劉 頌　張桐愷　李春暉

數(shù)字景觀技術(shù)研究應(yīng)用進展*

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，隨著計算機、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)景園林進入到數(shù)字化時代。本文以風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計過程為主線，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、分析評估、參數(shù)化設(shè)計及公眾參與等方面的應(yīng)用與實踐。

數(shù)字景觀；互聯(lián)網(wǎng)；可視化；參數(shù)化設(shè)計；進展

0　引 言

關(guān)于數(shù)字景觀的概念，至今并未達成共識。筆者認為，數(shù)字景觀是借助計算機技術(shù)，綜合運用GIS、遙感、遙測、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實、仿真和多傳感應(yīng)等數(shù)字技術(shù)，對景觀信息進行采集、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，隨著計算機、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)景園林進入到數(shù)字化時代。本文以風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計過程為主線，總結(jié)了國內(nèi)外數(shù)字景觀技術(shù)的應(yīng)用與實踐。

1　風(fēng)景園林信息采集方式的變革

對現(xiàn)狀信息的采集描述是風(fēng)景園林研究和設(shè)計過程的基礎(chǔ)，研究對象不同，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)生互動的個體或集合相關(guān)的信息，例如公園中游客對園內(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)對于一個完整的景觀規(guī)劃設(shè)計項目是缺一不可的，其中主體數(shù)據(jù)有變化頻率快、收集難度高的特點，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)極大地擴大了風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計主客體數(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)、基于移動終端的服務(wù)）的產(chǎn)生為廣泛獲取社會人文數(shù)據(jù)提供了可能［1］。近幾年，利用大數(shù)據(jù)進行的風(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)、移動終端數(shù)據(jù)和生理監(jiān)測設(shè)備測析數(shù)據(jù)等3個方面。

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活動信息，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現(xiàn)在GIS平臺中的可視化，為風(fēng)景園林等相關(guān)專業(yè)人員解讀時空信息，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，這對研究者來說既是機遇，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)景園林研究進行了嘗試，Dunkel認為利用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價途徑［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平臺中進行空間可視化從而分析人們意識中、實際的、種族的美國路易斯維爾市的邊界［3］。

1.2移動終端數(shù)據(jù)

智能手機的普及和可穿戴設(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。移動終端數(shù)據(jù)帶有時間和地理位置信息，通過移動終端采集行為數(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平臺是對移動終端數(shù)據(jù)分析和可視化的最主要平臺。帶有GPS模塊的App可以將人與環(huán)境互動的信息（文字、照片等）賦予空間位置屬性，導(dǎo)入GIS平臺將多個層面的信息整合分析，能夠方便的采集匯總?cè)藗兊幕顒酉嚓P(guān)數(shù)據(jù)并且進一步發(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的GPS數(shù)據(jù)，通過GIS平臺的空間可視化來分析城市短期游憩的傾向性和動機［4］。Liu等人通過收集出租車上車點和下車點的GPS信息，將上車點和下車點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)計提供指導(dǎo)，并且認為在風(fēng)景園林利用經(jīng)過整理的“二次數(shù)據(jù)”可對規(guī)劃設(shè)計進行指導(dǎo)［6］。

