虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)和實(shí)踐的探索★

郭 楊 張 雷

(1.哈爾濱學(xué)院藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150086; 2.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150086)

隨著電腦技術(shù)和軟件的發(fā)展，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)成果表現(xiàn)從一維的文字符號(hào)、二維的平面圖形到三維的模型沙盤、效果圖和動(dòng)畫等，經(jīng)歷著不斷地演變和提升。計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展提高工作效率，縮短設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新興技術(shù)手段可以彌補(bǔ)之前靜態(tài)媒介形式的不足，從動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、多角度展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。學(xué)校教學(xué)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓學(xué)生直觀感受設(shè)計(jì)方案，從空想的平面圖紙直接實(shí)現(xiàn)虛擬的真實(shí)空間，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)應(yīng)用型設(shè)計(jì)人才。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR)，又譯為臨境，靈境或人工環(huán)境。20世紀(jì)80年代初，由美國(guó)VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾(Jargon Lanier)提出。虛擬現(xiàn)實(shí)是集計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)并行處理技術(shù)、立體顯示技術(shù)、仿真技術(shù)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜合發(fā)展的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)[1]。其特點(diǎn)在于以模仿的方式為用戶創(chuàng)造一種虛擬環(huán)境，通過視覺、聽覺、觸覺等感知行為使用戶沉浸于虛擬的環(huán)境中[2，3]。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)末興起的一門綜合性信息技術(shù)。1929年，愛德華·林克設(shè)計(jì)出用于訓(xùn)練飛行員的模擬器;1968年伊凡·蘇澤蘭研制帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器;1976年Myron Kruger完成了Videoplace原型，創(chuàng)建由參與者動(dòng)作控制的虛擬世界;1984年，美國(guó)宇航局NASA研究中心開發(fā)了火星探測(cè)虛擬視覺現(xiàn)實(shí)器;21世紀(jì)以后，VR軟件開發(fā)系統(tǒng)不斷完善和發(fā)展，世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)博覽會(huì)在倫敦開幕，世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)球網(wǎng)在英國(guó)投入運(yùn)行[4]。我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用較晚，但發(fā)展迅猛，北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系于2000年成立了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和北方工業(yè)大學(xué)都對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究奠定了基礎(chǔ)。2010年的上海世博會(huì)通過虛擬規(guī)劃設(shè)計(jì)、館內(nèi)虛擬展示和網(wǎng)上世博三個(gè)方面的展現(xiàn)，使我國(guó)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)繁榮發(fā)展。到目前為止，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用到航天、軍事、通信、醫(yī)療、教育、藝術(shù)、娛樂、建筑和商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域[5]。

1.3 常用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生后的幾十年中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各種虛擬技術(shù)相應(yīng)出現(xiàn)，應(yīng)用較多的主要有:VRML，Multigen Vega，Cult3D，Virtools，360 全景以及國(guó)產(chǎn)的 WEBMAX，3DVRI和 VR-Platform 等[6]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與風(fēng)景園林設(shè)計(jì)

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在風(fēng)景園林方向應(yīng)用較少，多應(yīng)用在與其相關(guān)的城市規(guī)劃和建筑領(lǐng)域。美國(guó)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)洛杉磯和拉斯維加斯兩個(gè)城市改造進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn)，用于評(píng)價(jià)城市設(shè)計(jì)和規(guī)劃的方案[7];英國(guó)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬倫敦的威斯敏斯特教堂及周圍建筑群和環(huán)境，讓用戶身臨其境。深圳福田中心區(qū)和上海浦東新區(qū)建立的城市模擬系統(tǒng)，實(shí)時(shí)人機(jī)交互界面，對(duì)城市進(jìn)行漫游[8];浙江大學(xué)開發(fā)的虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游環(huán)境[9];故宮文化遺產(chǎn)數(shù)字化應(yīng)用研究所構(gòu)建的“虛擬紫禁城”;南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院園林虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室等。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的作用

1)多維方案展示，提高效率，節(jié)約成本。在沒有應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之前，通過設(shè)計(jì)圖紙、效果圖等二維和三維的圖紙展現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)師可以從不同角度全方位的審視、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以對(duì)環(huán)境做出預(yù)期的感受和觀測(cè)，提高工作和匯報(bào)方案的效率，又節(jié)省打印圖紙的費(fèi)用和節(jié)約紙張。

2)實(shí)時(shí)互動(dòng)，有效公眾參與。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)多數(shù)都是大眾性項(xiàng)目，是由政府承擔(dān)建設(shè)為人民群眾構(gòu)建美好環(huán)境。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)作為一個(gè)較為專業(yè)的領(lǐng)域，在向大眾征詢?cè)O(shè)計(jì)意見時(shí)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓決策者、投資者和公眾等非專業(yè)人士更好地融入設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)互動(dòng)，真實(shí)地看到設(shè)計(jì)效果，身臨其境地掌握周圍環(huán)境和理解設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想。

