3D虚拟现实技术应用于城市森林景观设计的可行性研究

汪媛媛

东南大学艺术学院 南京 210000

3D虚拟现实技术应用于城市森林景观设计的可行性研究

汪媛媛

东南大学艺术学院 南京 210000

3D技术为模型、陈列品、虚拟空间结合展示信息技术的应用开发提供了技术上的支持，为虚拟现实技术的完善奠定了基础。文中分析虚拟技术在景观设计中的应用前景，并针对目前存在的高成本、多元素和人才紧缺等问题提出建议。

景观设计;虚拟现实;3D技术

1 虚拟现实技术

1.1 虚拟现实技术的概念

3D模型即三维立体的模型，包括各种建筑、人物、植被、机械、电脑模型。模型、陈列品、虚拟空间往往结合在一起，通过电脑技术建立3D模型，在幕布等载体上进行三维影像合成 (俗称投影);类推到空间，利用同样的技术既可以在电脑中成像，亦可以在现实空间载体中成像，这就是虚拟现实技术。对该技术的研究始于20世纪60年代，它是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的;“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人们也可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中 (就如《阿凡达》的拍摄过程)，并操作和控制环境，以实现特殊的目的。

1.2 虚拟现实技术与虚拟景观设计的现状

虚拟景观是将虚拟现实技术运用在景观设计中。国内外虚拟现实技术已成熟应用于房地产业、建筑设计和城市规划领域，尤其是在建筑设计，3D展示已经成为普遍的展示手段。例如，2004年开始建造2010年投入使用的世界最高建筑迪拜塔在建造初期便将平面的设计图制作成三维虚拟展示片，超大像素的表现图准确地刻画出了建筑及环境的各个细节。在项目制作初期，复杂的网状钢架结构以及建筑细节设计不够完善，给北京奥运会主体育场鸟巢的模型制作带来很大难度。为此制作人员特地开发新技术直接在3D环境中来搭建结构模型。在渲染阶段，制作人员反复尝试各种渲染风格及角度，以确保充分表现出“鸟巢”独特的气质和客户的设计理念，实现既有大气恢弘的项目气势又有细腻入微的建筑刻画。在城市规划中，这样的系统正发挥着巨大作用。许多城市都有其各自的近期、中期和远景规划。在规划中需要考虑各个建筑同周围环境是否和谐相容，新建筑是否同周围原有的建筑协调，以免造成建筑物建成后破坏城市原有风格和合理布局。这样的“仿真”系统还可用以保护文物、重现古建筑。把珍贵的文物用虚拟现实技术展现出来供人参观，有利于保护真实的古文物。例如，山东曲阜的孔子博物院便将大成殿制成模型，观众通过计算机便可浏览到大成殿几十根镂空雕刻的盘龙大石柱，还可以绕到大成殿后面游览。在景观设计领域，3D技术仅仅停留在3D静帧后期配以2D合成的效果图上，只有少数局部的景观设计采用3D技术。运用虚拟现实，数字化展览展示和数字影片可以帮助房地产企业和项目公司等进行楼盘的展现、空间的展示。在这样的技术支持下，景观设计领域三维空间效果展示技术的运用将越来越广泛。

2 虚拟现实技术的优势

运用虚拟现实技术，在景观设计过程中就可以直观地看到立体的总体景观规划效果、种植模式、不同层次结构的配置形式以及不同角度的时空景象。制作者首先在3D环境中进行建模来构造植物的形态，将景观模型全部铺陈完毕，然后打灯投影加以润色，渲染成形，编辑动态命令。通过虚拟技术，我们将在几分钟内观看到植物的整个动态生命周期、完整的栽种方式以及不同季相的景观变化，甚至一个公园或广场的动态建造流程。无论是阳光普照下的香雪海，还是月色下拱桥的水中倒影都逃不过3D技术的虚拟镜头。

2.1 时间动态

植物的生长是一个动态过程，用静帧图像表现未免显得有些无力，而擅于动态表现力的3D技术可以完整地模拟出植物从胚芽到成熟的完整形态。虫害、土壤和日照情况等都可以不费口舌之力并以肉眼可见的速度“叙述”给观看者。整个景观区域的建造过程同样可以由虚拟技术完美模拟出来，即随着动态时间轴的铺陈，先建造哪个区域，先铺设哪些设施，先栽种哪些植物。每一道工序都由3D动画来演示，可以提前了解施工过程，减少施工错误以及施工浪费，并且可以提前预览最终的施工效果，以形成最合理的施工方案。

2.2 空间动态

仅凭借一张景观效果图不能全面确切地反映出设计意图和目的。传统的景观设计图主要包括平面图、立面图、鸟瞰图和局部效果图等，通常运用3DS MAX以及Photoshop合成三维静帧图像。这不能确切反映设计效果、各组成元素之间的关系，更无法表达空间的动态变化。虚拟景观可以将涉及到的内容都包含进去，将设计的总体内容、局部景观、组成元素的立体形状及相互之间的关系，包括春夏秋冬的季相变化，雨雪阴晴等气候变化，都以三维动态的效果逼真地反映出来，并实现身临其境的全方位全角度感受，即使看不懂图纸的人也能理解设计意图。虚拟景观的表现力对无论是标准的实际比例图像，还是各种镜头的艺术表现形式都能逐一剖析。虚拟景观可以让人们提前享受从朝霞日出之光到黄昏落日之色、再到华灯初亮的夜色之美，甚至四季交换中植物的花开花落、争芳斗艳也能一览无余。

