汪媛媛

東南大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 南京 210000

3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于城市森林景觀設(shè)計(jì)的可行性研究

汪媛媛

東南大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 南京 210000

3D技術(shù)為模型、陳列品、虛擬空間結(jié)合展示信息技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)提供了技術(shù)上的支持，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的完善奠定了基礎(chǔ)。文中分析虛擬技術(shù)在景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景，并針對(duì)目前存在的高成本、多元素和人才緊缺等問題提出建議。

景觀設(shè)計(jì);虛擬現(xiàn)實(shí);3D技術(shù)

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

3D模型即三維立體的模型，包括各種建筑、人物、植被、機(jī)械、電腦模型。模型、陳列品、虛擬空間往往結(jié)合在一起，通過電腦技術(shù)建立3D模型，在幕布等載體上進(jìn)行三維影像合成 (俗稱投影);類推到空間，利用同樣的技術(shù)既可以在電腦中成像，亦可以在現(xiàn)實(shí)空間載體中成像，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。對(duì)該技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代，它是人們通過計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式。虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的;“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人們也可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中 (就如《阿凡達(dá)》的拍攝過程)，并操作和控制環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)特殊的目的。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬景觀設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

虛擬景觀是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用在景觀設(shè)計(jì)中。國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成熟應(yīng)用于房地產(chǎn)業(yè)、建筑設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃領(lǐng)域，尤其是在建筑設(shè)計(jì)，3D展示已經(jīng)成為普遍的展示手段。例如，2004年開始建造2010年投入使用的世界最高建筑迪拜塔在建造初期便將平面的設(shè)計(jì)圖制作成三維虛擬展示片，超大像素的表現(xiàn)圖準(zhǔn)確地刻畫出了建筑及環(huán)境的各個(gè)細(xì)節(jié)。在項(xiàng)目制作初期，復(fù)雜的網(wǎng)狀鋼架結(jié)構(gòu)以及建筑細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)不夠完善，給北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)鳥巢的模型制作帶來很大難度。為此制作人員特地開發(fā)新技術(shù)直接在3D環(huán)境中來搭建結(jié)構(gòu)模型。在渲染階段，制作人員反復(fù)嘗試各種渲染風(fēng)格及角度，以確保充分表現(xiàn)出“鳥巢”獨(dú)特的氣質(zhì)和客戶的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)既有大氣恢弘的項(xiàng)目氣勢(shì)又有細(xì)膩入微的建筑刻畫。在城市規(guī)劃中，這樣的系統(tǒng)正發(fā)揮著巨大作用。許多城市都有其各自的近期、中期和遠(yuǎn)景規(guī)劃。在規(guī)劃中需要考慮各個(gè)建筑同周圍環(huán)境是否和諧相容，新建筑是否同周圍原有的建筑協(xié)調(diào)，以免造成建筑物建成后破壞城市原有風(fēng)格和合理布局。這樣的“仿真”系統(tǒng)還可用以保護(hù)文物、重現(xiàn)古建筑。把珍貴的文物用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)出來供人參觀，有利于保護(hù)真實(shí)的古文物。例如，山東曲阜的孔子博物院便將大成殿制成模型，觀眾通過計(jì)算機(jī)便可瀏覽到大成殿幾十根鏤空雕刻的盤龍大石柱，還可以繞到大成殿后面游覽。在景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域，3D技術(shù)僅僅停留在3D靜幀后期配以2D合成的效果圖上，只有少數(shù)局部的景觀設(shè)計(jì)采用3D技術(shù)。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)字化展覽展示和數(shù)字影片可以幫助房地產(chǎn)企業(yè)和項(xiàng)目公司等進(jìn)行樓盤的展現(xiàn)、空間的展示。在這樣的技術(shù)支持下，景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域三維空間效果展示技術(shù)的運(yùn)用將越來越廣泛。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在景觀設(shè)計(jì)過程中就可以直觀地看到立體的總體景觀規(guī)劃效果、種植模式、不同層次結(jié)構(gòu)的配置形式以及不同角度的時(shí)空景象。制作者首先在3D環(huán)境中進(jìn)行建模來構(gòu)造植物的形態(tài)，將景觀模型全部鋪陳完畢，然后打燈投影加以潤(rùn)色，渲染成形，編輯動(dòng)態(tài)命令。通過虛擬技術(shù)，我們將在幾分鐘內(nèi)觀看到植物的整個(gè)動(dòng)態(tài)生命周期、完整的栽種方式以及不同季相的景觀變化，甚至一個(gè)公園或廣場(chǎng)的動(dòng)態(tài)建造流程。無論是陽(yáng)光普照下的香雪海，還是月色下拱橋的水中倒影都逃不過3D技術(shù)的虛擬鏡頭。