3)直觀感受，輔助教學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生在學(xué)習(xí)階段對(duì)于自己的設(shè)計(jì)還只停留在平面圖的布局中，不能完全的在立體空間中構(gòu)想，通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人機(jī)交互方式，將設(shè)計(jì)作品通過屏幕展示，模擬設(shè)計(jì)場(chǎng)景，進(jìn)行方案的直觀感受和比較，更有效地提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力和學(xué)習(xí)效率，比老師重復(fù)N遍更具有直接性。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)的實(shí)踐探索

3.1 教學(xué)內(nèi)容的探索——教學(xué)軟件的掌握

最終實(shí)現(xiàn)展現(xiàn)的效果，需要經(jīng)過繪制平面圖—構(gòu)建三維場(chǎng)景—基于平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集成三個(gè)流程。為了學(xué)生更好地展現(xiàn)，應(yīng)該掌握以下的主要軟件知識(shí)。

1)二維平面軟件。平面圖繪制是建模的基礎(chǔ)，需要掌握AutoCAD的基礎(chǔ)繪制知識(shí)，才能準(zhǔn)確、規(guī)整的體現(xiàn)設(shè)計(jì)平面圖?；贏utoCAD的平臺(tái)技術(shù)，軟件商進(jìn)行了二次開發(fā)，如天正軟件、湘源控規(guī)軟件等都是優(yōu)秀的二維設(shè)計(jì)軟件，需根據(jù)自己的專業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握。對(duì)于平面圖的編輯還需要掌握Photoshop，繪制彩色平面和立面圖，進(jìn)行后期的貼圖和排版等制作。

2)三維建模軟件。關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過很多軟件進(jìn)行建模，選擇那些應(yīng)用性強(qiáng)、使用頻率高、易于掌握的軟件作為教學(xué)重點(diǎn)。如3DMAX和SketchUp是風(fēng)景園林設(shè)計(jì)專業(yè)必須掌握的建模軟件。由于SketchUp易于掌握、高效、快速的模型建立，常作為設(shè)計(jì)方案時(shí)效果表現(xiàn)，提高設(shè)計(jì)效率。3DMAX作為最終效果展現(xiàn)而應(yīng)用。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)軟件

目前常用的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)有 VRML，Virtools，Multigen creator＆vega，Vrp，Vrmap等。VRML是基于網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)工具。Virtools應(yīng)用于游戲開發(fā)及樓盤展示。Multigen creator＆vega多用在視景仿真、汽車、飛機(jī)訓(xùn)練的模擬系統(tǒng)。Vrp和Vrmap都是國(guó)內(nèi)開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如數(shù)字城市、電子沙盤及地形仿真、智能大廈、房地產(chǎn)展示、水利與自然災(zāi)害等專題分析與仿真、遙感測(cè)繪與土地管理等[10]。

3.3 實(shí)踐的探索——構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室

構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)是風(fēng)景園林專業(yè)的大趨勢(shì)，它可以輔助教學(xué)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率。如天津城市建設(shè)學(xué)院于2007年投入使用的“數(shù)字城市與虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室”;曼恒數(shù)字為四川大學(xué)施工建設(shè)的“綠色建筑虛擬設(shè)計(jì)與環(huán)境模擬分析實(shí)驗(yàn)室”;曼恒數(shù)字為南京林業(yè)大學(xué)開發(fā)的風(fēng)景園林虛擬仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)、智能控制技術(shù)和交互設(shè)備，進(jìn)行三維立體展示，輔助園林設(shè)計(jì)的教學(xué)和科研工作，建設(shè)人機(jī)實(shí)時(shí)交互操作的體驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，滿足學(xué)校的教學(xué)、科研及產(chǎn)業(yè)合作等綜合功能。

4 結(jié)語

風(fēng)景園林設(shè)計(jì)這個(gè)專業(yè)需要不斷地與環(huán)境保持親密接觸，關(guān)注周圍事物。通過運(yùn)用VR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)互動(dòng)，徹底打破空間、時(shí)間的限制實(shí)現(xiàn)零障礙接觸，探索一種新的教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對(duì)方案設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性。

[1] 王 荔，王明川.虛擬的詩(shī)意棲居——搭建傳統(tǒng)園林文化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)間的“方案橋梁”[A].自主創(chuàng)新與持續(xù)增長(zhǎng)第十一屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集[C].2009.

[2] 許 微.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009(2):279-280.

[3] 陽(yáng)化冰.虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)造語言VRML[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2000.

[4] 祝 曉.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助園林規(guī)劃設(shè)計(jì)研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)碩士論文，2011.

[5] 李 敏，韓 豐.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述[J].軟件導(dǎo)航，2010，9(6):142-144.

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[9] 詹姆斯·斯蒂爾.當(dāng)代建筑與計(jì)算機(jī)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.

[10] 王曉麗，趙曉春.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山東林業(yè)科技，2007，2(169):88-90.