互聯(lián)網(wǎng)+VR技術(shù)在園林設(shè)計中的應(yīng)用研究

張雪梅 于守超 王利丹 祝曉慧 侯鑫杰

摘? 要：互聯(lián)網(wǎng)+VR技術(shù)在園林設(shè)計中的應(yīng)用，使人們在自己制造的人工環(huán)境中去崇尚自然、追求自然，使人感受、體驗和聯(lián)想園林的魅力。文章主要研究了如何將想象中的園林設(shè)計應(yīng)用到現(xiàn)實生活中，建立一個完整園林的虛擬環(huán)境，并在虛擬環(huán)境中構(gòu)造所需的模型，通過對互聯(lián)網(wǎng)以及VR技術(shù)的應(yīng)用，將所需表達的場景渲染出來，將現(xiàn)實生活中的動植物、建筑等動態(tài)景物以及靜態(tài)景物全部合理地應(yīng)用到園林虛擬環(huán)境中，使其達到理想效果。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;風(fēng)景園林;數(shù)字旅游;景觀展示

中圖分類號：TU986.2;TP391.9? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0097-03

Research on the Application of Internet Plus VR Technology in Landscape Design

ZHANG Xuemei，YU Shouchao，WANG Lidan，ZHU Xiaohui，HOU Xinjie

（College of Agronomy，Liaocheng University，Liaocheng? 252059，China）

Abstract：The application of internet Plus VR technology in landscape design enables people to advocate and pursue nature in the artificial environment created by themselves，and makes people feel，experience and associate the charm of gardens. Paper mainly studied how to make an imaginary landscape design is applied to real life，establish a complete garden virtual environment，and in the virtual environment needed for the construction model，through the internet and the application of VR technology，the required express scene rendering，such as plants and animals in real life，building scenery of dynamic and static scene all reasonably applied to the botanical garden in virtual environment，to achieve the desired effect.

Keywords：virtual reality;landscape architecture;digital tourism;landscape display

0? 引? 言

美國VPL公司創(chuàng)始人伊薩在20世紀(jì)60年代初期提出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)[1]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱為VR技術(shù)，是一種計算機空間與圖像綜合技術(shù)。集中體現(xiàn)了傳媒技術(shù)、傳感技術(shù)、人體工程學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機交互技術(shù)、仿真技術(shù)以及幾何體展示技術(shù)等多個領(lǐng)域的最新成果，又稱靈境技術(shù)[2]。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國外的迅速發(fā)展，我國在這方面的研究已經(jīng)開始，但開始較晚。20世紀(jì)80年代我國開始興起了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，目前正處于初級階段，科學(xué)家和當(dāng)局相關(guān)部門對此非常重視。

筆者基于主持的國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等項目，開展了互聯(lián)網(wǎng)+VR技術(shù)在園林設(shè)計中的應(yīng)用研究。

1? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用特征分析

1.1? 交互性

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，用戶不再是被動地感受事物，而是可以通過改變自己的動作感受不同的事物。用戶對于事物的感受是全方面的，可以去探究事物的全部內(nèi)容。

1.2? 沉浸性

這是一項非常關(guān)鍵的應(yīng)用特征，能夠使用戶在虛擬環(huán)境中感受事物，不受外界打擾，這種感受是真實的，和在現(xiàn)實生活中無異，使用戶完全沉浸其中。

1.3? 動作性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的動作本質(zhì)是通過對真實環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)、動作、生活方式來運行虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，從而使進入虛擬環(huán)境中的用戶更加沉浸其中。

1.4? 自主性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的自主性是指在虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，所有的事物和人物都會按照不同的模型和規(guī)則自主地移動。

1.5? 構(gòu)想性

構(gòu)想性促使用戶擁有更廣闊的思維創(chuàng)新空間，拓寬人們的認(rèn)知范圍，提高人們的理性認(rèn)知和感性認(rèn)知。而且能夠再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，而不僅僅是沉浸在虛擬環(huán)境中。

2? 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)成

虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

在風(fēng)景園林設(shè)計上應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有非常重要的影響。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在方案設(shè)計階段，使設(shè)計師對虛擬空間的體驗更具有交互性和直觀性，為景觀設(shè)計師制作方案提供了新的方法;在設(shè)計圖的表現(xiàn)中，觀眾可以從多方面、實時的互動中了解和體會到設(shè)計師的設(shè)計思想，從而感受到身臨其境的感覺[3]。景觀規(guī)劃設(shè)計理論不再是傳統(tǒng)的山水管理，而是充分結(jié)合現(xiàn)有的科技資源，將景觀的功能發(fā)揮到極致。

