG Tongkai， LI Chunhui

Digital landscape is the combination of digital technology and landscape architecture. With the rapid development of computer information， Internet technology and their application to landscape design and planning， landscape architecture is entering the digital age. This article focuses on the process of landscape design and planning to summarize the application and practice of digital technology in landscape information data collection， landscape process simulation， visualization， analysis and assessment， parametric design and public participation.

Digital Landscape Architecture； Internet； Visualization； Parametric Design； Review

TU984.1

A

2095-6304（2016）04-0001-07

10.13791/j.cnki.hsfwest.20160401

2016-05-24

（編輯：劉志勇）

* 同濟(jì)大學(xué)教學(xué)改革研究與建設(shè)資助項(xiàng)目（2015—2016）；同濟(jì)大學(xué)第八期精品實(shí)驗(yàn)建設(shè)資助項(xiàng)目

劉 頌： 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教授，博士生導(dǎo)師，liusong5@# edu.cn

張桐愷： 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，碩士研究生

李春暉： 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，碩士研究生

劉頌， 張桐愷， 李春暉. 數(shù)字景觀技術(shù)研究應(yīng)用進(jìn)展［J］. 西部人居環(huán)境學(xué)刊， 2016， 31（04）： 1-7.