三維虛擬VR技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用研究

王鵬

摘 要： 為了解決環(huán)境藝術(shù)設(shè)計無法讓用戶切實地感受真實、清晰的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計效果，研究三維虛擬VR技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用，通過分析三維虛擬VR技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中應(yīng)用情況，研究三維虛擬VR技術(shù)的實施流程、城市三維模型構(gòu)建以及具體應(yīng)用，其中城市三維模型的實現(xiàn)通過構(gòu)建建筑模型、城市部件、地形模型以及真實三維模型一系列操作共同實現(xiàn);分析三維虛擬VR技術(shù)在城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計、交通環(huán)境藝術(shù)設(shè)計以及小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的具體應(yīng)用。實驗結(jié)果表明，三維虛擬VR技術(shù)能提高環(huán)境藝術(shù)設(shè)計效果且用戶滿意度較高，提高了城市建筑施工的經(jīng)濟(jì)效益，說明三維虛擬VR技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中具有可行性。

關(guān)鍵詞： 三維虛擬; VR技術(shù); 環(huán)境藝術(shù)設(shè)計; 城市環(huán)境; 三維模型; 建筑工程

中圖分類號： TN911.73?34; TU986 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）12?0168?04

Abstract： Application of 3D VR technology in environmental art design is researched to resolve the problem that the existing environmental art design cannot let customers actually experience a real and clear environmental art design effect. The implementation process， 3D city model construction， and specific applications of 3D VR technology are studied by analyzing the application status of 3D VR technology in the city environment art design. The 3D city model is realized via a series of operations of building the architectural model， city parts， terrain model， and real 3D model. The specific applications of 3D VR technology in city garden environmental art design， traffic environmental art design， and residential environmental art design are analyzed. The experimental results show that the 3D VR technology can improve the environmental art design effect， has high user satisfaction， and can improve the economic benefits of urban building construction， which indicates that the 3D VR technology is feasible in environmental art design.

Keywords： 3D virtual; VR technology; environmental art design; urban environment; 3D model; architectural engineering

0 引 言

隨著城市信息化的發(fā)展，帶動三維虛擬VR技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，該技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及三維制圖技術(shù)，具備較強(qiáng)的綜合信息交互和感知能力。近幾年，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計在我國已取得明顯的進(jìn)步，人們對環(huán)境藝術(shù)的需求逐漸增強(qiáng)，因此將該技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計中，加強(qiáng)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計人員與使用者的交流溝通[1]，打破以往環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的局限性，設(shè)計出更符合人們需求，更加有融入感、沉浸感的環(huán)境藝術(shù)作品。三維虛擬VR技術(shù)具有良好的代入感，使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺，豐富的交互性能使用戶能主動進(jìn)行多種方式互動，新奇的構(gòu)思促使用戶在不同的環(huán)境中獲取新的知識，提高自我認(rèn)知。本文研究三維虛擬VR技術(shù)對城市環(huán)境藝術(shù)的具體應(yīng)用，提高了城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的工作效率和工作質(zhì)量。

1 三維虛擬VR技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中應(yīng)用

城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的許多方面都與三維虛擬VR技術(shù)有關(guān)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅能夠向用戶提供大量的現(xiàn)實信息，還能讓用戶感受到身臨其境的沉浸感[2]，是因為三維虛擬VR技術(shù)是基于事物的真實數(shù)據(jù)，在相關(guān)的設(shè)計要求和規(guī)定上塑造出一個真實感較強(qiáng)烈的視覺體驗。三維虛擬VR技術(shù)塑造的這種逼真的視覺體驗，有利于設(shè)計人員對細(xì)節(jié)漏洞的補(bǔ)缺，提高建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 三維虛擬VR技術(shù)的實施流程

三維虛擬VR技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)中具體的實施流程包括以下幾個步驟：對城市的環(huán)境實施三維虛擬VR時，確定整體的設(shè)計方案為第一要務(wù)，確認(rèn)方案后在AutoCAD三維軟件中對城市中的場景進(jìn)行基本的描繪，整理好的各種線條導(dǎo)入SketchUp中對線條進(jìn)行三維虛擬模型創(chuàng)建和貼圖處理;模型構(gòu)建完成后，將模型導(dǎo)入三維虛擬VR技術(shù)平臺對各種細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整[3]，在三維虛擬VR技術(shù)平臺內(nèi)對物體進(jìn)行大小、材質(zhì)等細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整并分析不同調(diào)整結(jié)果的應(yīng)用效果;最終得到具體的方案、三維效果圖等供選擇使用。圖1為三維虛擬VR技術(shù)的實施流程。

