增强现实技术在园林植物群落规划设计中应用

马兆卫

摘 要：随着计算机技术的飞速发展，增强现实技术得到了越来越多的重视，成为当下最热门的技术之一。分析增强现实技术在园林植物群落设计方面的应用意义，并结合相关设计实例探索相关模型的构建，并通过对常州地区常用园林植物的三维可视化处理实现部分植物的虚拟展示，以此来搭建常州地区城市园林植物素材库，为后续的园林植物虚拟展示提供资料。

关键词：增强现实技术;园林植物群落;虚拟展示

课题项目：本文系江苏城乡建设职业学院校级课题科研项目“增强现实技术在园林植物群落设计中的应用研究”（2019KYC016）研究成果。

数字时代的到来，使风景园林、景观建筑和城市规划等相关行业和领域都发生了翻天覆地的变化。园林植物群落的虚拟设计可利用增强现实技术打破时空的限制，打破虚拟与现实之间的隔阂。传统的图像、视频展示不能将植被所处的空间、场景等一系列现实性信息全部展现，而增強现实技术能够很好地做到。虚拟式园林植物场景可以展示植物群落真实、全面的信息，为设计、欣赏等相关环节提供丰富的数据支持。同时，将增强现实技术融入园林植物群落设计能为用户提供虚拟仿真场景的新奇体验。

实现植物群落设计过程中的互动和交流、实现公众参与和动态体验、实现植物群落设计的资源节约是该技术的突出优势。目前，增强现实技术在园林植物中的应用主要集中在现实场景的虚拟重建及虚拟展示方面。本文将以三维模型为基础，结合增强现实技术与设备，研究园林植物群落景观的整体构建与虚拟展示的原理和方法。

一、增强现实技术在园林植物群落设计中的应用意义

（一）实现植物群落设计过程中的互动和交流

传统的风景园林设计表现方式可分为语言文字、手绘图纸、实物模型和计算机表现四种类型。随着科技的进步，互联网技术与计算机技术不断迭代，出现了越来越多新型的多媒体展示手段。传统的展示方式已逐渐无法满足客户对设计的要求，因此需要较为新颖的展示手段对园林的效果进行展现，也需要其所能表现的效果越来越逼真。基于虚拟仿真技术、三维模型技术、交互跟踪技术的增强现实技术，实现了表现方式的实时、交互、动态，有着更好的表现效果。

以增强现实技术为表现手段的园林植物群落设计，从某种程度上改变了人们设计和交流的方式。在以体验为主的信息时代，互动性成为展示设计最重要的特征之一。这种具有新的表现手段的园林植物群落设计打破了原本静态展示的单向性信息传递，通过多类型的交互方式，展现出虚拟设计互动交流的性质。从某种意义上来说，与传统展示形式相比，互动交流是虚拟展示更加鲜明的特点。

（二）实现公众参与和动态体验

目前，一些风景园林项目的展示方式较为传统，在展示效果上缺乏吸引力，其主要原因是体验感与互动性的缺失使其无法达到最佳的宣传和参观效果。如果将园林植物群落的展示、宣传与增强现实技术相融合，参观者就可以不受时间与空间的限制，随时随地参观园林，进而大大增强他们前往实地参观的欲望。这种新颖的展示形式所带来的宣传力度将使园林获得意想不到的宣传效果。不仅如此，将增强现实技术运用到风景园林展示中，可将园林景区规划与科技化、现代化相结合，将体验的理念加入园林植物当中，从而达到更好的科普效果。新颖的展示方式不仅能提升植物群落展示效果的多样性，而且能增强其公共服务的功能，使植物群落更有吸引力。总之，将园林植物群落设计与增强现实技术相结合，能实现植物展示时空的跨越，使用户能够更好地观赏植物群落。对园林植物进行数字化处理，能够将处于不同时期的植物群落效果进行展现，帮助用户体验身临其境的视觉效果，弥补人们无法真实观赏的遗憾。除此之外，还可以将现代技术手段放入园林设计内进行综合应用，实现多种展示效果，更有利于增强景区的吸引力。

（三）实现植物群落设计的资源节约

利用数字化技术可以大大节约园林景观开发中的资源。增强现实技术可以在风景园林原貌的基础上大力挖掘其文化价值和经济价值，将风景园林景区的设计图纸转变成立体、形象的模型展现在游客面前。该技术的应用可以使设计师在虚拟空间中进一步完善设计，以此来更好地表达设计意图，展现设计方案，也可以使设计者与施工人员之间实现最大程度的沟通交流，有利于设计方与施工方的成本节约，减少传统沟通过程中对于时间成本及资源成本的浪费，从而改善整体施工的效果。这种方式不仅可以帮助相关部门在进行园林规划时提高策略的科学性，还可以在设计过程中大大节约资源。