3? 目前園林設(shè)計方案展示存在的問題

風(fēng)景園林設(shè)計要求園林景觀之間具有較好的靈活性。在運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)時，設(shè)計師要有清晰的設(shè)計思想，體會設(shè)計的精髓，通過計算機靈活地展現(xiàn)園林的三維結(jié)構(gòu)，利用計算機的模擬功能，通過靈動的點、線、面將結(jié)構(gòu)組合起來，設(shè)計中的景觀可以靈活展示，如假山、水體、雕塑、植物等，形式可以通過計算機模擬[4]。然而，在實際的仿真過程中，仿真過程更加復(fù)雜，這就要求工作人員具備高超的技術(shù)才能達到實際的仿真目的。

4? 互聯(lián)網(wǎng)+VR技術(shù)在園林設(shè)計中的應(yīng)用

4.1? 在園林設(shè)計中創(chuàng)建虛擬環(huán)境

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計中應(yīng)用的條件是創(chuàng)造一個虛擬的景觀環(huán)境空間。該虛擬空間環(huán)境利用計算機技術(shù)，用先進的攝像鏡頭代替人眼視覺，使用戶充分體驗到景觀環(huán)境藝術(shù)，更大程度地體驗到景觀空間的意境氛圍，將景觀中的所有動態(tài)景觀元素與人們的游覽路線相結(jié)合，得到一個更好的旅游路線。

4.2? 在園林設(shè)計中創(chuàng)建模型

虛擬環(huán)境的構(gòu)建需要三維模型、三維聲音、靜態(tài)場景、動態(tài)場景等的協(xié)助。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃和建筑設(shè)計方面比較成熟。這主要是因為建筑物大多由規(guī)則體構(gòu)成，而計算機模型中使用的曲面相對較少，所以更易于實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實。用計算機模型來表示園林景觀中常用的設(shè)計元素，如植物、多變的地形、流動的水體等都是不規(guī)整的形狀，非常復(fù)雜。例如一棵樹本身有上千片樹葉，制作模型后使用的表面可以高達幾百萬級，現(xiàn)在常用的民用計算機無法展示出平滑的虛擬現(xiàn)實效果。因此，我們只能用貼圖（0map）來模擬其中的植物。用戶可以在虛擬現(xiàn)實中用一個面來表示一棵樹。盡管真實性會有一些損失，但與完整建模所需的數(shù)百萬張面相比，這種損失是可以接受的。

虛擬環(huán)境中模型的構(gòu)建對計算機有很大的要求，參考的影像須由遙感拍攝，分辨率最低為0.5 M，分辨率越高越好，因此對點云數(shù)據(jù)的要求也更為精準(zhǔn)，使用單反獲取建筑物表面的紋理信息，再結(jié)合測繪局的勘測為構(gòu)建模型提供CAD數(shù)據(jù)，再將點云生成的DSM與DOM圖像進行疊加后的圖像與地理信息進行結(jié)合，并在3DS Max軟件中構(gòu)建模型，3DS Max是Autodesk公司開發(fā)的一款優(yōu)秀的三維建模軟件，簡單易懂，又因為它的價格相對較低，所以變成當(dāng)前個人PC上最受歡迎的三維建模軟件。并且根據(jù)園林景觀環(huán)境中所需的景觀要素應(yīng)用其他建模軟件，如Maya、LightWave或Softimage XSI等，同時也可以使用三維掃描儀或者類似Cabinet Ware（相似Canoma類的圖像建模軟件）的軟件。

4.3? 使用VR技術(shù)對園林設(shè)計進行渲染

將模型導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實制作軟件中，多個模型可以被設(shè)計軟件結(jié)合起來，添加動畫、聲音、圖像、交互編程、shader編寫、編程與其他軟件的通信等等，然后可以導(dǎo)出單獨的標(biāo)準(zhǔn)Windows可執(zhí)行文件（EXE文件）或在線瀏覽的文件格式，在顯示屏上展現(xiàn)導(dǎo)出的可執(zhí)行文件或瀏覽器播放插件將模型表現(xiàn)出來，使用鼠標(biāo)和鍵盤點擊設(shè)置的交互區(qū)域就可以進行人機互動。與此開發(fā)過程類似的虛擬現(xiàn)實技術(shù)工具包括Virtools、VR-Platform、Quest3D、Viewpoint、Tun Tools和Cult3D等。隨著VR渲染器的出現(xiàn)，它的渲染速度極快，表現(xiàn)真實度較高，很快地被大眾了解，并且在設(shè)計領(lǐng)域也有一定的市場。目前在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實時也需要使用到VR渲染器，因此材質(zhì)貼圖也需要進行改變，制作出VR材質(zhì)，如此一來渲染所需要的時間會大幅度減少。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅在園林設(shè)計中應(yīng)用廣泛，而且對于昔日景觀的修復(fù)也有很大用處，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以再現(xiàn)已消失了的雄偉景觀。

