三維模型在“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)中的應(yīng)用

李 慧 何 偉 鐘譽嘉

(北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，北京 100083)

目前，“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)安排基本上按照先理論講授、再課程實習(xí)、最后課程設(shè)計的模式進行，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用園林植物相關(guān)知識和獨立承擔園林規(guī)劃設(shè)計中植物景觀設(shè)計任務(wù)的能力。首先，通過大量的理論講授使學(xué)生基本建構(gòu)了相關(guān)的知識體系；其次，通過直觀的現(xiàn)場教學(xué)與調(diào)研實踐，增加學(xué)生的直觀感受，讓學(xué)生在頭腦中建立起現(xiàn)場與圖紙之間的聯(lián)系；最后，進行課程設(shè)計，由大尺度到小尺度，從規(guī)劃到設(shè)計，循序漸進。

另外，“園林植物景觀規(guī)劃”課程理論知識和案例的講授主要采用PPT展示的形式，以圖片和教師講授為主，缺乏師生間直接、可操作的互動媒介，學(xué)生很難短時間內(nèi)在頭腦中建立起植物空間的直觀感受。而在課程設(shè)計時，學(xué)生一般通過繪制的平面草圖與教師進行溝通，圖面上以圓圈或云線表達種植的植物。雖然學(xué)生和教師針對圖紙反復(fù)溝通，但對于初學(xué)者來說很難建立起圖紙與實體空間之間的聯(lián)系，致使空間尺度難以準確把握、教學(xué)效率受到影響。

一、三維模型的內(nèi)涵和特點

三維模型是物體的多邊形表示，可以通過計算機或者其他視頻設(shè)備進行顯示。三維模型可以表示任何自然界存在的物體，其被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、影視、建筑、交通等各個領(lǐng)域。通過三維模型的建立可以加強學(xué)生的空間感和現(xiàn)場感，訓(xùn)練學(xué)生對于各園林要素的體量、大小、比例等的客觀認識，因此其已成為風景園林設(shè)計類課程重要的輔助教學(xué)手段[1]。但以往的三維模型教學(xué)研究多針對硬質(zhì)空間設(shè)計，而園林植物景觀設(shè)計僅在最后成圖時用Auto CAD和Photoshop制作平面圖和效果圖，缺乏植物在三維模型中的推敲過程，二維的思考難以使學(xué)生直接感受到空間疏與密、開敞與圍合，更無法很好地完成實際效果和二維平面之間的轉(zhuǎn)化。因此，如何在園林植物景觀設(shè)計中運用三維模型，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，提升學(xué)生的空間設(shè)計能力，是現(xiàn)階段急需解決的問題。目前，風景園林領(lǐng)域常用的三維模型軟件有3Dmax、SketchUp(建模草圖大師)和Lumion(實時渲染)。

(一)3Dmax軟件

3Dmax是由美國的Autodesk公司開發(fā)的一種基于矢量的三維造型和動畫設(shè)計軟件，在動畫、仿真、工業(yè)設(shè)計、室內(nèi)設(shè)計、建筑設(shè)計等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。它主要運用計算機圖形生成和圖形處理功能模仿真實現(xiàn)象，建立模型，生成形象逼真的圖像或動畫[2]。由于其展示效果突出，3Dmax在建筑和景觀設(shè)計行業(yè)的效果圖制作方面應(yīng)用廣泛。但因其建模過程較為麻煩、操作繁雜、對硬件要求高等原因，很少有設(shè)計師將其作為工作模型使用。

(二)SketchUp軟件

SketchUp是由Google公司研發(fā)的一套直接面向方案創(chuàng)作的模型軟件，具有命令精簡、操作簡單、建模快速、易修改、軟件適用范圍廣等特點，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，特別受景觀設(shè)計師的追捧。