2.3 远程可视化

2008年的北京奥运会已经让我们充分体验到了3D技术的魅力，2010年的上海世界博览会更是让人耳目一新。全新打造的网上世博，让观众以最快捷、最方便的方式浏览到了馆内情境。例如，网上世博广西馆不仅能一览馆内展览，还让观众足不出户地领略了整个广西的风景名胜。这种突破地域限制的方式，让无法到世博会现场参观的人也可以参与世博、体验世博。同样，在虚拟景观中，不仅可以设计出脑海中的新景观，也可以制作出已经存在的景观。我们可以仿造山东曲阜的虚拟孔子博物院三维设计理念，加之基于Maya等软件制作手段的3D游戏技术，将虚拟景观设计成形，将浏览视觉点设置在场景的道路坐标中，抑或使观众的视角就跟着人物走向而移动，使其成为以观众为主导的浏览模式形态。不开放或半开放的文化古景既能得到保护又能让观众欣赏。

3 应用前景

3.1 规划

随着3D技术的不断发展、虚拟景观应用软件的不断丰富，其在景观设计中的应用范围将不断广阔。在城市的绿地系统规划及防护林体系、森林资源保护、森林林相改造方案设计和实施过程中，都可以运用三维技术展示其整体的设计效果，模拟施工过程，观察各个角度的变化，控制大局表现，预测其结果和发展方向。

3.2 微观和中观工程设计

运用3D技术的时间和空间动态展示和全景浏览功能，在景观设计中，可以对各种绿化景观工程、生态工程、防护林工程、古建筑保护工程、建筑小品和雕塑等环境工程，从不同角度、不同的时机、不同的光影、不同的空间、不同的人文元素展示其设计效果，突破想象思考的过程，随着三维视角点在景观中的穿梭，直观地在虚拟景象中浏览生态细节。

3.3 可视化检验方面

利用虚拟现实技术的三维动态展示，可以虚拟游览设计的各种景观及季相、色彩、流水、各种声音的变化和植物的生长，从而在视觉、声响、人文意境感受和理解景观设计意图方面评估分析各元素间的关系，预测设计目的的实现，真正从浏览者的视角对景观设计做到可视化检验。作者的创新形象思维成果便于准确地进行评估。利用有限的空间，在虚拟环境中构思好精确的模型设计，可以最大化地建造一个大自然的缩影，实现人、自然、建筑三位一体，有机融合，相互借景。平面静帧的工程效果图远不如这“身临其境”的虚拟景观来得自然真切。

4 存在的问题及解决途径

4.1 存在的问题

1)成本高。景观设计是一个系统工程，制作三维影像对软件、硬件及制作人员的技术要求均相对较高，但大批量的产业化程度还不高，目前可应用的成熟软件较少，制作时消耗的人力与时间则相对较多，从而大大提高了制作成本。

2)多元素资源库缺乏。景观设计不像建筑设计早已拥有大量的素材和贴图资源，它起步晚、运用少，因此虚拟资源大量匮乏，与大量的植物种类形成巨大的需求矛盾。建筑、小区房地产设计多以建筑为主体，周围的景观往往单一、概括表现。3D MAX和MAYA等软件多以建筑室内物件为素材，建模也以块状物体最为简便，从而突显了植物模型细化的难度。景观的需求除了成百上千的植物，还有喷泉、山石、水体桥廊等多种元素。这样大的资源库还不完善，增加了虚拟景观的普及难度。

3)人才紧缺，产业链不完善。近几年，动画专业开始遍布全国各大高校，却是为了动画而动画。师资力量稀少，毕业生空有理论知识，不会操作，而大多数人又选择做游戏、动画外包，致使虚拟景观的制作成本直接飙升到影视动画水平。目前鲜有该专业的毕业生专门做虚拟景观设计，专业的制作团队就更少，虚拟景观只能依附在虚拟建筑行业中缓慢成长。

4.2 解决途径

1)改善技术，增加元素资源。对于一些小型的符合拍摄条件的元素，应改善对景物的拍摄方式，对植物进行三维扫描式动态捕捉，将植物的形态直接输入三维环境，例如可仿照卡梅隆导演拍摄《阿凡达》的动态捕捉系统。

对于元素分类，可以先按植物的高度大类，再分出不同冠状的植物，如此按照一些相似特征与不同特征、大类小类以及制作需求来分，减少元素数目，再配以简单的文字说明，意在把大体形态表现清楚，忽略叶面枝干等细节。这样既充实了资源库，又便于制作设计。

2)制作层次化、重点化。从大景做到小景，从需求的局部景观做到全景的大效果，不要每一处都做到叶片那样的精细程度，可以按照浏览角度把精彩处的近景以及需要做重点表现的景观局部做成细节浏览模式，表现出景与景之间的关系。全区域的大景可以用三维全景域来表现，以鸟瞰等视角控制全局观，大景到小景的切换只需设计好链接。这样从“大”做到“小”，从“小”细化到“大”，可大大减少景观的制作量，降低制作成本和难度，并能够集中表现景观的艺术性。

［1］刘良仙．借景艺术在现代园林艺术中的体现［J］．中国园艺文摘，2011，27(7):103 －104．

［2］芦建国，邵帅．沪宁高速铁路南京段配置及景观生态学研究［J］．中国城市林业，2011，9(2):35 －37．

［3］齐康，齐昉．景园课(第三课、第四课)［J］．中国园林，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，毕业于东南大学艺术学院动画系