5? 互聯(lián)網(wǎng)+VR技術(shù)的應(yīng)用案例

（1）隨著社會的發(fā)展，三維空間在人們生活中應(yīng)用廣泛，得到人們很多的關(guān)注。各種三維設(shè)計大賽也如火如荼地舉行著。例如全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽，在這個比賽中，各種方案的設(shè)計、想法都通過虛擬現(xiàn)實展現(xiàn)出來，使作品展示更加直觀。

（2）2015年12月，經(jīng)過近三年的發(fā)展，故宮端門數(shù)字博物館正式建成并投入試運行。設(shè)計師把“印象之門”作為“端門數(shù)字大廳”的設(shè)計主題，創(chuàng)造性地將數(shù)字技術(shù)與中國古典建筑相結(jié)合，具有互動、沉浸式的感官體驗功能，為全世界的觀眾打開了故宮的“歷史之門”和博物院浩繁珍藏的“文化之門”[5]。

（3）2017年在我國江西紅色旅游博覽會上，在“紅都”瑞金展區(qū)，一項名為“悅騎VR”的VR文旅產(chǎn)品吸引了許多人的關(guān)注。帶上VR眼鏡，騎上腳踏車，就可以隨著騎行穿越“一蘇大”等歷史畫面，猶如身臨其境。由虛擬現(xiàn)實技術(shù)打造的文化旅游產(chǎn)品等紅色旅游體驗設(shè)備獲得了用戶的一致好評。

（4）國家自然科學(xué)基金會、國家863計劃、“九五”攻關(guān)計劃等都把VR列入了資助范圍之中[6]。

6? 展望

隨著時代的不斷進步，計算機技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展，以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的起步，給設(shè)計工作的工作理念和工作模式帶來了創(chuàng)新動力，從根本上提高了設(shè)計工作的效率。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)打破了傳統(tǒng)二維模型的約束，以豐富的設(shè)計手段，實現(xiàn)了設(shè)計過程中虛擬空間中種種數(shù)據(jù)的排列和組合，突破了空間的束縛，全方位模擬景觀設(shè)計的最后效果，幫助設(shè)計師梳理設(shè)計中存在的問題，確保設(shè)計的合理性。因此，在以后的發(fā)展過程中，應(yīng)不斷引入先進的理念和技術(shù)，加速創(chuàng)新的腳步，為虛擬技術(shù)供應(yīng)更多的應(yīng)用保障，確保景觀設(shè)計的科學(xué)合理化。同時，在真實的設(shè)計過程中，要求設(shè)計師們集思廣益，使設(shè)計更加人性化，以適應(yīng)當(dāng)今時代的發(fā)展[7]。

7? 結(jié)? 論

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以幫助設(shè)計師更準(zhǔn)確地使用美學(xué)規(guī)律表現(xiàn)出設(shè)計思想，使游客更充分地了解設(shè)計師的方案，對設(shè)計方案進行比較和權(quán)衡，使方案設(shè)計更加合理和完善。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也對我國的景觀設(shè)計產(chǎn)生了積極的影響。它可以優(yōu)化和提高設(shè)計的投入和產(chǎn)出，使景觀設(shè)計的信息處理更加科學(xué)、現(xiàn)代和系統(tǒng)，對提高我國景觀設(shè)計水平具有積極的影響，對歷史景觀的恢復(fù)和規(guī)劃景觀的展示具有重要影響。

參考文獻：

[1] 張輝，劉增良.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)遺產(chǎn)保護中的應(yīng)用 [J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2013（9）：63-67.

[2] 胡亞希.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護中的應(yīng)用 [J].江西社會科學(xué)，2012，32（8）：196-200.

[3] 徐從意.探究虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用 [J].居舍，2019（33）：195.

[4] 莊靜靜.風(fēng)景園林設(shè)計課程教學(xué)改革探討 [J].現(xiàn)代園藝，2020（2）：211-212.

[5] 李娟.用數(shù)字技術(shù)再現(xiàn)圓明園全貌 [N].光明日報，2002-03-24.

[6] 汪成為.靈境（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)的理論、實現(xiàn)及應(yīng)用 [M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[7] 支治，郭世永.基于物理臺架的汽車人機工程學(xué)虛擬現(xiàn)實技術(shù)學(xué)習(xí)方式應(yīng)用探索與實踐 [J].教育教學(xué)論壇，2020（13）：223-225.

作者簡介：張雪梅（1999—），女，漢族，山東濟南人，本科在讀，研究方向：園林規(guī)劃設(shè)計;通訊作者：于守超（1979—），男，漢族，山東青島人，副教授，碩士研究生，主要研究方向：園林規(guī)劃設(shè)計的教學(xué)與科研。