SketchUp是輕量化的建模軟件，其可以通過點、線、面推拉而形成三維模型，并且自帶材質(zhì)庫與模型庫，在建模過程中可隨時賦予材質(zhì)或插入模型，因其操作簡單、使用便捷而廣受設(shè)計人員的喜愛。它不僅可以輔助設(shè)計師在空間中進行構(gòu)思與推敲，而且還具有一定的展示功能，滿足與客戶交流方案的需求[3]。此外，SketchUp擁有強大的軟件接口，可與Auto CAD、3Dmax、Photoshop、Vray、Maya等多種軟件兼容，并且可以導(dǎo)出dwg、dxf、3ds、pdf、jpg、png、bmp、eps、epx、obj、xsi、kmz、fbx、vrml等多種格式文件，具有很強的輸出性，滿足設(shè)計中再編輯和展示的需求。

(三)Lumion軟件

Lumion由Act-3D公司研發(fā)，是時下最為流行的軟件之一，采用最新的GPU渲染技術(shù)，渲染效果即時顯示，在近年異軍突起[4]。這個軟件的最大優(yōu)點就在于人們能夠直接預(yù)覽并且節(jié)省時間和精力。Lumion是一個實時的3D可視化工具，涉及到的領(lǐng)域包括建筑、城市規(guī)劃和景觀設(shè)計。它既可以制作圖片作品，也可以制作動畫影像。Lumion的強大就在于它能夠快速高效地提供優(yōu)秀的圖像，并且支持多種格式傳輸，可以導(dǎo)入skp、dae、fbx、max、3ds、obj、dxf文件，導(dǎo)出tga、dds、psd、jpg、bmp、hdr和png文件。

5.產(chǎn)前7 d投服“金桃素（萬乳康）”和產(chǎn)后7 d投服“催乳宮炎（益母生化散）”，預(yù)防產(chǎn)前便秘和產(chǎn)后不食、無乳的發(fā)生，促進惡露的排出，杜絕子宮內(nèi)膜炎的發(fā)生，使母豬產(chǎn)后體質(zhì)迅速恢復(fù)。

(四)3種三維模型軟件的綜合對比

目前，在風景園林設(shè)計專業(yè)里應(yīng)用最廣、使用頻率最高的軟件是SketchUp。而Lumion隨著軟件的升級和功能的逐漸強大也被越來越多的設(shè)計師應(yīng)用，3Dmax相較于以上兩者操作難度較大，設(shè)計師應(yīng)用不多，但在下游的效果圖公司應(yīng)用廣泛[5]，見表1。

表1 3種三維模型軟件的綜合對比情況

二、三維模型在“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)中的應(yīng)用

在如今的風景園林設(shè)計領(lǐng)域，三維模型在設(shè)計構(gòu)思、推敲以及成圖等過程中發(fā)揮著重要的作用，并且成為了設(shè)計師所必須掌握的技能。然而，在園林植物景觀規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域中三維模型的應(yīng)用并不廣泛，筆者有必要討論三維模型在“園林植物景觀規(guī)劃”課程中的應(yīng)用。

(一)三維模型應(yīng)用于“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)的可行性

通過對比3Dmax、SketchUp和Lumion三款空間模型軟件，筆者發(fā)現(xiàn)以SketchUp為基礎(chǔ)，以Lumion為主的虛擬模型組合技術(shù)更符合“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)與實踐的要求。

“園林植物景觀規(guī)劃”課程一般在大三年級開設(shè)，學(xué)生通過之前的“園林設(shè)計”“園林建筑設(shè)計”等課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)基本掌握了SketchUp軟件的操作方法，SketchUp軟件足以為植物景觀空間營造建立環(huán)境基礎(chǔ)。但SketchUp軟件中的植物素材較少且過于卡通，與真實情況差距太大，且插入過多植物模型后軟件運行速度變慢、體驗感減弱，影響設(shè)計效率。而Lumion不能構(gòu)建模型，構(gòu)建的精準度不高，渲染出的圖像不如3Dmax真實[6]，但Lumion足以滿足“園林植物景觀規(guī)劃”教學(xué)過程中對于案例的展示和學(xué)生作業(yè)的推敲、演示。另外，Lumion與SketchUp兼容性良好，可在一定程度上彌補SketchUp軟件在植物種植方面的不足，并且Lumion自帶大量植物模型，在網(wǎng)上還可以免費下載植物拓展包，其植物素材真實，且按照植物形態(tài)、種類進行分類，方便設(shè)計者選擇使用，見圖1；Lumion操作時學(xué)生可直接將植物素材插入到空間模型之中，實時呈現(xiàn)設(shè)計效果，同時還可自由變換角度，方便學(xué)生理解植物處于近景和遠景的不同，有助于學(xué)生推敲設(shè)計的合理性；同時Lumion軟件操作過程像玩游戲一樣簡單，沒有復(fù)雜的菜單欄、工具欄，易于學(xué)生掌握。

