基于增強現(xiàn)實技術(shù)的園林植物群落設(shè)計研究

馬兆衛(wèi)

（江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院，江蘇 常州 213147）

2012 年美國巴特爾研究機構(gòu)一項調(diào)查報告顯示，增強現(xiàn)實（Virtual－Reality，簡稱AR）技術(shù)及其應(yīng)用研究是未來10 年內(nèi)影響全球范圍一定時期的社會發(fā)展特征。近年來，增強現(xiàn)實領(lǐng)域的研究是國內(nèi)外相關(guān)商業(yè)機構(gòu)、專家學(xué)者正在積極投入的一項熱點課題，當(dāng)前微軟、谷歌、華為等IT 巨頭都在布局增強現(xiàn)實，也許它將是下一個顛覆人類生活的新技術(shù)之一。

數(shù)字化時代的來臨，園林植物群落進行增強現(xiàn)實的設(shè)計已成為趨勢，這種設(shè)計是園林規(guī)劃設(shè)計和數(shù)字技術(shù)相集合的升級版、是傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代科技的繼承與發(fā)展、是未來園林植物形態(tài)的新型的設(shè)計方式。我們采用增強現(xiàn)實技術(shù)為核心基礎(chǔ)，集成計算機圖形圖像、多媒體技術(shù)、數(shù)字動畫、等現(xiàn)代科技手段，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種設(shè)計工具，解決目前園林景觀中植物名稱混雜，難以辨認(rèn)的現(xiàn)實問題，為園林植物群落信息展示全面以及內(nèi)容高傳達(dá)做相應(yīng)的幫助。

1 增強現(xiàn)實技術(shù)在園林植物群落設(shè)計中的表現(xiàn)特征

園林景觀的存在的意義是滿足人的精神需求，園林景觀在傳統(tǒng)意義上的空間形式是靜態(tài)的，人感受到的是景觀設(shè)計師已經(jīng)確定下來的意象，然而增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，將會使園林景觀變?yōu)閯討B(tài)的，植物在園林中的展示也會變得更加靈動、隨意。通過參與園林植物虛擬展示的設(shè)計實踐，我們總結(jié)出基于增強現(xiàn)實技術(shù)展示設(shè)計的表現(xiàn)特征：

（1）實時交互性。增強現(xiàn)實（AR）中人機的交互方式和傳統(tǒng)人機交互有所不同，它是一種將虛擬影像與真實場景相互融合，即在實際環(huán)境中疊加用戶感知不到的信息，并對展品進行信息補充與解釋說明。增強現(xiàn)實（AR）通過讓使用者親自接觸到植物的3D 模型來實時進行增強學(xué)習(xí)體驗，用戶能夠通過多種不同的視角來與植物3D 模型進行互動，從而增強對現(xiàn)實實物的理解。用戶可以在設(shè)備上進行交互操作，與虛擬影像進行實時互動，及時獲取影像反饋回來的結(jié)果。利用3DMAX 軟件和unity工具，制作園林植物虛擬化信息，并由用戶通過點擊平板、手機上的虛擬影像和真實場景進行實時交互獲取植物屬性的詳細(xì)信息，同時享受互動操作帶來的交互體驗。實證研究結(jié)果表明，采用這款基于增強現(xiàn)實的體感教軟件，能夠很好的增加園林景觀游覽的趣味性和知識性。這些增強現(xiàn)實的元素所產(chǎn)生的可視化效果，能夠大大克服對植物種類繁雜、難以區(qū)分的現(xiàn)象。