2.1 時(shí)間動(dòng)態(tài)

植物的生長(zhǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，用靜幀圖像表現(xiàn)未免顯得有些無力，而擅于動(dòng)態(tài)表現(xiàn)力的3D技術(shù)可以完整地模擬出植物從胚芽到成熟的完整形態(tài)。蟲害、土壤和日照情況等都可以不費(fèi)口舌之力并以肉眼可見的速度“敘述”給觀看者。整個(gè)景觀區(qū)域的建造過程同樣可以由虛擬技術(shù)完美模擬出來，即隨著動(dòng)態(tài)時(shí)間軸的鋪陳，先建造哪個(gè)區(qū)域，先鋪設(shè)哪些設(shè)施，先栽種哪些植物。每一道工序都由3D動(dòng)畫來演示，可以提前了解施工過程，減少施工錯(cuò)誤以及施工浪費(fèi)，并且可以提前預(yù)覽最終的施工效果，以形成最合理的施工方案。

2.2 空間動(dòng)態(tài)

僅憑借一張景觀效果圖不能全面確切地反映出設(shè)計(jì)意圖和目的。傳統(tǒng)的景觀設(shè)計(jì)圖主要包括平面圖、立面圖、鳥瞰圖和局部效果圖等，通常運(yùn)用3DS MAX以及Photoshop合成三維靜幀圖像。這不能確切反映設(shè)計(jì)效果、各組成元素之間的關(guān)系，更無法表達(dá)空間的動(dòng)態(tài)變化。虛擬景觀可以將涉及到的內(nèi)容都包含進(jìn)去，將設(shè)計(jì)的總體內(nèi)容、局部景觀、組成元素的立體形狀及相互之間的關(guān)系，包括春夏秋冬的季相變化，雨雪陰晴等氣候變化，都以三維動(dòng)態(tài)的效果逼真地反映出來，并實(shí)現(xiàn)身臨其境的全方位全角度感受，即使看不懂圖紙的人也能理解設(shè)計(jì)意圖。虛擬景觀的表現(xiàn)力對(duì)無論是標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際比例圖像，還是各種鏡頭的藝術(shù)表現(xiàn)形式都能逐一剖析。虛擬景觀可以讓人們提前享受從朝霞日出之光到黃昏落日之色、再到華燈初亮的夜色之美，甚至四季交換中植物的花開花落、爭(zhēng)芳斗艷也能一覽無余。

2.3 遠(yuǎn)程可視化

2008年的北京奧運(yùn)會(huì)已經(jīng)讓我們充分體驗(yàn)到了3D技術(shù)的魅力，2010年的上海世界博覽會(huì)更是讓人耳目一新。全新打造的網(wǎng)上世博，讓觀眾以最快捷、最方便的方式瀏覽到了館內(nèi)情境。例如，網(wǎng)上世博廣西館不僅能一覽館內(nèi)展覽，還讓觀眾足不出戶地領(lǐng)略了整個(gè)廣西的風(fēng)景名勝。這種突破地域限制的方式，讓無法到世博會(huì)現(xiàn)場(chǎng)參觀的人也可以參與世博、體驗(yàn)世博。同樣，在虛擬景觀中，不僅可以設(shè)計(jì)出腦海中的新景觀，也可以制作出已經(jīng)存在的景觀。我們可以仿造山東曲阜的虛擬孔子博物院三維設(shè)計(jì)理念，加之基于Maya等軟件制作手段的3D游戲技術(shù)，將虛擬景觀設(shè)計(jì)成形，將瀏覽視覺點(diǎn)設(shè)置在場(chǎng)景的道路坐標(biāo)中，抑或使觀眾的視角就跟著人物走向而移動(dòng)，使其成為以觀眾為主導(dǎo)的瀏覽模式形態(tài)。不開放或半開放的文化古景既能得到保護(hù)又能讓觀眾欣賞。

