數(shù)字虛擬技術對城市景觀設計的影響及應用

王 涵

（淮北師范大學 計算機科學與技術學院，安徽 淮北 235000）

隨著信息化社會的迅速發(fā)展，數(shù)字化成為社會經(jīng)濟發(fā)展的主導趨勢，有效運用計算機視頻、圖形、文字等信息處理問題，是數(shù)字虛擬技術發(fā)展的重要內(nèi)容.城市景觀的建設不僅可以大幅提升城市的整體面貌，也可以維護城市的生態(tài)平衡.設計者在進行城市景觀設計時包含的設計內(nèi)容較多，設計量也非常大，一旦景觀中有一項內(nèi)容不合理，都會對城市整體景觀建設造成影響.將數(shù)字虛擬技術應用于城市景觀設計，不僅可以提高設計效率，也可以減少景觀設計中的不合理現(xiàn)象，提升城市景觀設計質(zhì)量［1］.在城市景觀設計中，數(shù)字虛擬技術是集網(wǎng)絡、計算機、多媒體、人工智能等多種先進技術手段于一體的工具.利用數(shù)字虛擬技術構(gòu)建城市各種景觀，可為設計者、開發(fā)者等呈現(xiàn)出更直觀、全新的藝術效果.此外，運用先進的設計手段構(gòu)建出的景觀模型還可對人造成強有力的視覺沖擊，可將個體或整體的城市景觀呈現(xiàn)出特殊的視覺藝術效果.

1 城市景觀設計

城市景觀是對城市土地性質(zhì)進行研究后做出的功能性綜合利用，主要表現(xiàn)在城市公共空間景觀的利用，包括城市水體、山林等自然城市環(huán)境，也包括廣場、馬路、居住區(qū)、公園等人工城市環(huán)境和城市建筑內(nèi)部公共區(qū)域環(huán)境［2］.景觀設計即利用景觀學相關理論，在詳細認識、分析和理解城市景觀的特征和價值的基礎上，對城市范圍內(nèi)的各類景觀要素等進行規(guī)劃和設計.合理規(guī)劃并設計城市中的各類景觀和人類活動，在城市發(fā)展與保護景觀間構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展模式，是城市景觀和城市居民和諧統(tǒng)一，共同發(fā)展.

1.1 城市景觀設計原則

在設計城市景觀的過程中要遵循一定的技巧和原則，設計城市景觀時可以將不同景觀的特征與不同設計原則聯(lián)系，利用數(shù)字虛擬技術模擬出設計結(jié)果，調(diào)整和完善城市景觀設計內(nèi)容，達到城市景觀設計最終目的.

（1）城市景觀設計要遵循“以人為本”的原則.城市是人類居住生活的區(qū)域之一，城市空間是人類交流的區(qū)域，自然環(huán)境是城市環(huán)境的基礎.設計者設計城市景觀時，要充分考慮城市居民的心理、情感和生理需求.例如，城市公共設施要與人的視覺觀賞角度、觀賞位置和人體工程學相符合；公園座椅等的擺放要考慮使用者對私密空間的要求［3］.設計者要根據(jù)不同年齡階層的人的心理特點和行為，充分考慮城市特殊人群對城市景觀、環(huán)境的特殊需求，利用數(shù)字虛擬技術等高科技手段設計出符合要求的景觀，使城市公共區(qū)域景觀成為居民喜愛的休閑娛樂場所.

（2）城市景觀設計要遵循與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的原則.城市景觀的總設計要以自然環(huán)境作為基礎，對設計區(qū)域內(nèi)的城市城市景觀數(shù)量、類型、空間結(jié)構(gòu)、比例等進行分析，使整體景觀呈現(xiàn)出自由活動的空間和動態(tài)、靈活的視覺美感.例如，城市公共設施要與空間協(xié)調(diào)，路面、地板的鋪設要盡量一致；要協(xié)調(diào)居民和環(huán)境的關系，在保護生態(tài)環(huán)境的基礎下，改善和提高城市居民的居住、工作環(huán)境，使城市景觀、文化、生態(tài)環(huán)境和視覺美學等整體和諧、統(tǒng)一，這些都可以利用數(shù)字虛擬技術輔助實現(xiàn)［4］.

（3）城市景觀設計要遵循可持續(xù)發(fā)展的原則.城市景觀設計要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，使人與自然和諧統(tǒng)一.發(fā)展城市的同時要以保護生態(tài)環(huán)境為基礎，在為人們提供便捷的同時，要注重生態(tài)資源保護，使其處于平衡狀態(tài).自然景觀和傳統(tǒng)人文景觀均屬于不可再生資源，設計者進行城市景觀設計時要充分保護、合理利用自然景觀和傳統(tǒng)人文景觀，利用數(shù)字虛擬技術最大限度設計出既可以延續(xù)歷史、具備自然特征，又符合現(xiàn)代理念的城市景觀.利用大數(shù)據(jù)收集、整理和分析各類景觀特征，減少設計的景觀對生態(tài)環(huán)境的破壞，實現(xiàn)城市景觀資源的可持續(xù)發(fā)展，滿足城市居民的視覺感受.

（4）城市景觀設計要遵循保護和發(fā)展文化景觀的原則.民族文化的繼承和發(fā)揚是保存和延續(xù)民族文化的根本，設計者設計城市公共區(qū)域景觀的過程中，要綜合大數(shù)據(jù)信息和實地考察結(jié)果，挖掘城市特色風土人情、風俗習慣，并表現(xiàn)在景觀設計中，可提升各地居民的文化凝聚力及城市景觀的文化、旅游價值.