二、增强现实技术在园林植物群落设计中的

三维模型构建

增强现实技术可以打造虚拟空间，逼真地模拟现实世界，从视觉、听觉、触觉上给人一种真实的感觉。首先，需要有精准的模型来作为表现“真实”的基础。风景园林中的大多数模型都是植物模型。其次，还应有部分建筑模型和地形模型。这些模型在建模方法上主要采取图像建模。目前，大多数设计师在进行园林设计时，所采用的设计软件主要有AutoCAD、3D MAX、SpeedTree、Photoshop等。本文所介绍的设计制作过程中使用的所有模型，均采用上述软件进行创建和处理。此外，设计时必须要考虑到场景的尺寸、纹理、材质等一定要符合增强现实系统的制作规范，这些都将影响到后期的控制管理。

（一）园林植物群落设计中植物三维模型的构建

本文将以常州地区部分园林植物为例对其进行可视化制作，实现植物的虚拟展示，并力求通过后续系列的研究构建本土区域园林植物的素材库，为今后的植物景观设计的虚拟展示提供资料。本文的示例植物来源于常州市东坡公园，具体制作流程如下。

以常州东坡公园内的大叶栀子花为例，具体的模型参数信息为：大叶栀子花高1.2米左右，叶片较大，呈长圆形，叶片茎结明显，花朵大且重瓣。该植物的叶片多为对生或三叶轮生，长7～14厘米，宽2～5厘米，有短柄，革质，倒卵形或矩圆状倒卵形，先端渐尖，色深绿，有光泽，托叶鞘状。6月开大型白花，花最大可达10厘米，单生于枝端或叶腋，径约7厘米，萼裂片6，呈线状，重瓣，具浓郁芳香，有短梗。果实倒卵形或长椭圆形，长3～7厘米，径1～1.5厘米，黄色，纵棱较高，果皮厚。将植物的形态结构通过一系列的参数进行呈现，方便对其进行数字化处理。图1为采用相关设计软件对数据进行处理所打造的三维虚拟植物模型。

（二）园林植物群落设计中虚拟地形场景的构建

地形是虚拟场景设计的一个重要部分，要想将虚拟植物群落展示好，就必须使场景具有极高的真实度。园林植物群落中的地形初始模型是一个可编辑的平面。在对地形结构进行编辑修改时难度不是很大，因为除了园区内的水域部分，其他地方的地形相对平整，变化不多。首先，结合植物群落的真实地形创建虚拟地形轮廓。地形的创建编辑是虚拟场景创建的开端。通过Unity软件创建地形轮廓，并在一个完整场景中利用多个自然地形信息进行组合。其次，利用高度图表现地形起伏。利用高度图可以打造场景地形的高低起伏，因此高度图在创建地形的过程中异常重要。高低起伏的地形需要借助于高度图中灰度值的变化，假如灰度值的差别很小，地形就会相对平坦。因此，高度图中灰度值的大小与地形的起伏呈正相关，改变灰度值能创建出高低起伏的地形场景。最后，用装饰贴图表现地形的质感。高度图仅仅与地形起伏相关，无法展现场地的颜色、纹理、质感等属性。要想展现场地质感就需要设置材质贴图。例如：通过材质贴图表现草地、砂石、泥土等地表肌理，展现地表材质、颜色搭配及纹理效果。

（三）园林植物群落设计中建筑模型的构建

虚拟场景中，建筑模型是场景展现的另一个重要部分，要想将虚拟植物群落展示好，就必须要有真实度极高的建筑模型来衬托。场景中的建筑模型比较复杂，需要先对现场进行拍照，而后根据照片和建筑相关书籍资料来创建模型，并且所有模型创建完毕后，需要对模型细部进行细化，以此来增加建筑模型的真实度。同时，建筑模型材质贴图的制作需要查阅大量与古建筑相关的书籍资料，这样才能制作出具有真实感的贴图。在渲染时，为了使建筑的细节表现更加逼真、画面更加清晰，需要使用环境阻光功能。材质贴图需要反复在VRay渲染器中进行渲染测试，然后调整、修改，以此来达到更逼真的效果。除此之外，古建筑贴图的分辨率一定要合适，一般要将贴图大小控制在2048×2048像素以内，以此来避免材质贴图文件过大影响系统运行速度。

增强现实技术是一种新型的人机交互手段，将增强现实技术融入园林植物群落设计，能为用户提供基于现实的仿真虚拟场景的新体验，实现植物群落设计过程中的互动和交流、公众参与和动态体验、植物群落设计的資源节约。通过系列植物群落模型的创建，力求通过后续的研究构建常州地区城市园林植物的素材库，为后续的植物景观设计的虚拟展示提供资料。

参考文献：

[1]胡海辉，于雷，马珂馨，等.虚拟现实技术在园林植物群落设计中的应用[J].湖北农业科学，2019（16）：80-83，103.

[2]王宏信，赵月宁.虚拟现实技术在园林景观设计中的应用[J].河南科技，2011（15）：53-54.

作者单位：

江苏城乡建设职业学院