基于交互應用的園林路徑特征采集實驗

由申　朱蓉

摘要：為了采集寄暢園路徑空間的藝術(shù)特征?；贘ava語言并采用Processing開發(fā)環(huán)境搭建了實驗性的園林信息標注平臺，并根據(jù)景觀設計原理實現(xiàn)了寄暢園路徑空間的數(shù)據(jù)建模，結(jié)合空間藝術(shù)理論對其路徑空間進行了特征分析。在實驗反饋中，將藝術(shù)特征的可視圖形作為樣本的驗證介質(zhì)，通過樣本比較，將寄暢園的路徑空間提煉為模板化的路徑線形，以此線形可以擴展出具備類似空間特征的景觀空間設計。并依據(jù)空間藝術(shù)特征和線形模塊的對應關(guān)系，提出了基于數(shù)據(jù)儲備的園林設計需求反饋方案。

關(guān)鍵詞：空間藝術(shù)?空間數(shù)據(jù)模型?數(shù)字化設計

中圖分類號：TP311.1

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）05-0064-04

Abstract：To collect artistic characteristics of the path space of Jichang garden.An experimental platform for annotation of garden information is established based on Java language and Processing development environment.Data modeling of path space of Jichang garden is realized according to the landscape design principle.With the combination of spatial art theory，characteristics analysis of its path space is carried out.From the experimental feedback，visual graphics of artistic characteristics are taken as the medium for verification of samples.Through comparison of samples，the path space of Jichang garden is extracted into the templated path line，with which a landscape space design with similar spatial characteristics can be extended out.According to the corresponding relationship between spatial art characteristics and linear?modules，a feedback scheme on requirements of garden design based on data reserve is put forwarded.

Keywords：Space Arts T-GIS Digital Design

引言

參數(shù)化景觀設計離不開時空地信模型的研究，T-GIS（TemporalGeographic Information Systems）[1]的研究推動了參數(shù)化交互應用的完善，廣泛應用的包括GIS和BIM，除此之外，在園林空間句法研究中Depthmap模型表現(xiàn)出色，在異形參數(shù)化設計研究中Rhino+ Grasshopper設計模式逐漸成熟[2]。在研究反饋中，一些應用吸收了G-Field模型進行數(shù)據(jù)管理[3]、EDGIS模型進行時態(tài)管理[4]、Geo atom模型進行交互管理。可以看出，T-GIS模型研究提高了交互應用的研析能力，研究者借此通過對事件和對象的建模來分析和解決實際問題。

但僅靠T-GIS還不足以解決空間設計研究問題。在以往的選線策略研究中，GIS的選線策略考量的主要是成本核算問題[5].但在設計項目中，選線計劃還需要根據(jù)社會環(huán)境和計劃需求來調(diào)整，例如在城市危險品的運輸選線中GIS可以結(jié)合博弈論進行復合策略的求解[6]。除此之外，景觀設計中更多的考量在于具體的空間構(gòu)型，這時候Depthmap在一定程度上將現(xiàn)實空間的句法特征反饋給了設計研究者，例如句法模型可以從可視化層面對中國江南私家園林的空間特征進行反饋[7]。輸出的圖樣也應當易于研究者讀懂和理解，并能夠?qū)ΡＷo更新方案進行評價分析，探索規(guī)劃可行性和科學性，并輔助總結(jié)設計策略[8]。

因此，為了園林設計語言的實驗求解，以中國無錫寄暢園為實驗樣本，構(gòu)建了對其內(nèi)部選線空間的藝術(shù)特征采集實驗，并通過控制求解樣本的構(gòu)形特征，提出了求解方案。

一、研究策略

（一）實驗樣本：本文選取了寄暢園為研究樣本，寄暢園坐落在無錫市西郊東側(cè)的惠山東麓，始建于明嘉靖初年，占地約10000平方米，地形呈不規(guī)則的梯形，南北長而東西窄，中間曠闊。園的規(guī)劃布局特點，以池為主，池水隨形依勢，南北長約90余米，東西寬約20余米，面積雖僅0.17公頃，卻給人以巨浸空澄，一泓凈碧之感，名池為“錦匯漪”[9]（如圖1）。

