虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中國古典園林設(shè)計中的應(yīng)用

張昱

摘要：隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，景觀規(guī)劃設(shè)計行業(yè)亦如其他設(shè)計行業(yè)一樣，發(fā)生了巨大變革。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)及相關(guān)軟件在園林設(shè)計過程中的應(yīng)用越來越廣泛，大大減少了設(shè)計師的工作時間和工作壓力。特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，可以輔助設(shè)計師更加精確的運用美學(xué)規(guī)律實現(xiàn)設(shè)計意圖，幫助受眾更充分的理解設(shè)計師的意圖，對設(shè)計方案進(jìn)行比較和權(quán)衡，使方案設(shè)計更趨合理和完美。本文對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中國古典園林設(shè)計各個階段的具體應(yīng)用進(jìn)行了實踐分析。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；園林設(shè)計；計算機(jī)輔助設(shè)計；規(guī)劃

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）02-0116-02

當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實（Virlual Reality，簡稱VR）在各行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛。在園林設(shè)計領(lǐng)域，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在輔助方案設(shè)計和展示方案的工作上。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有交互性、沉浸性、真實性等特點，在應(yīng)用于設(shè)計方案的展示過程時，設(shè)計人員和設(shè)計委托方可以通過虛擬現(xiàn)實演示系統(tǒng)深入到場景中，從多個角度實時了解并感受設(shè)計方案的整體設(shè)計意圖和各類設(shè)計細(xì)節(jié)，達(dá)到理想的展示效果。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林設(shè)計中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用，大大提高了設(shè)計的科學(xué)性和合理性，也有效降低了設(shè)計人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率。虛擬現(xiàn)實（VR） -般是由計算機(jī)在平臺上產(chǎn)生一個逼真的三維虛擬空間環(huán)境，用戶可以利用一些特殊的設(shè)備與虛擬物體在空間中進(jìn)行交互，從而產(chǎn)生各種沉浸在虛擬世界中的感官感受，如同身臨其境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀項目規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用，能使設(shè)計人員在體驗空間時更具互動性，能夠?qū)崟r、全面展示和修改設(shè)計方案的多角度、多層次效果，為設(shè)計人員和委托方之間提供一種新的設(shè)計對話解讀方式，雙方可以更直觀地比較不同設(shè)計方案的整體感覺和細(xì)節(jié)效果，從而科學(xué)、全面的權(quán)衡、完善設(shè)計結(jié)果。

2 園林設(shè)計中虛擬現(xiàn)實技術(shù)常用軟件選擇

2.1 常用園林設(shè)計模軟件分析

傳統(tǒng)景觀效果圖的繪制過程主要有以下幾個環(huán)節(jié)：首先，使用AutoCAD等軟件進(jìn)行豎向布局或繪制示意圖；其次，使用3DS MAX等建模軟件進(jìn)行建模；最后，對模型進(jìn)行不斷的改進(jìn)和渲染直至設(shè)計方案通過。當(dāng)前，設(shè)計領(lǐng)域最為流行且常用的幾款建模軟件為3DS MAX、Maya、SketchUp、CINEMA4D以及Rhino。本文通過對設(shè)計行業(yè)從業(yè)者的軟件使用滿意度進(jìn)行調(diào)查，對上述五種軟件的建模速度、建模能力、修改便利性以及與VR軟件的兼容性進(jìn)行了對比評價，調(diào)研結(jié)果如表1所示：

考慮到園林設(shè)計過程中應(yīng)用到的不規(guī)劃形狀設(shè)計元素多、個性化突出，對建模有特殊要求，在建模軟件的選擇上，要注重考察其是否具有面向景觀的設(shè)計方向。與其他軟件相比，SketchUp建模軟件的建模能力稍弱，但是使用SketchUp軟件建模時設(shè)計人員可以實現(xiàn)方案的直接設(shè)計和修改，從而更容易理順設(shè)計思路。因此SketchUp仍然是當(dāng)前景觀設(shè)計師的最佳選擇。同時它也是一個真正意義上的三維輔助設(shè)計軟件，而不僅是三維輔助建模。