手機移動網(wǎng)絡(luò)中的信令數(shù)據(jù)是手機產(chǎn)生并由運營商收集的移動終端數(shù)據(jù)，通過分析手機信令可以得到城市范圍內(nèi)人群分布的時空信息。手機信令是用戶被動提供的數(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采集和分析。錢昌犁等利用無錫市累計的手機信令數(shù)據(jù)從城市的多個層面，工作日、周末等多角度分析了無錫市居民出行的時空特性，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通訊基站地理位置和手機信令數(shù)據(jù)，采用核密度分析法生成手機用戶密度圖，進而識別城市公共中心的等級、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利用生理監(jiān)測設(shè)備捕捉人在景觀環(huán)境中的生理反映進而提取人們對景觀的偏好，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、時長等信息中捕捉人的視覺偏好。根特大學(xué)（Ghent University）地理系實驗室采用德國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，準確位置信息由反射點的信號反應(yīng)在屏幕上便可記錄觀察者的凝視模式，并在ArcGIS中進行圖像處理［9］。該實驗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)眼動觀測點數(shù)據(jù)，運用ArcGIS泰森多邊形分析被調(diào)查者的注視點的分布情況［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)測儀器實地實時地獲取人的腦電波數(shù)據(jù)以解析當(dāng)時景觀環(huán)境中人的情緒，目前腦電信息已經(jīng)運用于公路景觀、城市環(huán)境、室內(nèi)等空間設(shè)計研究領(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，對人們在不同實景環(huán)境中的大腦活動強度及情緒反映進行了探索，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)是通過計算機圖形學(xué)圖像處理等技術(shù)，將來自數(shù)學(xué)模型、計算、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、對比度與動畫等手段，以圖形圖像、場景情境等直觀、易懂、具象、可見的途徑表達出來，并進行交互處理［12］。它連接了人腦與計算機兩大信息處理系統(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方面。

2.1景觀過程模擬可視化

景觀過程模擬是基于對景觀現(xiàn)象與發(fā)展規(guī)律的認識，借助計算機軟件、數(shù)學(xué)模型模擬不同時間點（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，加強規(guī)劃設(shè)計師對模擬結(jié)果的認知，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)境機制。蔡凌豪用Ecotect、Vasari模擬太陽輻射、日照軌跡、風(fēng)洞模擬等對北京林業(yè)大學(xué)學(xué)研中心景觀進行場地設(shè)計前分析［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)的動態(tài)模型方法，如元胞自動機、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。其中元胞自動機（CellularAutomaton）模型擁有強大的空間建模和運算能力以及“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，因此常應(yīng)用于城市擴展動態(tài)研究中。SLEUTH模型是建立在元胞自動機基礎(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等運用包含土壤與水文評估模型（SWAT）和運動徑流與侵蝕模型（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)求解控制流體流動的微分方程，從而近似模擬流體流動情況［21］。常用軟件有Fluent， Phoenics，Star， Airpark等。Shi等采用Star CCM+TM軟件，將行人機械舒適性和危險性納入模型，模擬并幫助城市規(guī)劃者評價行人風(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規(guī)劃設(shè)計方案的途徑，即使是非專業(yè)人員也可以通過場景來理解規(guī)劃設(shè)計師意圖。主要采用建模渲染及虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實技術(shù)等來實現(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)計成果展示與表達，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中使地圖更具真實感，同時使用者可以通過Google 3D Warehouse上傳下載各種Sketch模型。但SU也存在自身的局限，如場景真實性欠佳、動畫制作、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現(xiàn)實時建模與渲染、實時編輯、運算高速、動畫制作而著稱。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可以實現(xiàn)可視化分析。Adrienne Grêt-Regamey等基于Esri CityEngine平臺，采用CGA形狀語法，生成馬斯達爾（Masdar）城市三維模型，并通過Vue進行渲染［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（Virtual Reality）的 3個基本特征，即想象、交互和沉浸［26］。相比傳統(tǒng)可視化，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能提供多角度、多模式模擬，使用戶有更切身真實的體會。同時，實時渲染可實時感受場景變化，對場景進行修改，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)實環(huán)境，這是虛擬現(xiàn)實技術(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，同時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瀏覽，整合了Java、XML、流技術(shù)等先進技術(shù)，包括了更強大、更高效的3D計算能力、渲染質(zhì)量和傳輸速度?；赪eb3D引擎如Unity3D、Virtools、Quest3D、Flash3D等可實現(xiàn)虛擬旅游、歷史遺跡復(fù)原等。如Pescarin S等通過Virtools、OpenSceneGraph、VTerrain對阿皮亞公園（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)，同時采用了Web3D引擎的構(gòu)架與實現(xiàn)方式，在Web3D領(lǐng)域有很強的適用性，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實現(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大渲染功能、交互性與真實性，并提供場景漫游平臺，已經(jīng)在可視化場景環(huán)境創(chuàng)建發(fā)揮重要作用。