（二）研究框架：通過對寄暢園的資料搜集與調(diào)研，寄暢園在20世紀初經(jīng)國家文物局批準對進行了恢復重建，經(jīng)過實驗考量，選擇了19世紀90年代的寄暢園平面圖紙作為采集樣本。然后通過對空間數(shù)據(jù)的采集和建模將寄暢園的空間特征進行可視化輸出，通過對求解樣本和選線樣本的可視化特征對比，根據(jù)設計構(gòu)形需求進行設計語匯的求解（如圖2）所示。

（三）采集程序的搭建（如圖3）：實驗交互采集環(huán)境開發(fā)應用的是Java語言和Processing的編程環(huán)境，采集數(shù)據(jù)被封裝為了路線、路徑和圍合邊界對象。在實時交互方面，數(shù)據(jù)池被交互模塊和顯示模塊統(tǒng)一調(diào)用，通過I/O流將采集數(shù)據(jù)解封并存儲到本地，在程序啟動時會被初始化到程序中并重新封裝，程序流程（如圖4）所示。

（四）采集交互模塊設計：客觀評價界面元素的布局美度，有6個美度指標：平衡度、對稱度、整體度、簡潔度、密集度和凝聚度，在交互過程中會出現(xiàn)數(shù)據(jù)計算問題，交互事件包括移動和縮放視圖10。

在交互過程中，鼠標點擊位置與采集坐標，與底圖中心坐標、底圖寬度、高度、坐標移動的軸向距離及底圖縮放系數(shù)有關(guān)。因此在交互過程中顯示采集數(shù)據(jù)時，需要根據(jù)相對位置進行動態(tài)判斷。

Rx，Ry：相對采集坐標，R∈[0，1]。

Mx，My：鼠標位置坐標，M∈[0，界面軸向尺寸]。

Cx，Cy：底圖中心位置坐標，C∈[0，界面軸向尺寸]。

Pw，Ph：底圖尺寸，P∈（0，實時交互尺寸]。

X，Y：實時顯示坐標，X，Y∈[0，+∞）。

采集公式：

公式

（五）選線模型

為了在實驗程序中實現(xiàn)選線反饋，通過交互采集方式確定了路線模型，相對于GIS的柵格或矢量模型（如圖5）在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上更加直接。

為了實現(xiàn)選線的反饋，本文制訂了通過交互方式架構(gòu)路線關(guān)系的采集方案（如圖6）所示，將路線的采集方式分為3種類型。

baseline：自由樣條線，包含若干自由節(jié)點。

branch：分支線，起點依附于其他線上。

bridge：銜接線，起點和終點都依附于其他線上。

通過對寄暢園路線的交互采集，架構(gòu)了可查詢的選線模型，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)吻合于寄暢園中的游線（如圖7）所示。

二、園林空間藝術(shù)特征的提取

（一）藝術(shù)特征數(shù)據(jù)計算：園林空間可供量化的典型藝術(shù)特征包括圍合關(guān)系[11]、分形關(guān)系[12]、空間節(jié)奏[13]。真正能夠在園林設計項目中應用上的是空間開合關(guān)系、轉(zhuǎn)折節(jié)奏控制，也就是說大多時候數(shù)據(jù)本身對于園林設計不是至關(guān)重要的。在本文中特征數(shù)據(jù)是作為求解樣本與路線樣本之間的比對標準而存在的，既然如此在樣本比對中，特征數(shù)據(jù)的可視化程度就顯得至關(guān)重要，輸出的圖樣應當易于研究者讀懂和理解。

在以往的分析模型中，數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)并不是為了使研究者能夠更好地理解數(shù)據(jù)背后的含義，更多的是在展示數(shù)據(jù)之間的比較關(guān)系。數(shù)據(jù)本身則被賦予了某個空間位置屬性，舉例來說（如圖8）所示，在以往的數(shù)據(jù)反饋中路徑a到b的視野數(shù)據(jù)是恒定值。

