互联网+VR技术在园林设计中的应用研究

张雪梅 于守超 王利丹 祝晓慧 侯鑫杰

摘  要：互联网+VR技术在园林设计中的应用，使人们在自己制造的人工环境中去崇尚自然、追求自然，使人感受、体验和联想园林的魅力。文章主要研究了如何将想象中的园林设计应用到现实生活中，建立一个完整园林的虚拟环境，并在虚拟环境中构造所需的模型，通过对互联网以及VR技术的应用，将所需表达的场景渲染出来，将现实生活中的动植物、建筑等动态景物以及静态景物全部合理地应用到园林虚拟环境中，使其达到理想效果。

关键词：虚拟现实;风景园林;数字旅游;景观展示

中图分类号：TU986.2;TP391.9      文献标识码：A 文章编号：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

美国VPL公司创始人伊萨在20世纪60年代初期提出了虚拟现实技术[1]。虚拟现实技术又称为VR技术，是一种计算机空间与图像综合技术。集中体现了传媒技术、传感技术、人体工程学、网络技術、人机交互技术、仿真技术以及几何体展示技术等多个领域的最新成果，又称灵境技术[2]。随着虚拟现实技术在国外的迅速发展，我国在这方面的研究已经开始，但开始较晚。20世纪80年代我国开始兴起了虚拟现实技术，目前正处于初级阶段，科学家和当局相关部门对此非常重视。

笔者基于主持的国家级大学生创新创业训练计划等项目，开展了互联网+VR技术在园林设计中的应用研究。

1  虚拟现实技术的应用特征分析

1.1  交互性

由于虚拟现实技术的应用，用户不再是被动地感受事物，而是可以通过改变自己的动作感受不同的事物。用户对于事物的感受是全方面的，可以去探究事物的全部内容。

1.2  沉浸性

这是一项非常关键的应用特征，能够使用户在虚拟环境中感受事物，不受外界打扰，这种感受是真实的，和在现实生活中无异，使用户完全沉浸其中。

1.3  动作性

虚拟现实技术的动作本质是通过对真实环境中的各种数据、动作、生活方式来运行虚拟现实系统，从而使进入虚拟环境中的用户更加沉浸其中。

1.4  自主性

虚拟现实技术的自主性是指在虚拟现实技术构建的虚拟环境中，所有的事物和人物都会按照不同的模型和规则自主地移动。

1.5  构想性

构想性促使用户拥有更广阔的思维创新空间，拓宽人们的认知范围，提高人们的理性认知和感性认知。而且能够再现真实存在的环境，而不仅仅是沉浸在虚拟环境中。

2  虚拟现实系统构成

虚拟现实的系统构成如图1所示。

在风景园林设计上应用虚拟现实技术具有非常重要的影响。将虚拟现实技术运用在方案设计阶段，使设计师对虚拟空间的体验更具有交互性和直观性，为景观设计师制作方案提供了新的方法;在设计图的表现中，观众可以从多方面、实时的互动中了解和体会到设计师的设计思想，从而感受到身临其境的感觉[3]。景观规划设计理论不再是传统的山水管理，而是充分结合现有的科技资源，将景观的功能发挥到极致。

3  目前园林设计方案展示存在的问题

风景园林设计要求园林景观之间具有较好的灵活性。在运用虚拟现实技术时，设计师要有清晰的设计思想，体会设计的精髓，通过计算机灵活地展现园林的三维结构，利用计算机的模拟功能，通过灵动的点、线、面将结构组合起来，设计中的景观可以灵活展示，如假山、水体、雕塑、植物等，形式可以通过计算机模拟[4]。然而，在实际的仿真过程中，仿真过程更加复杂，这就要求工作人员具备高超的技术才能达到实际的仿真目的。

4  互联网+VR技术在园林设计中的应用

4.1  在园林设计中创建虚拟环境

运用虚拟现实技术在景观设计中应用的条件是创造一个虚拟的景观环境空间。该虚拟空间环境利用计算机技术，用先进的摄像镜头代替人眼视觉，使用户充分体验到景观环境艺术，更大程度地体验到景观空间的意境氛围，将景观中的所有动态景观元素与人们的游览路线相结合，得到一个更好的旅游路线。

4.2  在园林设计中创建模型

虚拟环境的构建需要三维模型、三维声音、静态场景、动态场景等的协助。虚拟现实技术在城市规划和建筑设计方面比较成熟。这主要是因为建筑物大多由规则体构成，而计算机模型中使用的曲面相对较少，所以更易于实现虚拟现实。用计算机模型来表示园林景观中常用的设计元素，如植物、多变的地形、流动的水体等都是不规整的形状，非常复杂。例如一棵树本身有上千片树叶，制作模型后使用的表面可以高达几百万级，现在常用的民用计算机无法展示出平滑的虚拟现实效果。因此，我们只能用贴图（0map）来模拟其中的植物。用户可以在虚拟现实中用一个面来表示一棵树。尽管真实性会有一些损失，但与完整建模所需的数百万张面相比，这种损失是可以接受的。