圖1 SketchUp和Lumion軟件所提供植物素材的對比

(二)三維模型在“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)中實際應(yīng)用

通過上文對不同模型軟件的分析，筆者認為在“園林植物景觀規(guī)劃”課程中，運用如下方法可以發(fā)揮三維軟件最大的作用，提高“園林植物景觀規(guī)劃”課程課堂教學(xué)的效率和效果。首先，利用SkechUp建立場地的基礎(chǔ)空間模型；其次，再將基礎(chǔ)空間模型導(dǎo)入Lumion中，運用植物素材進行種植設(shè)計和推敲；最后，導(dǎo)出效果圖或動畫，見圖2。

1.應(yīng)用SketchUp軟件建立不同場地的基礎(chǔ)空間模型

SketchUp軟件建模原理簡單直接，線成面，面成塊，用體塊表達設(shè)計的想法。在植物景觀營造中，首先在SketchUp軟件中建立場地中的地形、水體、園路及廣場、建筑物，構(gòu)建出場地的基礎(chǔ)空間模型；其次，利用SketchUp軟件中不同的素材給模型賦予材質(zhì)，見圖3。

圖2 三維模型介入植物景觀設(shè)計教學(xué)的操作流程

圖3 SketchUp軟件構(gòu)建的基礎(chǔ)空間模型

2.應(yīng)用Lumion軟件進行植物景觀設(shè)計

(1)調(diào)整場地環(huán)境和模型材質(zhì)

將SketchUp軟件構(gòu)建的基礎(chǔ)空間模型導(dǎo)入Lumion軟件中。首先，調(diào)整模型所在的外環(huán)境場景、陽光強度、天氣；其次，利用軟件自帶素材賦予模型Lumion材質(zhì)，美化硬質(zhì)設(shè)計，增加場景真實度，見圖4。

(2)建立Lumion常用植物素材庫

Lumion軟件自帶一個龐大而豐富的素材庫，包含植物、建筑、汽車、人物、動物、街道、街飾、地表、石頭等，其中植物素材主要分為小葉樹木、中葉樹木、大葉樹木、針葉樹、棕櫚植物、草本植物、花卉、沙漠植物、樹叢、落葉等10個類別，滿足不同種類及形態(tài)的植物需求，見圖5。除此之外，網(wǎng)上還可以免費下載植物拓展包，或者根據(jù)需求配合Photoshop軟件定制植物素材。

圖4 應(yīng)用Lumion軟件調(diào)整模型材質(zhì)

在進行植物種植之前，優(yōu)先設(shè)定景觀場景所在地區(qū)以及場地設(shè)計目標，根據(jù)當?shù)貙嶋H情況核實植物素材準確性，建立場地所需植物素材庫。比如，若需要設(shè)計北京地區(qū)湖濱植物景觀，則需要先設(shè)想植物景觀主題，確認能在北京地區(qū)生長良好且耐水濕的植物，然后挑選所需喬木、灌木、草本。

圖5 Lumion軟件常用植物素材庫

(3)進行植物景觀設(shè)計及推敲

在明確場地植物景觀設(shè)計目標并準備好相關(guān)植物素材庫后，設(shè)計者即可開始進行植物模型設(shè)計。首先在現(xiàn)有空間模型的基礎(chǔ)上種植植物，并在空間中推敲植物模型；然后在場景中添加人物配景，通過調(diào)整視角，模擬鳥瞰、人視等不同角度，幫助設(shè)計者從空間實體角度考慮設(shè)計，以此觀察場景中植物空間尺度設(shè)計是否合理。除此之外，Lumion軟件還能改變太陽方位、太陽高度、光照強度、天空云量等參數(shù)，模擬出不同季節(jié)及天氣情況下的植物景觀效果，最終設(shè)計者通過多次推敲調(diào)整，確定最佳的設(shè)計方案。譬如，學(xué)生進行北京湖濱植物景觀塑造課程設(shè)計時，以柳樹營造湖邊舒適宜人的步行空間，通過低矮的草本花卉打開面向湖面的視線，再通過Lumion軟件模擬游人的不同視角，調(diào)整植物的搭配，最后選取、確定植物景觀的設(shè)計方案，見圖6。

