增強現(xiàn)實技術(shù)在園林植物群落規(guī)劃設計中應用

馬兆衛(wèi)

摘 要：隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，增強現(xiàn)實技術(shù)得到了越來越多的重視，成為當下最熱門的技術(shù)之一。分析增強現(xiàn)實技術(shù)在園林植物群落設計方面的應用意義，并結(jié)合相關(guān)設計實例探索相關(guān)模型的構(gòu)建，并通過對常州地區(qū)常用園林植物的三維可視化處理實現(xiàn)部分植物的虛擬展示，以此來搭建常州地區(qū)城市園林植物素材庫，為后續(xù)的園林植物虛擬展示提供資料。

關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實技術(shù);園林植物群落;虛擬展示

課題項目：本文系江蘇城鄉(xiāng)建設職業(yè)學院校級課題科研項目“增強現(xiàn)實技術(shù)在園林植物群落設計中的應用研究”（2019KYC016）研究成果。

數(shù)字時代的到來，使風景園林、景觀建筑和城市規(guī)劃等相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域都發(fā)生了翻天覆地的變化。園林植物群落的虛擬設計可利用增強現(xiàn)實技術(shù)打破時空的限制，打破虛擬與現(xiàn)實之間的隔閡。傳統(tǒng)的圖像、視頻展示不能將植被所處的空間、場景等一系列現(xiàn)實性信息全部展現(xiàn)，而增強現(xiàn)實技術(shù)能夠很好地做到。虛擬式園林植物場景可以展示植物群落真實、全面的信息，為設計、欣賞等相關(guān)環(huán)節(jié)提供豐富的數(shù)據(jù)支持。同時，將增強現(xiàn)實技術(shù)融入園林植物群落設計能為用戶提供虛擬仿真場景的新奇體驗。

實現(xiàn)植物群落設計過程中的互動和交流、實現(xiàn)公眾參與和動態(tài)體驗、實現(xiàn)植物群落設計的資源節(jié)約是該技術(shù)的突出優(yōu)勢。目前，增強現(xiàn)實技術(shù)在園林植物中的應用主要集中在現(xiàn)實場景的虛擬重建及虛擬展示方面。本文將以三維模型為基礎(chǔ)，結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)與設備，研究園林植物群落景觀的整體構(gòu)建與虛擬展示的原理和方法。

一、增強現(xiàn)實技術(shù)在園林植物群落設計中的應用意義

（一）實現(xiàn)植物群落設計過程中的互動和交流

傳統(tǒng)的風景園林設計表現(xiàn)方式可分為語言文字、手繪圖紙、實物模型和計算機表現(xiàn)四種類型。隨著科技的進步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計算機技術(shù)不斷迭代，出現(xiàn)了越來越多新型的多媒體展示手段。傳統(tǒng)的展示方式已逐漸無法滿足客戶對設計的要求，因此需要較為新穎的展示手段對園林的效果進行展現(xiàn)，也需要其所能表現(xiàn)的效果越來越逼真?；谔摂M仿真技術(shù)、三維模型技術(shù)、交互跟蹤技術(shù)的增強現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)了表現(xiàn)方式的實時、交互、動態(tài)，有著更好的表現(xiàn)效果。

以增強現(xiàn)實技術(shù)為表現(xiàn)手段的園林植物群落設計，從某種程度上改變了人們設計和交流的方式。在以體驗為主的信息時代，互動性成為展示設計最重要的特征之一。這種具有新的表現(xiàn)手段的園林植物群落設計打破了原本靜態(tài)展示的單向性信息傳遞，通過多類型的交互方式，展現(xiàn)出虛擬設計互動交流的性質(zhì)。從某種意義上來說，與傳統(tǒng)展示形式相比，互動交流是虛擬展示更加鮮明的特點。