3 應(yīng)用前景

3.1 規(guī)劃

隨著3D技術(shù)的不斷發(fā)展、虛擬景觀應(yīng)用軟件的不斷豐富，其在景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍將不斷廣闊。在城市的綠地系統(tǒng)規(guī)劃及防護(hù)林體系、森林資源保護(hù)、森林林相改造方案設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，都可以運(yùn)用三維技術(shù)展示其整體的設(shè)計(jì)效果，模擬施工過程，觀察各個(gè)角度的變化，控制大局表現(xiàn)，預(yù)測(cè)其結(jié)果和發(fā)展方向。

3.2 微觀和中觀工程設(shè)計(jì)

運(yùn)用3D技術(shù)的時(shí)間和空間動(dòng)態(tài)展示和全景瀏覽功能，在景觀設(shè)計(jì)中，可以對(duì)各種綠化景觀工程、生態(tài)工程、防護(hù)林工程、古建筑保護(hù)工程、建筑小品和雕塑等環(huán)境工程，從不同角度、不同的時(shí)機(jī)、不同的光影、不同的空間、不同的人文元素展示其設(shè)計(jì)效果，突破想象思考的過程，隨著三維視角點(diǎn)在景觀中的穿梭，直觀地在虛擬景象中瀏覽生態(tài)細(xì)節(jié)。

3.3 可視化檢驗(yàn)方面

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維動(dòng)態(tài)展示，可以虛擬游覽設(shè)計(jì)的各種景觀及季相、色彩、流水、各種聲音的變化和植物的生長(zhǎng)，從而在視覺、聲響、人文意境感受和理解景觀設(shè)計(jì)意圖方面評(píng)估分析各元素間的關(guān)系，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)目的的實(shí)現(xiàn)，真正從瀏覽者的視角對(duì)景觀設(shè)計(jì)做到可視化檢驗(yàn)。作者的創(chuàng)新形象思維成果便于準(zhǔn)確地進(jìn)行評(píng)估。利用有限的空間，在虛擬環(huán)境中構(gòu)思好精確的模型設(shè)計(jì)，可以最大化地建造一個(gè)大自然的縮影，實(shí)現(xiàn)人、自然、建筑三位一體，有機(jī)融合，相互借景。平面靜幀的工程效果圖遠(yuǎn)不如這“身臨其境”的虛擬景觀來得自然真切。

4 存在的問題及解決途徑

4.1 存在的問題

1)成本高。景觀設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，制作三維影像對(duì)軟件、硬件及制作人員的技術(shù)要求均相對(duì)較高，但大批量的產(chǎn)業(yè)化程度還不高，目前可應(yīng)用的成熟軟件較少，制作時(shí)消耗的人力與時(shí)間則相對(duì)較多，從而大大提高了制作成本。

2)多元素資源庫(kù)缺乏。景觀設(shè)計(jì)不像建筑設(shè)計(jì)早已擁有大量的素材和貼圖資源，它起步晚、運(yùn)用少，因此虛擬資源大量匱乏，與大量的植物種類形成巨大的需求矛盾。建筑、小區(qū)房地產(chǎn)設(shè)計(jì)多以建筑為主體，周圍的景觀往往單一、概括表現(xiàn)。3D MAX和MAYA等軟件多以建筑室內(nèi)物件為素材，建模也以塊狀物體最為簡(jiǎn)便，從而突顯了植物模型細(xì)化的難度。景觀的需求除了成百上千的植物，還有噴泉、山石、水體橋廊等多種元素。這樣大的資源庫(kù)還不完善，增加了虛擬景觀的普及難度。