1.2 城市環(huán)境三維模型構(gòu)建

依照城市環(huán)境藝術(shù)的整體設(shè)計要求和地區(qū)的面積大小，本文所構(gòu)建的模型應(yīng)具有真實的空間信息以及地理信息，同時細(xì)節(jié)的紋理能準(zhǔn)確地表現(xiàn)模型的具體特點。為滿足模型的細(xì)節(jié)需求，進(jìn)行遙感拍攝得到的影像的分辨率應(yīng)在0.5 m以上，對點云數(shù)據(jù)的要求更為精確，建模所需的CAD數(shù)據(jù)來自測繪局比例1∶1 000，建筑物表面的紋理信息由單反獲取。

1.2.1 建筑模型構(gòu)建

將1∶1 000的大比例尺地形圖與從正方向拍攝的影像進(jìn)行匹配，在3ds MAX中從1∶1 000大比例尺地形圖中獲取建筑物是基底，如圖2所示，再將點云生成的DSM與DOM圖像進(jìn)行疊加后的圖像與地理信息進(jìn)行結(jié)合，從不同角度對待測量建筑高度實施多次測量[4]，將測量結(jié)果進(jìn)行算數(shù)平均求值，得到較為準(zhǔn)確建筑高度，并于3ds MAX軟件中進(jìn)行建模。

1.2.2 城市部件

根據(jù)從圖2中獲取的CAD數(shù)據(jù)對精細(xì)部件的具體位置進(jìn)行提取，其屬性特征來源于實地采集的紋理圖像。由獲取的城市部件信息在三維虛擬VR軟件中構(gòu)建三維模型，并對其實施貼圖操作使獲取的紋理數(shù)據(jù)真實可信。圖3為具體城市部件的圍墻的三維模型。

1.2.3 地形模型

提取CAD數(shù)據(jù)中的高程點，高程點即為攜帶高程值的點，根據(jù)高程點對地表的TIN模型進(jìn)行模擬[5]，下一步依照生成的TIN模型生成數(shù)字地面模型DEM，從DEM圖中分析該區(qū)域的地形情況。

1.2.4 真實三維模型

本文通過對真實的三維模型實施包括準(zhǔn)確性、針對性以及完整性等檢查，并將其與周圍的環(huán)境進(jìn)行整合，得到真實的三維場景，圖4為構(gòu)建的三維模型的整體概況。

從圖4三維模型的整體概況可以看出，采用三維虛擬VR技術(shù)將一定范圍內(nèi)的所有模型整合在一個相同的環(huán)境下，顯示整體模型的可視化效果較好。

通常三維虛擬VR技術(shù)的研究內(nèi)容一方面為其自身的軟件及硬件能力，另一方面為該技術(shù)在實際的應(yīng)用情況。下文重點研究該技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)規(guī)劃中的應(yīng)用情況，從不同角度分析城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的具體應(yīng)用。

1.3 城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中園林景觀設(shè)計采用三維虛擬VR技術(shù)來對真實的園林景觀進(jìn)行模擬，對城市園林景觀建設(shè)具有關(guān)鍵作用。城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中需對園林景觀進(jìn)行渲染[6]，是設(shè)計者重點考慮的問題，園林環(huán)境藝術(shù)中具有較多品種的樹木，房屋建筑較少，造成對園林環(huán)境建模的難度較大。三維虛擬VR技術(shù)多利用面片建模和動態(tài)貼膜手段實現(xiàn)對園林景觀藝術(shù)的設(shè)計。圖5為城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計建模流程。

構(gòu)建城市園林環(huán)境藝術(shù)模型包括靜態(tài)景物和動態(tài)景物。三維虛擬VR技術(shù)利用計算機(jī)技術(shù)將人視覺用先進(jìn)的相機(jī)鏡頭代替，在虛擬的環(huán)境藝術(shù)中依照設(shè)定的園林路線構(gòu)成一定游覽路線，較大程度上體驗整個園林空間的意境氛圍，使用戶充分感受園林環(huán)境藝術(shù)。用戶也能夠在園林環(huán)境藝術(shù)中隨意選擇園林游覽路線，將園林中所有的景觀要素與用戶的動態(tài)游覽路線相結(jié)合，得最佳園林游覽路線。采用三維虛擬VR技術(shù)在城市園林環(huán)境藝術(shù)中能讓用戶充分感受城市園林環(huán)境藝術(shù)整體設(shè)計，沉浸感較高[7]。