增強現(xiàn)實技術(shù)（Augment Reality，AR）是從虛擬現(xiàn)實技術(shù)中發(fā)展而來的，它能將真實的環(huán)境和虛擬的場景實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。相比虛擬現(xiàn)實技術(shù)，它給人以更真實的感官感受。由清華大學(xué)建筑學(xué)院主持開展的“數(shù)字圓明園”項目運用AR技術(shù)，使游園者可以使用移動終端實時實地地觀看圓明園復(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的普及，增強現(xiàn)實瀏覽器如Layar，Wikitude，Junaio等的推動，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GPS定位，直接進入AR模式查看該地點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)景園林分析評估全程定量化

傳統(tǒng)的風(fēng)景園林分析與評估以定性為主，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。

3.1GIS分析評估工具

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)用的分析評估技術(shù)。GIS廣泛用于生態(tài)領(lǐng)域評價，如土地適宜性、生態(tài)敏感性、景觀格局、水文、流域等，還可進行視線視域分析、可達性分析、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，并評估觀景質(zhì)量的優(yōu)劣［34］。Monica A. Dorning使用景觀格局模擬計算工具Fragstats，分析基于兩個不同的保護目標的發(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)實的工具。Petina L.Pert等人運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，通過即時調(diào)整參數(shù)實時輸出不同模擬方案，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軟件分析費城兩個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)計模型應(yīng)用

數(shù)理統(tǒng)計分析，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)計計算，研究瑞典居民對典型農(nóng)業(yè)景觀認知［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)境的感知對公園聲音景觀分類并通過檢測聲音指標來識別聲音景觀分類［39］。

4　基于參數(shù)化的景觀規(guī)劃設(shè)計興起

“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)計最開始應(yīng)用于建筑設(shè)計中，風(fēng)景園林的參數(shù)化設(shè)計實踐滯后于建筑設(shè)計，目前在設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用分為“參數(shù)化輔助設(shè)計”、“參數(shù)化設(shè)計”和參數(shù)化建造。

4.1參數(shù)化輔助設(shè)計

參數(shù)化輔助設(shè)計是參數(shù)化作為技術(shù)手段運用到設(shè)計過程中，目前運用最廣的就是參數(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，對于條件的改變做出即時反饋。蔡凌豪將參數(shù)化設(shè)計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)計工具（Grasshopper，Dynamo等）兩類，而風(fēng)景園林參數(shù)化輔助設(shè)計目前最大的問題在于缺少專屬的軟件平臺［40］。

4.2參數(shù)化設(shè)計

參數(shù)化設(shè)計是將參數(shù)化作為風(fēng)景園林的設(shè)計理念，通過建立研究區(qū)域的各個因素參數(shù)間的邏輯關(guān)系，用計算機軟件平臺模擬整個系統(tǒng)運行的模式，其在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計的應(yīng)用目前仍然處于研究探索階段，在實踐中的應(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)景園林的角度對城市發(fā)展策略、城市生態(tài)環(huán)境等方面進行綜合分析，最后評估調(diào)整規(guī)劃方案。整個參數(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）和自我實現(xiàn)（Actualisation），該規(guī)劃設(shè)計方法完全基于數(shù)學(xué)模型和參數(shù)化分析，實際可行性還未得到充分的驗證。

參數(shù)化設(shè)計的理念還被用于生態(tài)設(shè)計中，Rod Barnett在對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)活動進行模擬，借助Netlogo軟件平臺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)強度、海浪破壞影響程度等指標作為自然的可變參數(shù)，然后加入人介入后系統(tǒng)的運行規(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”多點多次選線方法，這種參數(shù)化的道路設(shè)計方法比傳統(tǒng)根據(jù)設(shè)計者經(jīng)驗主觀道路選線方法更加準確、高效［33］。