3)人才緊缺，產(chǎn)業(yè)鏈不完善。近幾年，動(dòng)畫專業(yè)開始遍布全國(guó)各大高校，卻是為了動(dòng)畫而動(dòng)畫。師資力量稀少，畢業(yè)生空有理論知識(shí)，不會(huì)操作，而大多數(shù)人又選擇做游戲、動(dòng)畫外包，致使虛擬景觀的制作成本直接飆升到影視動(dòng)畫水平。目前鮮有該專業(yè)的畢業(yè)生專門做虛擬景觀設(shè)計(jì)，專業(yè)的制作團(tuán)隊(duì)就更少，虛擬景觀只能依附在虛擬建筑行業(yè)中緩慢成長(zhǎng)。

4.2 解決途徑

1)改善技術(shù)，增加元素資源。對(duì)于一些小型的符合拍攝條件的元素，應(yīng)改善對(duì)景物的拍攝方式，對(duì)植物進(jìn)行三維掃描式動(dòng)態(tài)捕捉，將植物的形態(tài)直接輸入三維環(huán)境，例如可仿照卡梅隆導(dǎo)演拍攝《阿凡達(dá)》的動(dòng)態(tài)捕捉系統(tǒng)。

對(duì)于元素分類，可以先按植物的高度大類，再分出不同冠狀的植物，如此按照一些相似特征與不同特征、大類小類以及制作需求來分，減少元素?cái)?shù)目，再配以簡(jiǎn)單的文字說明，意在把大體形態(tài)表現(xiàn)清楚，忽略葉面枝干等細(xì)節(jié)。這樣既充實(shí)了資源庫(kù)，又便于制作設(shè)計(jì)。

2)制作層次化、重點(diǎn)化。從大景做到小景，從需求的局部景觀做到全景的大效果，不要每一處都做到葉片那樣的精細(xì)程度，可以按照瀏覽角度把精彩處的近景以及需要做重點(diǎn)表現(xiàn)的景觀局部做成細(xì)節(jié)瀏覽模式，表現(xiàn)出景與景之間的關(guān)系。全區(qū)域的大景可以用三維全景域來表現(xiàn)，以鳥瞰等視角控制全局觀，大景到小景的切換只需設(shè)計(jì)好鏈接。這樣從“大”做到“小”，從“小”細(xì)化到“大”，可大大減少景觀的制作量，降低制作成本和難度，并能夠集中表現(xiàn)景觀的藝術(shù)性。

［1］劉良仙．借景藝術(shù)在現(xiàn)代園林藝術(shù)中的體現(xiàn)［J］．中國(guó)園藝文摘，2011，27(7):103 －104．

［2］蘆建國(guó)，邵帥．滬寧高速鐵路南京段配置及景觀生態(tài)學(xué)研究［J］．中國(guó)城市林業(yè)，2011，9(2):35 －37．

［3］齊康，齊昉．景園課(第三課、第四課)［J］．中國(guó)園林，2011(3):27－30．

Feasibility Study of the Application of 3D Virtual Reality Technology(VRT)to Urban Forest Landscape Design

Wang Yuanyuan

(School of Art，Southeast University，Nanjing 210000，China)

3D technology provides a technical support to developing mold and exhibiting articles as well as exploring information technology in virtual space，laying the foundation for virtual reality technology(VRT)development.After analyzing the application prospect of VRT in landscape design，the paper came up with solutions to current problems like high cost，muti－ element，labor shortage.

landscape design，virtual reality，3D technology

S731.9

A

1672－4925(2011)04－0058－03

2011－08－08

汪媛媛，本科，畢業(yè)于東南大學(xué)藝術(shù)學(xué)院動(dòng)畫系