（二）實現(xiàn)公眾參與和動態(tài)體驗

目前，一些風景園林項目的展示方式較為傳統(tǒng)，在展示效果上缺乏吸引力，其主要原因是體驗感與互動性的缺失使其無法達到最佳的宣傳和參觀效果。如果將園林植物群落的展示、宣傳與增強現(xiàn)實技術(shù)相融合，參觀者就可以不受時間與空間的限制，隨時隨地參觀園林，進而大大增強他們前往實地參觀的欲望。這種新穎的展示形式所帶來的宣傳力度將使園林獲得意想不到的宣傳效果。不僅如此，將增強現(xiàn)實技術(shù)運用到風景園林展示中，可將園林景區(qū)規(guī)劃與科技化、現(xiàn)代化相結(jié)合，將體驗的理念加入園林植物當中，從而達到更好的科普效果。新穎的展示方式不僅能提升植物群落展示效果的多樣性，而且能增強其公共服務的功能，使植物群落更有吸引力?？傊瑢@林植物群落設計與增強現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，能實現(xiàn)植物展示時空的跨越，使用戶能夠更好地觀賞植物群落。對園林植物進行數(shù)字化處理，能夠?qū)⑻幱诓煌瑫r期的植物群落效果進行展現(xiàn)，幫助用戶體驗身臨其境的視覺效果，彌補人們無法真實觀賞的遺憾。除此之外，還可以將現(xiàn)代技術(shù)手段放入園林設計內(nèi)進行綜合應用，實現(xiàn)多種展示效果，更有利于增強景區(qū)的吸引力。

（三）實現(xiàn)植物群落設計的資源節(jié)約

利用數(shù)字化技術(shù)可以大大節(jié)約園林景觀開發(fā)中的資源。增強現(xiàn)實技術(shù)可以在風景園林原貌的基礎(chǔ)上大力挖掘其文化價值和經(jīng)濟價值，將風景園林景區(qū)的設計圖紙轉(zhuǎn)變成立體、形象的模型展現(xiàn)在游客面前。該技術(shù)的應用可以使設計師在虛擬空間中進一步完善設計，以此來更好地表達設計意圖，展現(xiàn)設計方案，也可以使設計者與施工人員之間實現(xiàn)最大程度的溝通交流，有利于設計方與施工方的成本節(jié)約，減少傳統(tǒng)溝通過程中對于時間成本及資源成本的浪費，從而改善整體施工的效果。這種方式不僅可以幫助相關(guān)部門在進行園林規(guī)劃時提高策略的科學性，還可以在設計過程中大大節(jié)約資源。

二、增強現(xiàn)實技術(shù)在園林植物群落設計中的

三維模型構(gòu)建

增強現(xiàn)實技術(shù)可以打造虛擬空間，逼真地模擬現(xiàn)實世界，從視覺、聽覺、觸覺上給人一種真實的感覺。首先，需要有精準的模型來作為表現(xiàn)“真實”的基礎(chǔ)。風景園林中的大多數(shù)模型都是植物模型。其次，還應有部分建筑模型和地形模型。這些模型在建模方法上主要采取圖像建模。目前，大多數(shù)設計師在進行園林設計時，所采用的設計軟件主要有AutoCAD、3D MAX、SpeedTree、Photoshop等。本文所介紹的設計制作過程中使用的所有模型，均采用上述軟件進行創(chuàng)建和處理。此外，設計時必須要考慮到場景的尺寸、紋理、材質(zhì)等一定要符合增強現(xiàn)實系統(tǒng)的制作規(guī)范，這些都將影響到后期的控制管理。

（一）園林植物群落設計中植物三維模型的構(gòu)建

本文將以常州地區(qū)部分園林植物為例對其進行可視化制作，實現(xiàn)植物的虛擬展示，并力求通過后續(xù)系列的研究構(gòu)建本土區(qū)域園林植物的素材庫，為今后的植物景觀設計的虛擬展示提供資料。本文的示例植物來源于常州市東坡公園，具體制作流程如下。

以常州東坡公園內(nèi)的大葉梔子花為例，具體的模型參數(shù)信息為：大葉梔子花高1.2米左右，葉片較大，呈長圓形，葉片莖結(jié)明顯，花朵大且重瓣。該植物的葉片多為對生或三葉輪生，長7～14厘米，寬2～5厘米，有短柄，革質(zhì)，倒卵形或矩圓狀倒卵形，先端漸尖，色深綠，有光澤，托葉鞘狀。6月開大型白花，花最大可達10厘米，單生于枝端或葉腋，徑約7厘米，萼裂片6，呈線狀，重瓣，具濃郁芳香，有短梗。果實倒卵形或長橢圓形，長3～7厘米，徑1～1.5厘米，黃色，縱棱較高，果皮厚。將植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)通過一系列的參數(shù)進行呈現(xiàn)，方便對其進行數(shù)字化處理。圖1為采用相關(guān)設計軟件對數(shù)據(jù)進行處理所打造的三維虛擬植物模型。