1.4 城市交通環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動城市車輛數(shù)量急速增長，導(dǎo)致了巨大的城市交通壓力，既影響城市交通秩序又威脅人民生命財產(chǎn)安全。利用三維虛擬VR技術(shù)構(gòu)建城市交通環(huán)境系統(tǒng)有利于緩解城市交通壓力，三維虛擬VR技術(shù)采用各種感知設(shè)備對城市道路進(jìn)行有效的監(jiān)管。城市交通環(huán)境設(shè)計以真實的道路對基礎(chǔ)、對城市交通中各條街道進(jìn)行三維虛擬仿真。設(shè)計者能針對不同的道路交通狀況對城市交通環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，尋求最佳的城市交通環(huán)境實現(xiàn)合理的交通規(guī)劃。城市交通環(huán)境藝術(shù)中虛擬道路的設(shè)計，不同的對象之間采用不同的空間位置關(guān)系進(jìn)行組合[8]，首先需要構(gòu)建其中一個對象，其余對象的位置關(guān)系根據(jù)該對象進(jìn)行放置。綜合整個城市交通環(huán)境，建立街道路口為最優(yōu)選擇，因為路口除作為基本對象外，還能起到基線作用。應(yīng)以路口實際交通狀況來構(gòu)建虛擬道路，接著以其他參考物為參照，把交通信號燈、往來的車輛情況等分別放在合適的位置;對道路發(fā)生的不同情況，利用Java Script進(jìn)行腳本語言修改[9]。圖6為三維虛擬單交通路口設(shè)計流程圖。

1.5 城市小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

將三維虛擬VR技術(shù)應(yīng)用于城市小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中，基礎(chǔ)建模階段要準(zhǔn)備的內(nèi)容包括小區(qū)內(nèi)各種建筑特征以及自然環(huán)境特征，采用三維虛擬VR技術(shù)改變傳統(tǒng)小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中與周邊環(huán)境無法融合、突兀性強(qiáng)的弊端[10]。將規(guī)劃建設(shè)好的建筑安置于三維虛擬環(huán)境中，達(dá)到要求即可進(jìn)行真實城市小區(qū)環(huán)境建設(shè)，縮短環(huán)境藝術(shù)設(shè)計時間。采用三維虛擬VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬小區(qū)，隨時可對小區(qū)任何地點進(jìn)行漫游，對綠化建設(shè)以及設(shè)施配置等進(jìn)行監(jiān)控和管理。

2 實驗分析

實驗為驗證本文三維虛擬VR技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用效果，現(xiàn)對采用三維虛擬VR技術(shù)設(shè)計的某東部沿海城市的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計效果進(jìn)行分析。

實驗通過對某城市的用戶發(fā)放問卷調(diào)查的形式，對上述實驗獲得的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計效果圖以及該城市當(dāng)前的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計效果進(jìn)行調(diào)查，從而分析三維虛擬VR技術(shù)的實際應(yīng)用效果。

實驗在該城市的某小區(qū)附近向居民發(fā)放100份調(diào)查問卷，其中為得到不同年齡段居民對城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的評價，調(diào)查問卷向青年、老年以及青少年三種年齡段的居民進(jìn)行發(fā)放，實驗結(jié)束后收回100份調(diào)查結(jié)果，調(diào)查結(jié)果的有效率為100%;評分標(biāo)準(zhǔn)為百分制，調(diào)查問卷中包括居民對設(shè)計成果的直觀感受、方案簡潔性評價、環(huán)保性評價、實用性評價以及可實施評價。將收回的100份調(diào)查問卷每10份為一組，統(tǒng)計10組的調(diào)查問卷的平均分。

用表1和表2分別描述不同的調(diào)查結(jié)果，對比兩個表中數(shù)據(jù)可知，采用三維虛擬VR技術(shù)的城市環(huán)境藝術(shù)的各項評分結(jié)果均優(yōu)于該小區(qū)過去的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計效果，說明三維虛擬VR技術(shù)在提高城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的滿意度較高。

對城市的建筑工程進(jìn)行環(huán)境藝術(shù)設(shè)計時運用三維虛擬VR技術(shù)，能夠提高對建筑工程材料和建筑框架成本預(yù)算的準(zhǔn)確度，降低預(yù)算出錯造成的大量額外的支出，有效避免因預(yù)算出錯而誘發(fā)的各種問題。

3 結(jié) 論

本文研究三維虛擬VR技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用，分析三維虛擬VR技術(shù)的具體實施流程，并對城市環(huán)境三維模型進(jìn)行構(gòu)建，增強(qiáng)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計的真實感。結(jié)果表明，實際應(yīng)用的滿意度較高且提高了對建筑工程環(huán)境藝術(shù)設(shè)計工程預(yù)算的準(zhǔn)確度。

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