王 宏，王玲玲

(合肥師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

隨著Lumion、Enscape、Twinmotion等虛擬現(xiàn)實(shí)軟件逐漸進(jìn)入了風(fēng)景園林領(lǐng)域。這些渲染速度快、簡單易學(xué)的3D虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)軟件，使設(shè)計(jì)師能夠在制作電影動(dòng)畫和效果圖時(shí)展示他們無限的想象力。涉及的領(lǐng)域包括園林景觀、建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃和室內(nèi)設(shè)計(jì)等[1]。在風(fēng)景園林景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域運(yùn)用VR技術(shù)，可以快速、高效、直觀地傳遞現(xiàn)場演示，為課堂教學(xué)解決了教學(xué)時(shí)間、空間等諸多限制，迅速創(chuàng)造出沉浸式的園林景觀可視化效果，使設(shè)計(jì)者有了交互且直觀的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)中，VR技術(shù)也可以使人身臨其境地感受設(shè)計(jì)作品?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課程教學(xué)是今后風(fēng)景園林類、園林植物類課程教學(xué)的一個(gè)方向。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在種植設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中應(yīng)用的必要性

目前的園林植物類課程仍以教師課堂多媒體課件講授的傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，無法較好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生也缺少對設(shè)計(jì)空間的感受，對于實(shí)踐性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性很強(qiáng)的種植設(shè)計(jì)課程，仍有很多局限性[2]?！胺N植設(shè)計(jì)”是風(fēng)景園林類課程體系中的一門重要專業(yè)課，傳統(tǒng)的園林種植設(shè)計(jì)類課程的理論教學(xué)存在著授課場地限制、教學(xué)形式局限于課件展示、缺乏互動(dòng)媒介等問題，學(xué)生很難建立起平面圖紙與實(shí)體空間之間的聯(lián)系，無法直觀感受種植設(shè)計(jì)的場地、空間尺度、植物氛圍。傳統(tǒng)的種植設(shè)計(jì)課堂教學(xué)由于場地限制，介紹植物配置案例時(shí)只能通過圖片、PPT展示的形式，學(xué)生無法實(shí)際感受觀摩案例實(shí)景，無法直觀感受植物群落氛圍以及呈現(xiàn)出的不同樹齡、樹姿、花色、葉色、季相等狀態(tài)。

傳統(tǒng)教學(xué)演示種植設(shè)計(jì)過程時(shí)，一般都是通過繪制CAD種植平面圖或使用Sketchup建模的形式，存在很多局限性：CAD平面種植圖由于只能顯示二維平面，無法展現(xiàn)植物景觀的空間形態(tài)、群落組織方式等，使學(xué)生在學(xué)習(xí)初期設(shè)計(jì)圖紙時(shí)無從下手，理論性的知識很難轉(zhuǎn)換成制圖能力，并且難以做到實(shí)際景觀效果與平面圖之間的切換；運(yùn)用Sketchup建模，只適合建立場景模型，不適合進(jìn)行植物設(shè)計(jì)和景觀深化的細(xì)節(jié)表達(dá)。因?yàn)镾ketchup軟件中本身不自帶植物模型，只有少量平面的草地材質(zhì)，而網(wǎng)上下載的植物模型大多為2D平面植物，只有一個(gè)面，不符合真實(shí)情況且較為卡通。即使是3D的植物模型，也多因?yàn)槟Ｐ吞螅瑢?dǎo)入軟件后會(huì)異?？D，無法進(jìn)行景觀深入表達(dá)，使設(shè)計(jì)只能停留在草圖的初步設(shè)計(jì)階段，后期還需結(jié)合Vray進(jìn)行渲染，效率非常低，直接影響設(shè)計(jì)體驗(yàn)感。同時(shí)，Vray參數(shù)繁多、復(fù)雜，非實(shí)時(shí)渲染，需要多次嘗試查看效果，耗時(shí)長、不直觀的缺點(diǎn)十分明顯。因此，如何將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與種植設(shè)計(jì)教學(xué)相結(jié)合，使設(shè)計(jì)過程更加方便、直觀、快速，提升學(xué)生的空間思維、空間設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)體驗(yàn)感，是課堂教學(xué)中亟待解決的問題。

通過在教學(xué)中引入VR技術(shù)——Lumion、Enscape、Twinmotion等實(shí)時(shí)3D可視化渲染器，可以現(xiàn)場完整地演示設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)的各個(gè)過程，提升學(xué)生對場景空間的沉浸式體驗(yàn)。使學(xué)生通過可視化的沉浸式、游戲化、交互性的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，充分感受園林空間內(nèi)的布局結(jié)構(gòu)、色彩尺度和材料肌理；合理地設(shè)計(jì)植物空間、選擇植物品種、構(gòu)建植物群落，科學(xué)地安排種植工序；通過模擬植物群落的四季季相變化和生長變化，做到科學(xué)性與藝術(shù)性并存的可視化園林設(shè)計(jì)，同時(shí)大幅降低了設(shè)計(jì)制作時(shí)間。通過VR技術(shù)，師生可在虛擬場景對設(shè)計(jì)作品反復(fù)推敲，提升了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)效率。