但是可是在理解層面，視野是基于“視”這一活動的，其來源是人。首先，人在空間中的感知也不只有視覺體驗，其次，如果人在路徑中被抽象為點，而路徑是線（如圖9）所示，人在a到b的移動過程中感知的一部分空間即為圖中藍色范圍，那么對于每段路線，真正能被感知到的范圍并不等于視野范圍。而且，如果將路線空間進行劃分，藍色和紅色處于同一段空間片段中，而在未進行路線選擇前，綠色空間只是提供線路的一種選擇，人繼續(xù)沿紅色行走，或是轉(zhuǎn)向綠色線路將會影響分析結(jié)果。

在對寄暢園的空間數(shù)據(jù)特征計算上，為了貼合選線和人的視角，所有數(shù)據(jù)的計算都受到了線路上的相對位置控制，采集位置t的特征數(shù)據(jù)Ft的計算公式為：

C：采集位置t在本段路線上的比例位置，C∈[0，1]。

F：本段路線上的的特征數(shù)據(jù)集合，F(xiàn)={F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，…，F(xiàn)n}。

T：本段路線上的轉(zhuǎn)折節(jié)點數(shù)據(jù)在本段路線上的比例位置集合，T={T1，T2，T3，…，Tn}。

if：C≥Tn v Cs

依據(jù)此公式在每個路線片段上，空間特征數(shù)據(jù)都會重新計算。

（二）路徑特征：寄暢園路徑空間的采集，建立在路線之上，并在路線的基礎上添加了新的分段（如圖10、11）所示。

在對寄暢園的實驗采集中，路徑形態(tài)是不規(guī)則的，所以在交互采集中，能夠依據(jù)采集需要調(diào)整路徑形態(tài)（如圖12）所示：

通過選線，將路徑構(gòu)形數(shù)據(jù)輸出為可視化的折線波形（如圖13）所示，選擇了1.2.11.12.14.16.17為觀覽路線時，生成的路徑形態(tài)分析圖，其數(shù)據(jù)（如圖13）所示將鋪展到了橫軸上。

路徑形態(tài)特征分析圖以路線片段為橫坐標，橫坐標的數(shù)值關(guān)系為路線片段的長度關(guān)系，縱坐標的數(shù)值在每個路線片段內(nèi)依據(jù)路線轉(zhuǎn)折分段再度細分，將每段路線空間的分形程度和路徑寬度進行了可視比較，

（三）圍合特征：在園林空間的藝術(shù)特征中，空間的開合體現(xiàn)了造園的節(jié)奏控制，在中國文化中，將這種關(guān)系稱之為“抑”和“揚”，在中國古典文學中經(jīng)常對這種空間進行描述，例如魏晉時期陶淵明的《桃花源記》。

同樣的在采集中，開合關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎建立在路線之，上，采集路徑邊界的開敞邊界，（如圖14）中的紅色樣條線，構(gòu)建路徑空間中的開合關(guān)系。

（如圖15）在采集中，以1.6米為限定標準，1.6米以上的視線障礙物視為有效障礙，通過選線可以將路徑的開合數(shù)據(jù)輸出為可視化波形，在（表1）中，基于選線1-2-11-12-14-16-17生成了空間開合關(guān)系分析圖。

a：主入口;b：風谷行窩;c：雙孝祠;d：九獅臺;e：鄰樊樓;f：臥云堂;g：連廊;h：先月榭;i：連廊：;j：郁盤廊;k：知魚檻;：七星橋;m：水榭：;n：橋;o：涵碧亭;

同樣的以路線片段為橫軸，縱坐標依據(jù)路線轉(zhuǎn)折分段再度細分，通過開合位置進行過濾，在出現(xiàn)敞開合據(jù)的位置進行波形渲染，該分析圖在路線分形的特征基礎上增加了空間開合屬性并借此量化了空間節(jié)奏，以此對該選線路徑空間的藝術(shù)特征進行可視化反饋。

三、營造語言求解與藝術(shù)特征反饋

（一）特征樣本提?。涸诩臅硤@中，并不是所有空間都適用于景觀設計項目的需求，以往的空間分析模型過于關(guān)注成本以及數(shù)據(jù)忽視了空間設計語言的重要性，因此本文要在寄暢園的設計語言求解中，首先篩選具有代表性的素材樣本。通過選線模型將分析了多條選線（如表2）所示：