圖6 不同視角下的植物景觀設(shè)計方案模型

3.成果展示

目前，Lumion軟件已經(jīng)更新到Lumion8.0，其功能和渲染成圖能力更加真實。通過Lumion8.0的特效功能調(diào)整陽光、陰影、體積云、色散、景深等環(huán)境參數(shù)，就能更好地反映不同天氣、光照條件下植物景觀的效果，見圖7。同時，Lumion8.0也支持動畫模式以及全景模式的出圖，見圖8和圖9。

學(xué)生使用三維模型在“園林植物景觀規(guī)劃”課堂進行交流匯報時，可以展示制作好的模型、效果圖、視頻和VR全景圖，以便直觀地與教師探討設(shè)計方案。

圖7 Lumion8.0調(diào)整特效參數(shù)的界面

圖8 Lumion8.0動畫模式操作界面

圖9 Lumion8.0全景模式操作界面

三、三維模型在“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)中的應(yīng)用效果

將三維模型引入“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)中，不僅幫助學(xué)生突破了二維平面化的思維模式，而且學(xué)生在模擬的空間環(huán)境中進行設(shè)計，擺脫了大量圖紙所造成的枯燥感。同時，在三維模型中，學(xué)生可以隨時變化視角，建立起平面圖形和實際效果圖之間的聯(lián)系。

在“園林植物景觀規(guī)劃”課程理論知識的講授過程中，教師可以在課堂上利用三維模型進行動畫展示，豐富教學(xué)形式。同時，通過理論知識與三維模型的對應(yīng)講解，可以使學(xué)生直觀地感受到優(yōu)秀案例的空間及尺度，增強學(xué)生植物景觀塑造空間的意識，從而使學(xué)生更深入地理解不同類型植物塑造空間的作用，并掌握植物景觀空間設(shè)計的方法。通過這種三維模型的引入，進一步加強了“園林植物景觀規(guī)劃”課程理論知識和實踐教學(xué)的穿插、融合，豐富了教學(xué)形式，提高了教學(xué)效率。

在“園林植物景觀規(guī)劃”課程設(shè)計階段，教師引導(dǎo)學(xué)生運用SketchUp軟件建立基礎(chǔ)空間模型，從空間視角理解場地，并導(dǎo)入Lumion中進行種植設(shè)計和推敲，模擬出實際場地的環(huán)境，使學(xué)生直觀感受空間的尺度，及時調(diào)整設(shè)計方案。這種方法成本低廉、操作簡便，具有很強的操作性和實踐性，學(xué)生能夠更好地理解從圖紙走向?qū)嵕?、以及從實景到圖紙的實現(xiàn)過程，提高了學(xué)生種植設(shè)計的能力。借助三維模型，學(xué)生可以直觀地看到自己的設(shè)計成果，在圖紙與現(xiàn)實效果之間建立起聯(lián)系，更容易發(fā)現(xiàn)圖紙上的問題，不僅方便修改，而且節(jié)約時間，為植物景觀方案的推敲和動態(tài)演示提供了可能性。

總之，三維模型在風景園林行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在園林設(shè)計方案形成的初期起到了重要的作用。而在“園林植物景觀規(guī)劃”課程教學(xué)中的應(yīng)用甚為罕見，筆者也只是運用這一技術(shù)對該課程設(shè)計進行了輔助教學(xué)。作為該課程教學(xué)的一種探索，今后如何利用這一技術(shù)支撐“園林植物景觀規(guī)劃”課程設(shè)計的教學(xué)與實踐，仍然是未來教學(xué)研究的一個方向，希望拋磚引玉，與同行專家共同探討。