2 不同虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的對比及在教學(xué)中的應(yīng)用

目前景觀設(shè)計(jì)行業(yè)尤其是偏向植物景觀設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，以Lumion、Enscape、Twinmotion三款軟件為代表，其特點(diǎn)是出圖快效果好，且簡單易學(xué)，可以同時(shí)出效果圖和動(dòng)畫，因此逐漸替代了傳統(tǒng)以靜態(tài)渲染為主的Vray等軟件。

Lumion的獨(dú)特技術(shù)使得它非常適合用于景觀可視化，種類極其豐富的素材庫是Lumion的核心生產(chǎn)力。最新版的Lumion 11 pro素材庫中的項(xiàng)目總數(shù)達(dá)到6224種，可以輕松種植大面積的樹木、觀賞草、花卉以及3D草地[3]。在深化設(shè)計(jì)階段，可以精確推敲景觀材質(zhì)肌理、光影變化、地形設(shè)計(jì)、植物種類以及由此形成的空間氛圍。Lumion11版本還可以通過“正交視圖”功能制作精美的平面圖、剖面圖、軸測圖以及對應(yīng)的動(dòng)畫。因此對于課堂演示案例以及演示整個(gè)設(shè)計(jì)過程來說，作為快速展示真實(shí)景觀效果的Lumion無疑是目前最適合的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。但由于Lumion對電腦配置尤其是顯卡配置要求較高，CPU最好是i7處理器以上，顯卡最好在GTX1060以上[4]，因此更適合作為教師課堂演示設(shè)計(jì)過程的虛擬現(xiàn)實(shí)工具。

Enscape這款效果強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)插件和Lumion不同，它完全內(nèi)置于SketchUp作為插件搭配，安裝文件體量較小，非常方便，適合于方案階段對模型真實(shí)度以及材質(zhì)、環(huán)境的表達(dá)，可更好地控制方案的表達(dá)深度。但其地形、植物、素材、材質(zhì)等都要依賴Sketchup，自帶素材少，材質(zhì)參數(shù)不能細(xì)調(diào)，植物種類較少，更適合學(xué)生電腦配置不是特別高的小場景園林設(shè)計(jì)使用。

Twinmotion和Lumion一樣都是建筑、景觀設(shè)計(jì)表現(xiàn)的強(qiáng)大虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，采用著名的虛幻引擎(Unreal Engine)作為核心引擎，具有簡單易學(xué)且兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前的Twinmotion2020.2版本的植被系統(tǒng)較之前版本有了顯著提升：其中的植物葉色可以與季節(jié)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接，只需拖動(dòng)滑塊就可以實(shí)時(shí)改變季節(jié)實(shí)現(xiàn)樹葉的葉色改變、落葉等季相變化景觀，感受植物四季不同生長期所營造的不同意境[5]。其植物素材尤其是花卉種類雖較Lumion較少，但對電腦配置的要求稍低，不但同時(shí)支持Windows和macOS操作系統(tǒng)，還兼容所有的BIM軟件。同時(shí)，渲染出圖、導(dǎo)出動(dòng)畫的速度較Lumion稍快，適用場景較為廣泛。

從植物素材的豐富程度及最終的渲染效果上，Lumion是較適用于景觀設(shè)計(jì)、種植設(shè)計(jì)以及教師課堂教學(xué)演示的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。但因?qū)W生的電腦配置不同，學(xué)生也可以根據(jù)自身電腦的配置情況和個(gè)人喜好，在設(shè)計(jì)作品時(shí)選擇Twinmotion和Enscape兩款軟件。綜合對比Lumion、Twinmotion和Enscape三款虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)軟件，目前無論在園林景觀設(shè)計(jì)行業(yè)，還是園林類課程教學(xué)中都各自有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于“種植設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的應(yīng)用探索

3.1 課堂教學(xué)引入VR技術(shù)