在以上選線中，選線1代表了典型的院落布局，對應了寄暢園中的生活區(qū)，選線2代表了江南私家園林典型的親水路線，在寄暢園中對應了錦匯漪的鶴步灘一岸，選線3對應了中國古典園林中的“廊”元素，選線4代表了典型的園林山石布局，帶有了明確的“抑”、“揚”關(guān)系，對應了寄暢園中的風谷行窩—九獅臺—臥云堂一線。

在4條選線中，都有比較明確的空間節(jié)奏，從特殊性出發(fā)，選線2中14-15部分的分形程度極高，而且此部分的特征的數(shù)據(jù)呈梯度遞進態(tài)勢，相應的在游園活動中，給予了層次鮮明的空間感受，因此本文要對選線2中該段路徑的設計語言進行求解。

（二）特征求解：首先，依據(jù)路線空間的設計原理，概括了5種路徑的設計構(gòu)形模式（如表3）所示：

其中求解樣本1為直線路徑，樣本2為節(jié)奏平均的轉(zhuǎn)折路徑，樣本3為轉(zhuǎn)折逐漸加劇的路徑，樣本四為某分段形態(tài)突變的路徑，樣本5是形態(tài)發(fā)生漸變的路徑。分別對這5個樣本做特征的采集，結(jié)果（如表4）所示。

（三）特征比對和歸納：通過選線空間特征的采集，模擬了設計者的學習與應用過程。在本實驗中通過對特征的采集將特征空間的設計語言轉(zhuǎn)化為了可擴展的路線空間設計模型。

依據(jù)實驗（如圖16）所示，將該段路線的設計語匯概括為樣本5所示的設計模型。

（如圖17）所示，對錦匯漪鶴步灘一岸的路線營造進行量化的結(jié)論為，在保證a、b、c、d、e、f、g……的節(jié)點轉(zhuǎn)折關(guān)系基礎上，使節(jié)點間的控制間距大體保持遞增的狀態(tài)，在圍合關(guān)系上參照錦匯漪的鶴步灘一岸，就可以得到類似空間特征和游園體驗，但分段轉(zhuǎn)折數(shù)量不應過低。

在設計項目中該求解結(jié)論可以反饋給設計本身，如果對樣本5進行擴展并應用于方案設計中。

案例①，應用于園林游廊設計（如圖18）：

案例②，應用于景觀游線設計（如圖19）：

（四）景觀設計素材收集與反饋方案：本文中的園林藝術(shù)特征采集與反饋系統(tǒng)能夠有效地輔助設計需求反饋方案的實現(xiàn)，（如圖20）所示，首先根據(jù)研究對象搜集相關(guān)樣本，實現(xiàn)圖片、圖紙、文獻等傳統(tǒng)素材的收集，這些對于設計環(huán)節(jié)的幫助是潛在的，再通過實驗程序收集設計模型和對應特征，通過關(guān)鍵詞描述構(gòu)建設計需求的反饋模型，建立相應的數(shù)據(jù)信息庫，在實際項目中可以通過對需求的關(guān)鍵詞描述實現(xiàn)設計模型的反饋。

結(jié)論

人工智能與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛速發(fā)展使人們的生活方式和溝通方式發(fā)生了日新月異的變化，設計師的任務也從相對單一的視覺優(yōu)化轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟鼜碗s的服務體系中承擔整合與協(xié)作的任務[14]。

以往的景觀參數(shù)化研究中，考慮了很多的成本問題，因為在園林項目需求中客觀要素占極大的部分，但園林作為設計產(chǎn)品，以寄暢園為例，沒有將使用成本或者經(jīng)濟成本作為核心的設計需求，在如何權(quán)衡園林設計中的成本和藝術(shù)比例問題，需要將設計素材進行有意識的剖析。在以經(jīng)驗結(jié)構(gòu)為主的設計范疇，可以通過參數(shù)化為介質(zhì)進行設計上的量化總結(jié)，將以往的設計經(jīng)驗以明確的圖形化方式反饋給設計需求。

生產(chǎn)范圍內(nèi)的大部分經(jīng)驗都可能在未來以智能化的方式發(fā)生變革[15]。對于設計本身，存在著可被量化的部分，設計反饋模型可以作為介質(zhì)，通過大數(shù)據(jù)收集的方式，完善景觀智能模型的構(gòu)建。

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