4.3參數(shù)化建造

參數(shù)化設(shè)計的實踐除了在實際項目中應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計理念還包括利用參數(shù)化的施工手段進行建造?？锞晫L(fēng)景園林參數(shù)化設(shè)計建造實踐概括為景觀建筑及構(gòu)筑物的參數(shù)化設(shè)計與建造、景觀系統(tǒng)構(gòu)建、仿生和數(shù)字美學(xué)與場地特征結(jié)合四個角度，并且對國內(nèi)外的應(yīng)用案例進行了歸納總結(jié)［42］。多義景觀設(shè)計事務(wù)所探索風(fēng)景園林參數(shù)化設(shè)計作品“心靈的花園”是數(shù)字設(shè)計和低技建造技術(shù)的結(jié)合，該設(shè)計的重點為場地中的白色帷幕，Rhinoceros軟件不僅用于方案設(shè)計，還通過曲面曲率分析和平面展開功能測算帷幕在實際施工中的組裝方案，并且對組成構(gòu)建編號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)展對景觀規(guī)劃設(shè)計和研究中公眾參與提供了新的途徑。可以將主要的技術(shù)總結(jié)為為模擬可視化途徑、社交網(wǎng)絡(luò)（PPGIS途徑）兩個方面。模擬可視化技術(shù)應(yīng)用著重于公眾了解評價，社交網(wǎng)絡(luò)和PPGIS途徑更多的應(yīng)用在公眾對實際環(huán)境的認知方面。

5.1模擬可視化技術(shù)運用于公眾參與

先進的模擬可視化技術(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，讓公眾和專家能夠身臨其境的體會風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計方案，并對其進行評價，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)計方案流程中專業(yè)規(guī)劃設(shè)計者和其他領(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)計中也得到更多運用。

國內(nèi)外很多學(xué)者都在嘗試利用新的數(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，讓參與者在實驗室中觀看高清圖像和聆聽不同聲音并通過網(wǎng)絡(luò)問卷的形式進行打分，最后得出結(jié)論聲音對三維景觀可視化體驗的有明顯影響［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)電站選址項目中，通過對周邊景觀環(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)字景觀實驗室中對其進行美感及噪音的評價。

可視化互動設(shè)備是模擬可視化技術(shù)運用的另一種實際應(yīng)用，互動設(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，支持面對面的小組協(xié)作與討論，便于規(guī)劃設(shè)計師與非專業(yè)背景的利益相關(guān)者的互動。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、線、面，同時可以用彩筆添加評論和感受［45］。繪圖工具采用DT CollaborateTM作為ArcGIS的插件，保證同時多點觸控操作。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教授與計算機科學(xué)系合作研發(fā)的一個城市設(shè)計可視化原型工具elementsdb+ TouchTable，這個工具包括兩個界面，一個大觸摸界面和在墻上的展示界面，同時包含了四個應(yīng)用：Google Maps、elementsdb（城市設(shè)計數(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)可以分為用戶主動提供的數(shù)據(jù)（用戶參與調(diào)查的數(shù)據(jù)、主動上傳到社交網(wǎng)站的公開內(nèi)容等）和被動提供的數(shù)據(jù)（如手機信令數(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)的公眾行為活動數(shù)據(jù)，通過分析指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計，這種過程也成為公眾參與的新模式。董琦認為社交媒體大數(shù)據(jù)在風(fēng)景園林中的應(yīng)用擴展了公眾了解途徑，擴大公眾產(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+移動終端（智能手機、可穿戴設(shè)備等）+GPS收集公眾參與信息的方法。利用移動終端進行拍照、錄音，利用其自帶的GPS服務(wù)快速準確的實現(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值，go-along方法是一種公眾參與場地認知的方法，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于場地中各種景觀要素的認知，并且通過移動設(shè)備中的GPS定位技術(shù)記錄行進的軌跡和重要的環(huán)境認知節(jié)點，最后通過GIS平臺整合多個訪問者的信息，分析公眾對該場地認知的結(jié)果［47］。