（二）園林植物群落設計中虛擬地形場景的構(gòu)建

地形是虛擬場景設計的一個重要部分，要想將虛擬植物群落展示好，就必須使場景具有極高的真實度。園林植物群落中的地形初始模型是一個可編輯的平面。在對地形結(jié)構(gòu)進行編輯修改時難度不是很大，因為除了園區(qū)內(nèi)的水域部分，其他地方的地形相對平整，變化不多。首先，結(jié)合植物群落的真實地形創(chuàng)建虛擬地形輪廓。地形的創(chuàng)建編輯是虛擬場景創(chuàng)建的開端。通過Unity軟件創(chuàng)建地形輪廓，并在一個完整場景中利用多個自然地形信息進行組合。其次，利用高度圖表現(xiàn)地形起伏。利用高度圖可以打造場景地形的高低起伏，因此高度圖在創(chuàng)建地形的過程中異常重要。高低起伏的地形需要借助于高度圖中灰度值的變化，假如灰度值的差別很小，地形就會相對平坦。因此，高度圖中灰度值的大小與地形的起伏呈正相關(guān)，改變灰度值能創(chuàng)建出高低起伏的地形場景。最后，用裝飾貼圖表現(xiàn)地形的質(zhì)感。高度圖僅僅與地形起伏相關(guān)，無法展現(xiàn)場地的顏色、紋理、質(zhì)感等屬性。要想展現(xiàn)場地質(zhì)感就需要設置材質(zhì)貼圖。例如：通過材質(zhì)貼圖表現(xiàn)草地、砂石、泥土等地表肌理，展現(xiàn)地表材質(zhì)、顏色搭配及紋理效果。

（三）園林植物群落設計中建筑模型的構(gòu)建

虛擬場景中，建筑模型是場景展現(xiàn)的另一個重要部分，要想將虛擬植物群落展示好，就必須要有真實度極高的建筑模型來襯托。場景中的建筑模型比較復雜，需要先對現(xiàn)場進行拍照，而后根據(jù)照片和建筑相關(guān)書籍資料來創(chuàng)建模型，并且所有模型創(chuàng)建完畢后，需要對模型細部進行細化，以此來增加建筑模型的真實度。同時，建筑模型材質(zhì)貼圖的制作需要查閱大量與古建筑相關(guān)的書籍資料，這樣才能制作出具有真實感的貼圖。在渲染時，為了使建筑的細節(jié)表現(xiàn)更加逼真、畫面更加清晰，需要使用環(huán)境阻光功能。材質(zhì)貼圖需要反復在VRay渲染器中進行渲染測試，然后調(diào)整、修改，以此來達到更逼真的效果。除此之外，古建筑貼圖的分辨率一定要合適，一般要將貼圖大小控制在2048×2048像素以內(nèi)，以此來避免材質(zhì)貼圖文件過大影響系統(tǒng)運行速度。

增強現(xiàn)實技術(shù)是一種新型的人機交互手段，將增強現(xiàn)實技術(shù)融入園林植物群落設計，能為用戶提供基于現(xiàn)實的仿真虛擬場景的新體驗，實現(xiàn)植物群落設計過程中的互動和交流、公眾參與和動態(tài)體驗、植物群落設計的資源節(jié)約。通過系列植物群落模型的創(chuàng)建，力求通過后續(xù)的研究構(gòu)建常州地區(qū)城市園林植物的素材庫，為后續(xù)的植物景觀設計的虛擬展示提供資料。

參考文獻：

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[2]王宏信，趙月寧.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林景觀設計中的應用[J].河南科技，2011（15）：53-54.

作者單位：

江蘇城鄉(xiāng)建設職業(yè)學院