通過引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，改革傳統(tǒng)理論課局限于PPT、圖片展示等教學(xué)手段，結(jié)合案例式、項(xiàng)目式教學(xué)方法，很大程度地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在課堂教學(xué)中，結(jié)合具體的場景設(shè)計(jì)，首先在SketchUp軟件中建立場景基礎(chǔ)模型，應(yīng)用Lumion_livesync聯(lián)動(dòng)插件，在Lumion中與SketchUp模型實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，從而方便隨時(shí)對模型進(jìn)行修改。然后通過賦予模型材質(zhì)、添加配景，使模型更加真實(shí)，使學(xué)生能夠真實(shí)體驗(yàn)場景空間，對空間尺度有更好的把握。在虛擬場景完善的基礎(chǔ)上，向?qū)W生演示具體的景觀及植物設(shè)計(jì)流程，一邊演示一邊講解設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論，從而使學(xué)生能更好地理解設(shè)計(jì)理論并學(xué)會(huì)在實(shí)際中運(yùn)用。最后通過調(diào)整特效參數(shù)，展示各種角度的設(shè)計(jì)成果，引導(dǎo)學(xué)生參與推敲設(shè)計(jì)方案。

在“植物組團(tuán)設(shè)計(jì)”章節(jié)中，通過Lumion軟件可以展現(xiàn)樹叢樹群的設(shè)計(jì)方法，清楚地模擬演示不同樹種之間的前后位置關(guān)系、樹姿的搭配、植物群落的層次組合、植物組團(tuán)的色彩設(shè)計(jì)、與景觀氛圍的協(xié)調(diào)等，較之前用植物平面圖展示的方法更直觀、便于理解，且學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較濃。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬植物組團(tuán)設(shè)計(jì)，可以直觀感受不同植物搭配方案所產(chǎn)生的效果(圖1)。

圖1 應(yīng)用Lumion軟件對Sketchup模型進(jìn)行植物組團(tuán)設(shè)計(jì)

在“不同場景的種植設(shè)計(jì)”一章中，通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在課堂向?qū)W生演示了種植設(shè)計(jì)的全過程：首先建立不同場景的Sketchup原始精簡模型，導(dǎo)入Lumion軟件，然后賦予模型景觀材質(zhì)并調(diào)整材質(zhì)參數(shù)，塑造景觀氛圍。利用Lumion強(qiáng)大的素材庫，添加樹木、草坪、花卉、觀賞草等各種植物素材以及人物、車輛、動(dòng)物、石頭等配景。最后調(diào)整真實(shí)天空、太陽、體積光、霧氣、陰影、超光、兩點(diǎn)透視、曝光度、景深、反射、顏色校正、模擬色彩實(shí)驗(yàn)室等特效參數(shù)，展示不同角度的鳥瞰、人視，并反復(fù)推敲植物尺度及配置的合理性，最后導(dǎo)出平面圖、立面圖、剖面圖、軸測圖以及全景圖或3D實(shí)景動(dòng)畫效果(圖2)。傳統(tǒng)的教學(xué)因只能演示平面圖的設(shè)計(jì)過程，即使用Sketchup也無法體現(xiàn)植物群落的真實(shí)感，尤其對于初學(xué)者來說，單純的植物平面圖，學(xué)生很難想象出設(shè)計(jì)的實(shí)景，對設(shè)計(jì)過程感到無助，進(jìn)而降低了學(xué)習(xí)興趣。通過這種虛擬現(xiàn)實(shí)的案例式教學(xué)，學(xué)生能直觀地看到設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，更好地理解植物關(guān)系，也提高了學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情和設(shè)計(jì)創(chuàng)意，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖2 應(yīng)用Lumion軟件對公園綠地Sketchup模型進(jìn)行種植設(shè)計(jì)

3.2 VR技術(shù)應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)作業(yè)

傳統(tǒng)的植物設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)作業(yè)一般都是以手繪或CAD繪制植物平面圖，學(xué)生很難對場景空間和植物群落有直觀感知，也很難發(fā)現(xiàn)自己圖紙中的設(shè)計(jì)問題。通過引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生在SketchUp中創(chuàng)建場景基礎(chǔ)模型，再根據(jù)自身電腦配置情況自由選擇VR軟件進(jìn)行園林設(shè)計(jì)。通過在虛擬場景中賦予景觀材質(zhì)、添加配景、配置植物，反復(fù)推敲景觀材質(zhì)、植物的位置關(guān)系、樹種搭配、空間氛圍、植物季相色彩等，增強(qiáng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)樂趣，有助于激發(fā)設(shè)計(jì)靈感。