將移動終端收集的數(shù)據(jù)進行整合處理并發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)GIS平臺中，實現(xiàn)公眾間相互的信息共享，增加公眾參與的深度。Cellphone Diaries（手機字典）［48］項目中公眾通過手機App參與并影響了社區(qū)環(huán)境規(guī)劃，研發(fā)人員設(shè)計了一款名為Cellphone diaries的移動技術(shù)組，并擬定了手機使用方案，每個參與者的手機安裝了這款軟件，包括GPS和數(shù)字視頻兩項手機功能以及一鍵上傳功能。參與者在查維斯紀念公園中拍攝對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念公園景觀的公眾熱點，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)展將是無盡的動力之源

計算機科學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)、傳媒、通信等學(xué)科帶動了軟硬件日新月異，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、與利益相關(guān)者溝通決策等方面為規(guī)劃設(shè)計工作者帶來便捷。在移動時代大背景下，云技術(shù)實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的計算、儲存、處理和共享，移動通訊與無限網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動了智能手機普及，手機信令終端數(shù)據(jù)、移動網(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、云端交互來實現(xiàn)，與手機App在拓寬公眾參與途徑起到了作用。

6.2景觀規(guī)劃設(shè)計流程趨向一體化

景觀規(guī)劃設(shè)計流程中場地數(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)計流程不再是線性的過程，四個階段從傳統(tǒng)的遞進變成不斷重復(fù)循環(huán)的有機周期，其中每個部分都緊密聯(lián)系，這種聯(lián)系是通過數(shù)字景觀相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)，任何一個部分的改變都會使整個系統(tǒng)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過計算機可以實時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)計的框架也包含了這種一體化設(shè)計思路，他將地理設(shè)計框架分為6個問題的3次迭代，6個問題對應(yīng)著規(guī)劃設(shè)計的6個模型依次為：描述模型、過程模型、評估模型、變化模型、影響模型和決策模型，設(shè)計過程可以概括為6個模型反復(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)計流程的一體化不僅提高了設(shè)計的效率，數(shù)字化的過程一定程度減少了規(guī)劃設(shè)計過程中由經(jīng)驗左右的內(nèi)容所占比重，多變量的環(huán)境過程模擬使規(guī)劃設(shè)計能夠與場地的實際文脈相結(jié)合，在過程中對可能結(jié)果進行診斷和改變，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)計方案項目的可視化程度、生動性、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，使公眾對陌生的字眼與數(shù)據(jù)有了更直觀的感官認知。虛擬現(xiàn)實軟件、增強現(xiàn)實技術(shù)、實時渲染、自由立體化可視化技術(shù)等提升是推動三維場景可視化進步的關(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，有效擴大公眾參與途徑。另外，可視化交互在未來應(yīng)用將會更廣泛，其中動態(tài)景觀互動裝置采用計算機設(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?？梢暬釉O(shè)備運用在規(guī)劃設(shè)計的交流討論中，作為媒介便于各利益方對方案的探討分析。硬件設(shè)備的開發(fā)是一項多學(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)計的工具，它也可以是風(fēng)景園林設(shè)計的新理念。依靠計算機模型的量化理性的規(guī)劃設(shè)計方法逐漸被專業(yè)人員所重視，很多依靠長期經(jīng)驗積累的設(shè)計過程被可以參數(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。風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計的過程從傳統(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)計中，將會是數(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)計所面對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)背景的人員進行協(xié)同合作的機會，通過跨專業(yè)的合作，不斷豐富風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計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踐的階段，其科學(xué)性也會在未來得到更多的檢驗。

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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）

* 同濟大學(xué)教學(xué)改革研究與建設(shè)資助項目（2015—2016）；同濟大學(xué)第八期精品實驗建設(shè)資助項目

劉 頌： 同濟大學(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)能教育部重點實驗室，教授，博士生導(dǎo)師，liusong5@# edu.cn

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

李春暉： 同濟大學(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)用進展［J］. 西部人居環(huán)境學(xué)刊， 2016， 31（04）： 1-7.