2.2 SketchUp建模軟件在園林設(shè)計中的應(yīng)用分析

第一，Sketchup建模軟件的功能全面，界面友好，簡單易學(xué)，操作和修改都十分方便，便于設(shè)計人員學(xué)習(xí)掌握。圖1是利用Sketchup建模軟件構(gòu)建的園林建筑模型圖。

第二，SketchUp建模軟件能夠幫助設(shè)計人員實現(xiàn)沉浸式用戶體驗。SketchUp建模軟件不需要渲染，可以實現(xiàn)直接模式的圖像形式。同時SketchUp具有很強(qiáng)的交互性，設(shè)計人員也可以通過建模軟件和客戶進(jìn)行實時溝通。

第三，通過SketchUp建模軟件，可以實現(xiàn)在線模型共享。只要上傳相關(guān)模型數(shù)據(jù)，就可以通過該軟件實現(xiàn)模型資源的共享，方便了廣大設(shè)計者之間的交流互動。

第四，SketchUp建模軟件有豐富的插件資源，大大提高了建模的便捷性。此外用戶還可以根據(jù)自己的設(shè)計習(xí)慣使用Ruby語言對SketchUp進(jìn)行二次開發(fā)。這個特性也使設(shè)計師的模型設(shè)計更具創(chuàng)造性。

第五，SketchUp建模軟件能夠與AutoCAD和3DS MAX等主流二維、三維設(shè)計軟件友好兼容，實現(xiàn)多種軟件之間的數(shù)據(jù)交換。

第六，配合使用渲染軟件，SketchUp建模軟件可使達(dá)到更好的表現(xiàn)效果。目前流行的多種渲染器都支持SketchUp建模軟件。

第七，配合使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，SketchUp所建模型可以順暢無損的導(dǎo)入到目前常用的幾款虛擬現(xiàn)實軟件中去，便于進(jìn)行設(shè)計場景的虛擬漫游和設(shè)計方案的虛擬展示。

2.3 Unity3D技術(shù)分析

Unity3D是Unity Technologies開發(fā)的多平臺綜合型三維虛擬顯示工具，它應(yīng)用范圍廣泛，涉及多個不同的領(lǐng)域，目前在游戲開發(fā)等商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。Unity3D能夠?qū)崟r處理大量三維模型，在創(chuàng)建三維視頻游戲方面有較大優(yōu)勢，在復(fù)雜場景的三維實時顯示方面等方面也表現(xiàn)優(yōu)異。在軟件系統(tǒng)和硬件條件的有效配合下，借助Unity3D強(qiáng)大的三維虛擬顯示功能，可以實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中國古典園林設(shè)計與方案展示中的有效應(yīng)用。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助中國古典園林設(shè)計

3.1 中國古典園林設(shè)計中VR應(yīng)用的優(yōu)勢

中國古典園林的設(shè)計注重意境的表達(dá)，強(qiáng)調(diào)中國傳統(tǒng)造園手法的運用，突出中式設(shè)計元素和中式建筑的應(yīng)用，從而形成相對濃厚的中國傳統(tǒng)文化韻味。在以往傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員一般只能通過平面效果圖來展示設(shè)計方案。由于平面效果展示的局限性，設(shè)計人員很難將自己的設(shè)計意圖和方案中蘊合的古典意境完整地呈現(xiàn)給受眾，受眾也很難向設(shè)計人員反饋自己的修改建議。而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計方案展示環(huán)節(jié)的應(yīng)用，設(shè)計人員可以大致規(guī)劃園林的整體結(jié)構(gòu)，將各個設(shè)計點的細(xì)節(jié)元素有機(jī)串聯(lián)起來，使受眾直觀、真實地感受整個園林設(shè)計方案的設(shè)計理念、意境風(fēng)格，并實現(xiàn)雙方實時互動。