（2）虛實結(jié)合性。虛實結(jié)合主要體現(xiàn)的是現(xiàn)實空間中的人與虛擬環(huán)境中的物體之間交互時產(chǎn)生的特性。增強現(xiàn)實系統(tǒng)利用人類視覺、聽覺的生理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像，用戶使用顯示器進行查看虛擬影像之時便將自己置身于虛擬空間中，在成為環(huán)境中的欣賞著。在實踐過程當(dāng)中充分運用虛實結(jié)合的呈現(xiàn)特性，不僅保證了受眾與真實環(huán)境的直觀感知，還能近乎完美地解決園林中植物存在的現(xiàn)實問題。園林游賞者可以通過拿出手機，將自己所想了解的植物進行掃描，用戶雖然身處現(xiàn)實，但是自己感覺已經(jīng)在增強設(shè)備高度互動的環(huán)境下進入到了虛擬的場景中。此時，手拿著的手機是現(xiàn)實的，有實實在在的質(zhì)感和觸感，但是視覺所感知的卻是一種虛擬影像存在著，在沉浸的過程中，已經(jīng)分不清虛與實的關(guān)系，虛實的結(jié)合意境意境讓用戶獲得“真實”的感覺

（3）多感官體驗。多感官體驗是在當(dāng)今藝術(shù)創(chuàng)作領(lǐng)域中從人們的情感訴求出發(fā)，使設(shè)計作品成為人們情感交流的紐帶。心理學(xué)發(fā)現(xiàn)，人腦是通過不同感官通道接收外界信息的，并沒有將世界感知為碎片化的圖像、聲音等，而是將同一感官通道內(nèi)的不同信息和不同感官通道內(nèi)的不同信息進行整合，形成整體知覺[1]。景觀除了目之所及的視覺感受之外，本身就是依托于聽覺、嗅覺、觸覺、味覺甚至?xí)r間覺、位置覺等多感官的綜合性體驗與感知[2]，由此引發(fā)觀賞者聯(lián)想和衍生的意境，這正是風(fēng)景園林審美中的精華所在。增強現(xiàn)實技術(shù)的亮點在于能運用融合諸如文字、圖像、音頻與視頻等多種傳播媒介在虛擬空間環(huán)境中，參與者在與虛擬空間中更好地滿足用戶視覺、聽覺、觸覺等感官體驗，為用戶帶來全方位的視聽效果。增強現(xiàn)實技術(shù)將園林植物群落的虛擬影像疊加到物體表面，創(chuàng)作出一種立體的感覺，雖然獲得的感知信息并不是來源于現(xiàn)實世界的客觀對象，而是來自于對現(xiàn)實世界的仿真或者是幻想。但是，我們通過應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)，感受到園林植物群落帶來的情感陶冶，公眾感受效果是其他戰(zhàn)神方式無法比擬的。因此我們在進行園林景觀植物虛擬創(chuàng)作過程中，必須清晰認(rèn)識到增強現(xiàn)實的多感官體驗訴求，最終體驗者通過近距離的視覺、聽覺與觸碰，真實感受到園林景觀的植物影像所來帶的虛擬空間之境。

2 AR/VR 在園林景觀植物設(shè)計中對比分析

總所周知，增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）兩者的關(guān)系非常的緊密，增強現(xiàn)實技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)之上應(yīng)運而生，兩種之間可以說同根同源，均涵蓋了圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)、多傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)、人機交互等多個領(lǐng)域[3]。在園林植物群落的虛擬展示方面兩者之間是有一些相同之處：首先，兩者在呈像方式上都需要通過計算機手段生成相應(yīng)的虛影像息；其次，無論是增強現(xiàn)實還是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，兩者在使用時都需要用戶使用顯示設(shè)備進行觀看計算機產(chǎn)生的植物虛擬影像信息；最后，在設(shè)備應(yīng)用上增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實都需要通過相應(yīng)設(shè)備與計算機產(chǎn)生的虛擬植物影像信息進行實時互動交互。雖然兩者在園林植物群落展示中有很多相同之處，但是兩者之間區(qū)別也顯而易見，增強現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的差異主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）營造的沉浸感不同。虛擬現(xiàn)實（VR）系統(tǒng)可以使用戶的觸覺、視覺、聽覺等多種感官完全浸沒到一個由計算機生成的虛擬空間中，在虛擬空間內(nèi)的沉浸體驗通常需要用戶使用顯示設(shè)備進行虛擬空間與現(xiàn)實環(huán)境的相通。一般情況下虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)采用浸沒式頭盔顯示器設(shè)備居多，用戶使用浸沒式頭盔可以沉浸在頭盔內(nèi)部的虛擬影像空間中，完全無法看到外部的園林植物群落的現(xiàn)實環(huán)境，進而達(dá)到完全沉浸的效果。而與之不同，增強現(xiàn)實（AR）系統(tǒng)不需要隔離周圍的園林植物環(huán)境，反而強調(diào)用戶與周圍環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，增強現(xiàn)實系統(tǒng)致力于將計算機產(chǎn)生的虛擬環(huán)境與真實環(huán)境相互疊加的融為一體，這種情況下需要借助能夠?qū)⑻摂M環(huán)境與真實環(huán)境融合的顯示設(shè)備，使用者可以借助于設(shè)備更加清楚的了解真實信息?？傊鰪姮F(xiàn)實技術(shù)與虛擬技術(shù)在園林植物群落中營造的沉浸感區(qū)別即在于AR 技術(shù)的實現(xiàn)是以現(xiàn)實為基礎(chǔ)，呈現(xiàn)于虛擬影像與現(xiàn)實環(huán)境之間，而VR 技術(shù)的應(yīng)用則是完全呈現(xiàn)于虛擬空間的基礎(chǔ)之上，與現(xiàn)實世界實現(xiàn)完全的分割。