在“花境設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)各種花灌木、花卉的組合，更好地理解了花境是如何展現(xiàn)植物高低錯(cuò)落的群落景觀。傳統(tǒng)的花境設(shè)計(jì)，學(xué)生都是以平面圖繪制為主，但設(shè)計(jì)時(shí)因?yàn)榛ň持参锓N類非常多且繁雜，植物斑塊之間應(yīng)該如何做到方向、姿態(tài)、株高、花色的對比對于學(xué)生來說很困難。因無法想象植物之間組合的實(shí)際效果，學(xué)生以前往往只能找各種植物隨便組合，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的平面圖禁不起推敲，植物配置存在很多不合理現(xiàn)象。通過“Mes_MAX轉(zhuǎn)SU插件”，可以將大量的中國本土植物的3D模型通過適當(dāng)減面的方法壓縮模型，然后轉(zhuǎn)換為植物模型。再通過“SDT物件助手”插件中的模型代理功能將電腦中轉(zhuǎn)換壓縮好的本地3D植物模型批量生成代理緩存。此方法可以構(gòu)建大量的中國本土植物模型素材，并且能快速地加載各種3D植物的代理模型，在Enscape窗口中可實(shí)時(shí)看到設(shè)計(jì)的花境效果(圖3)。根據(jù)效果可以方便地替換植物、調(diào)整植物位置、大小、數(shù)量，綜合對比不同花卉、灌木組合的景觀效果和空間層次。這種方式有效解決了VR軟件中國本土植物素材少的問題很，很大程度地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中無法虛擬設(shè)計(jì)成果的缺陷。

圖3 應(yīng)用Enscape軟件進(jìn)行花境種植設(shè)計(jì)

3.3 VR設(shè)備結(jié)合線上線下混合式教學(xué)

由于課堂教學(xué)學(xué)時(shí)限制，不可能在課堂教學(xué)中系統(tǒng)地講授VR實(shí)時(shí)渲染軟件的操作方法。筆者依托超星學(xué)習(xí)通平臺，將自主制作的實(shí)時(shí)渲染軟件基礎(chǔ)操作視頻教程及教學(xué)案例、課件上傳至學(xué)習(xí)平臺，作為課堂教學(xué)的補(bǔ)充。學(xué)生可在課下學(xué)習(xí)平臺上教師錄制的教學(xué)視頻，掌握這些軟件的操作方法，不懂的地方再通過課堂教學(xué)集中答疑。學(xué)生還可將自己設(shè)計(jì)的作品上傳至專業(yè)全景工具平臺(如720云、全景云、Venus全景故事生成器等)，通過手機(jī)即可快速瀏覽；還可佩戴簡易沉浸式VR設(shè)備如VR眼鏡、VR頭盔等，真實(shí)體驗(yàn)自己的作品，反復(fù)推敲修改直至滿意。學(xué)生還可將課程設(shè)計(jì)作業(yè)生成一個(gè)可供分享的輕量級互動(dòng)演示，或者將效果圖、動(dòng)畫上傳至學(xué)習(xí)通平臺，教師可以直接線上批改點(diǎn)評，實(shí)現(xiàn)了無紙化電子作業(yè)。此外，利用Twinmotion、Enscape軟件還可以通過“一鍵VR”模式，與Oculus Rift、HTC Vive、Windows MR等常用的VR設(shè)備連接，學(xué)生可以方便地沉浸式漫游體驗(yàn)自己的設(shè)計(jì)作品。VR設(shè)備結(jié)合線上線下的混合式教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)體驗(yàn)感和成就感，有利于師生交流和互動(dòng)，取得了良好的教學(xué)效果。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在“種植設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用效果

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入“種植設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中，學(xué)生從傳統(tǒng)的平面繪圖設(shè)計(jì)思維轉(zhuǎn)向了沉浸式體驗(yàn)設(shè)計(jì)，能夠更加直觀地感受設(shè)計(jì)場景的空間和植物氛圍，身臨其境的設(shè)計(jì)場景取代了枯燥的平面圖紙，提高了學(xué)生對植物空間和植物配置關(guān)系的感受，也增強(qiáng)了課程的趣味性。

虛擬現(xiàn)實(shí)常用的三個(gè)渲染軟件都較簡單易學(xué)，學(xué)生可根據(jù)自身電腦配置和喜好選擇不同的軟件。學(xué)生還可以反復(fù)推敲修改自己的設(shè)計(jì)作品，對渲染出的設(shè)計(jì)作品都比較滿意，提升了學(xué)生的成就感和學(xué)習(xí)熱情。這種方法成本低廉、操作快捷，可以在較短時(shí)間內(nèi)將一個(gè)簡單的原始模型設(shè)計(jì)成一個(gè)精美的植物景觀空間。配合VR技術(shù)，學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)意成果可以方便地動(dòng)態(tài)展示。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來的身臨其境、游戲化、交互式的設(shè)計(jì)體驗(yàn)遠(yuǎn)比抽象的理論解說更具說服力，改變了學(xué)生在課堂教學(xué)中的定位。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林設(shè)計(jì)、園林工程、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃類的專業(yè)課程中也具有廣闊的應(yīng)用前景，有助于提高學(xué)生創(chuàng)新能力與設(shè)計(jì)能力。