3.2 Unity3D技術(shù)的具體應(yīng)用

Unity3D技術(shù)在中國古典園林設(shè)計中的應(yīng)用，主要是將古典園林設(shè)計場景進(jìn)行三維虛擬，將其中的關(guān)鍵設(shè)計元素，如中式風(fēng)格建筑、園林小品、花草樹木、地形地貌等不規(guī)則三維模型進(jìn)行準(zhǔn)確描繪，產(chǎn)生真實、美觀、代入感強(qiáng)的虛擬場景。Unity3D技術(shù)的開發(fā)流程主要可以分為建模導(dǎo)入、整合開發(fā)和互動體驗三個階段。

3.2.1 建模與導(dǎo)入

首先，設(shè)計師要完成中國古典園林設(shè)計元素的常用模型設(shè)計和主要場景的構(gòu)建。通常可以利用AutoCAD軟件構(gòu)建二維地形場景做為整個設(shè)計的藍(lán)本，利用SketchUp、3DS MAX等軟件設(shè)計道路、房屋、雕塑、園林小品及地型地貌模型，利用PS圖象處理軟件或CoreIDraw繪圖軟件處理和繪制植被及山體、水體等自然環(huán)境的圖片，用以后期三維場景的渲染。

其次，三維模型通過3DS MAX或SketchUp導(dǎo)出為FBX文件，以便導(dǎo)入Unity3D。利用Unity3D軟件的自動識別能力，可以為模型匹配到相關(guān)的資源，然后創(chuàng)建預(yù)設(shè)的古典園林模型。同時，Unity3D技術(shù)與Visual Studi02010相結(jié)合，可以通過編寫相應(yīng)的代碼，實現(xiàn)對古典園林設(shè)計場景的漫游。

3.2.2場景的整合與實時驅(qū)動

在導(dǎo)入中國古典園林設(shè)計模型之后，即可以利用Unity3D引擎可以直接生成多層次的圖像，使園林建筑、園林小品、花草樹木、地形地貌等呈現(xiàn)出優(yōu)化的顯示效果。通過設(shè)置場景，放置相應(yīng)的攝像機(jī)和燈光，也可以真實、直觀地顯示不同方位和角度下的設(shè)計效果，幫助設(shè)計師實時調(diào)整設(shè)計方案中的缺陷和不足。

3.2.3 互動體驗

在互動體驗方面，Unity3D技術(shù)提供了便捷的控制界面設(shè)計，如標(biāo)簽、按鈕等，設(shè)計師可以通過點擊相應(yīng)的模塊，進(jìn)入相應(yīng)的場景，然后直觀地調(diào)整相關(guān)場景。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)中實體模型的相關(guān)物理屬性可以在一定程度上表現(xiàn)出來，可似通過修改這些屬性參數(shù)來調(diào)整其表現(xiàn)效果，從而節(jié)省了再次重復(fù)建模的時間，大大提高了設(shè)計人員的工作效率。在進(jìn)行效果展示時，能夠利用軟件的多窗口交互方式，實現(xiàn)相對復(fù)雜的場景切換效果，提高演示效果。利用一些簡單的程序語言，還可以進(jìn)行背景音樂設(shè)置、不同視角的特效演示等（如圖2所示）。

4 結(jié)論

伴隨計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的廣泛發(fā)展和硬件的不斷普及，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中國古典園林設(shè)計中的應(yīng)用越來越普遍。隨著園林設(shè)計從業(yè)者水平的整體提升，適用于園林設(shè)計特殊需求的專門軟件也會越來越多。然而，就目前的調(diào)研情況來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中國古典園林設(shè)計中的應(yīng)用還停留在比較表面的層次。只有在實踐過程中不斷嘗試，不斷改進(jìn)，不斷提升，不斷發(fā)展，才能真正發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林設(shè)計中的巨大潛力。

參考文獻(xiàn)

[1]魯英止.設(shè)計大師SketehUp提高[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006

[2]申蔚，曾文琪虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009

[3]劉光然，張麗霞虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010

[4]李勛祥.虛擬現(xiàn)實技術(shù)與藝術(shù)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2007

[5]唐特.基于Ouest3D平臺的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林中的開發(fā)與利用[D].碩士學(xué)位論文青島青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010

[6]蘇同向.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計中的運用[D].碩士學(xué)位論文南京：南京林業(yè)大學(xué)2006