（2）“注冊”的精度要求不同。在虛擬現(xiàn)實（VR）系統(tǒng)中，“注冊”是指用戶感官與虛擬環(huán)境的匹配關(guān)系。舉例來說當(dāng)一條狗由遠(yuǎn)及近的跑向我們，我們聽到的狗吠聲就應(yīng)該是由遠(yuǎn)及近的發(fā)生音量的變化，當(dāng)用戶用手推開一扇房門時，用戶所看到的場景就同步地更新為一個房間內(nèi)場景，總之，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中我們所討論的注冊精度是視覺系統(tǒng)與虛擬環(huán)境系統(tǒng)之間的關(guān)系。而在增強現(xiàn)實（AR）系統(tǒng)中，“注冊”主要是指計算機產(chǎn)生的虛擬影像與真實環(huán)境全方位對準(zhǔn)關(guān)系。通過AR 技術(shù)與現(xiàn)實中園林植物群落存在環(huán)境正確對準(zhǔn)，來進行標(biāo)注園林中的每一株植物，而此時通過之前豐富的后臺資源：圖片、視頻、3D 模型等全方位的展示給用戶面前，通過增強現(xiàn)實的“注冊”精度的智能標(biāo)識，將讓人們對知識印象深刻，并且樂于參與其中。

（3）虛擬環(huán)境系統(tǒng)實現(xiàn)難易程度不同。一般來說通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將我們周圍的環(huán)境進行再現(xiàn)，需要付出較高的代價，而且結(jié)果的呈現(xiàn)效果也未必達(dá)到我們的理想要求，其逼真程度總于人的感官或多或少存在不相匹配的現(xiàn)象。與之相反的是增強現(xiàn)實技術(shù)是在充分利用周圍環(huán)境的基礎(chǔ)上加以實現(xiàn)，這就大大降低了對計算機圖形效果的要求，其在最終結(jié)果的呈現(xiàn)也更加生動、逼真。

3 結(jié)語

快速發(fā)展的數(shù)字技術(shù)為園林植物群落設(shè)計提供了發(fā)展新契機，基于增強現(xiàn)實系統(tǒng)的展示形式，憑借虛實結(jié)合、實時交互、多感官體驗的展示特征，使植物在園林中的展示也會變得更加靈動、隨意。通過AR/VR 在園林植物群落中營造的沉浸感不同、“注冊”的精度要求不同、虛擬環(huán)境系統(tǒng)實現(xiàn)難易程度不同三方面的分析，我們得出AR 增強現(xiàn)實技術(shù)在園林景觀設(shè)計中更具有真實性，這就賦予了AR 增強現(xiàn)實技術(shù)一定較強的信息及反應(yīng)功能。在未來園林植物群落設(shè)計中，我們有望借助AR 技術(shù)來為人類營造更有活力的景觀空間，為人們提供更奇妙的景觀體驗。