虚拟环境中模型的构建对计算机有很大的要求，参考的影像须由遥感拍摄，分辨率最低为0.5 M，分辨率越高越好，因此对点云数据的要求也更为精准，使用单反获取建筑物表面的纹理信息，再结合测绘局的勘测为构建模型提供CAD数据，再将点云生成的DSM与DOM图像进行叠加后的图像与地理信息进行结合，并在3DS Max软件中构建模型，3DS Max是Autodesk公司开发的一款优秀的三维建模软件，简单易懂，又因为它的价格相对较低，所以变成当前个人PC上最受欢迎的三维建模软件。并且根据园林景观环境中所需的景观要素应用其他建模软件，如Maya、LightWave或Softimage XSI等，同时也可以使用三维扫描仪或者类似Cabinet Ware（相似Canoma类的图像建模软件）的软件。

4.3  使用VR技术对园林设计进行渲染

将模型导入虚拟现实制作软件中，多个模型可以被设计软件结合起来，添加动画、声音、图像、交互编程、shader编写、编程与其他软件的通信等等，然后可以导出单独的标准Windows可执行文件（EXE文件）或在线浏览的文件格式，在显示屏上展现导出的可执行文件或浏览器播放插件将模型表现出来，使用鼠标和键盘点击设置的交互区域就可以进行人机互动。与此开发过程类似的虚拟现实技术工具包括Virtools、VR-Platform、Quest3D、Viewpoint、Tun Tools和Cult3D等。随着VR渲染器的出现，它的渲染速度极快，表现真实度较高，很快地被大众了解，并且在设计领域也有一定的市场。目前在应用虚拟现实时也需要使用到VR渲染器，因此材质贴图也需要进行改变，制作出VR材质，如此一来渲染所需要的时间会大幅度减少。

虚拟现实技术不仅在园林设计中应用广泛，而且对于昔日景观的修复也有很大用处，通过虚拟现实技术，可以再现已消失了的雄伟景观。

5  互联网+VR技术的应用案例

（1）随着社会的发展，三维空间在人们生活中应用广泛，得到人们很多的关注。各种三维设计大赛也如火如荼地举行着。例如全国三维数字化创新设计大赛，在这个比赛中，各种方案的设计、想法都通过虚拟现实展现出来，使作品展示更加直观。

（2）2015年12月，经过近三年的发展，故宫端门数字博物馆正式建成并投入试运行。设计师把“印象之门”作为“端门数字大厅”的设计主题，创造性地将数字技术与中国古典建筑相结合，具有互动、沉浸式的感官体验功能，为全世界的观众打开了故宫的“历史之门”和博物院浩繁珍藏的“文化之门”[5]。

（3）2017年在我國江西红色旅游博览会上，在“红都”瑞金展区，一项名为“悦骑VR”的VR文旅产品吸引了许多人的关注。带上VR眼镜，骑上脚踏车，就可以随着骑行穿越“一苏大”等历史画面，犹如身临其境。由虚拟现实技术打造的文化旅游产品等红色旅游体验设备获得了用户的一致好评。

（4）国家自然科学基金会、国家863计划、“九五”攻关计划等都把VR列入了资助范围之中[6]。

6  展望

随着时代的不断进步，计算机技术创新的发展，以及虚拟现实技术的起步，给设计工作的工作理念和工作模式带来了创新动力，从根本上提高了设计工作的效率。与传统技术相比，虚拟现实技术打破了传统二维模型的约束，以丰富的设计手段，实现了设计过程中虚拟空间中种种数据的排列和组合，突破了空间的束缚，全方位模拟景观设计的最后效果，帮助设计师梳理设计中存在的问题，确保设计的合理性。因此，在以后的发展过程中，应不断引入先进的理念和技术，加速创新的脚步，为虚拟技术供应更多的应用保障，确保景观设计的科学合理化。同时，在真实的设计过程中，要求设计师们集思广益，使设计更加人性化，以适应当今时代的发展[7]。

7  结  论

运用虚拟现实技术可以帮助设计师更准确地使用美学规律表现出设计思想，使游客更充分地了解设计师的方案，对设计方案进行比较和权衡，使方案设计更加合理和完善。虚拟现实技术也对我国的景观设计产生了积极的影响。它可以优化和提高设计的投入和产出，使景观设计的信息处理更加科学、现代和系统，对提高我国景观设计水平具有积极的影响，对历史景观的恢复和规划景观的展示具有重要影响。

参考文献：

[1] 张辉，刘增良.虚拟现实技术在工业遗产保护中的应用 [J].海峡科技与产业，2013（9）：63-67.

[2] 胡亚希.虚拟现实技术在非物质文化遗产保护中的应用 [J].江西社会科学，2012，32（8）：196-200.

[3] 徐从意.探究虚拟现实技术在景观设计教学中的应用 [J].居舍，2019（33）：195.

[4] 庄静静.风景园林设计课程教学改革探讨 [J].现代园艺，2020（2）：211-212.

[5] 李娟.用数字技术再现圆明园全貌 [N].光明日报，2002-03-24.

[6] 汪成为.灵境（虚拟现实）技术的理论、实现及应用 [M].北京：清华大学出版社，1996.

[7] 支治，郭世永.基于物理台架的汽车人机工程学虚拟现实技术学习方式应用探索与实践 [J].教育教学论坛，2020（13）：223-225.

作者简介：张雪梅（1999—），女，汉族，山东济南人，本科在读，研究方向：园林规划设计;通讯作者：于守超（1979—），男，汉族，山东青岛人，副教授，硕士研究生，主要研究方向：园林规划设计的教学与科研。