1.2 城市景觀設計發(fā)展趨勢

當今社會，數(shù)字虛擬技術已經(jīng)逐漸滲透到全球各行各業(yè)，不同行業(yè)應用數(shù)字虛擬技術的新形式不斷參與和創(chuàng)造新的生產(chǎn)生活方式.同樣，城市景觀設計也擁有了新的表現(xiàn)方式，將數(shù)字虛擬技術融入到城市景觀設計中成為城市景觀設計發(fā)展的新趨勢.

首先，城市景觀設計和科學技術發(fā)展一般會受到美學思想、科學技術、城市整體規(guī)劃的影響，其中，科學技術是決定景觀設計方向的主要力量.目前，不同城市的景觀變化和設計者的設計理念變化，都離不開科學技術的發(fā)展.例如，城市景觀由英國倫敦水晶宮博覽會到上海世界博覽會的變遷；設計者由實用性、功能性的設計理念到順應時代發(fā)展的新景觀設計理念的變遷，都表明城市景觀設計要順應科學技術發(fā)展趨勢［5］.其次，城市景觀設計必須以社會現(xiàn)實為設計背景.城市景觀的規(guī)劃、設計和實施是為了方便和提升居民的生活、工作質(zhì)量，需要得到人們的認同［7］.現(xiàn)代社會是數(shù)字媒體時代，數(shù)字虛擬技術不僅融入到社會生產(chǎn)中，也逐漸融入到了文化藝術當中.城市景觀與人們的生活和城市的發(fā)展息息相關，將新型的數(shù)字虛擬技術應用到城市景觀設計中，才能順應城市發(fā)展，在互動體驗的過程中不斷提升城市的整體形象.

2 數(shù)字虛擬技術對城市景觀設計的影響

作為城市景觀設計者，設計的城市景觀不僅要與城市整體布局相適應，也要滿足廣大居民的使用和視覺感受.為提升城市景觀設計作品的質(zhì)量、展示效果，滿足設計者的設計理念，進行景觀設計時可以將數(shù)字尋技術融入其中.其他參與者可以通過虛擬現(xiàn)實設備更加直觀的欣賞設計作品，指出其中存在的問題，并給出相應的建議.

2.1 展示城市整體和景觀個體信息

傳統(tǒng)城市景觀設計過程中，一般會采用二維或三維構(gòu)圖展示設計成果，景觀管理部門和客戶對于專業(yè)設計圖紙理解難度較大，圖紙中的專業(yè)表達手法和技巧大幅降低了非專業(yè)人士對城市景觀設計作品的判斷能力，也增加了他人提出建議和設計者修改作品的難度［6］.實際生活中手繪設計稿件較難將景觀整體信息全面客觀的展現(xiàn)出來，只能表達出較為單一的景觀信息，例如景觀的位置、構(gòu)型、比例等，但利用數(shù)字虛擬技術可以將景觀整體構(gòu)造、色彩、比例及其在城市整體布局中的位置和合理性展示出來，賦予欣賞設計作品的人身臨其境的感覺，增加對城市景觀和整體環(huán)境、城市布局之間搭配或關系的判斷能力.此外，數(shù)字虛擬技術可以幫助除設計者外的其他非專業(yè)人士更加直觀的欣賞景觀設計作品，便于他們對景觀和城市整體環(huán)境的匹配度做出準確的評價和判斷，輔助設計者和相關部門決策城市景觀修建位置、色彩、比例等關鍵要素.因此，數(shù)字虛擬技術的應用對于景觀個體信息和城市整體規(guī)劃具有重要意義，可以減少城市景觀設計中存在的問題，使景觀與城市風格一致，提升城市整體的市容市貌.

2.2 多款設計作品比較分析

在城市景觀設計過程中，一般需要城市景觀設計者設計多款作品后，由建設者和相關部門人員對作品進行比對、分析，最終投入建設生產(chǎn).因此，利用數(shù)字虛擬技術可以有效解決實際生活中城市景觀設計應用時多款作品的比較問題.城市景觀設計者在設計過程中根據(jù)自己的設計理念和想法構(gòu)建相應的景觀模型，在數(shù)字虛擬現(xiàn)實三維建筑模型中，根據(jù)實際情況展示不同的設計方案.其一，數(shù)字虛擬技術可以實現(xiàn)不同角度觀察同一景觀、同一角度觀察不同景觀、觀察景觀在城市整體布局中的適應性等，能夠?qū)⒉煌畹脑O計方案更加細致、具體的進行對比、分析，突出不同款式的優(yōu)勢和缺陷.其二，倘若城市景觀設計初稿某一部分存在的瑕疵，設計者對設計稿修改后，可以實時在線展示出作品修改前后的區(qū)別，設計者和觀察者均可以沉浸到虛擬環(huán)境中，感受景觀與城市的相容性，及時發(fā)現(xiàn)景觀設計中的問題，有助于相關部門決策人員理解設計者的設計理念，做出更加客觀合理地決策，確保景觀與城市整體風格一致［7］.

2.3 提升設計作品的互動性

隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)字虛擬技術逐漸趨于成熟，在城市景觀設計中發(fā)揮著重要作用.設計者設計城市景觀過程中，首先要采取計算機輔助技術按照一定比例進行基地建模，并利用常用的三維動畫渲染和制作軟件進行三維建模，最后將模型輸出，最終采用數(shù)字虛擬技術將設計的景觀模型展示出來［8］.利用數(shù)字虛擬技術進行景觀設計可以將設計者的設計理念用作品中展示出來，讓其他決策者貨客戶更容易理解景觀設計者的設計意圖和表達的內(nèi)容，并且可以在視覺上與設計作品進行互動，提升景觀設計作品的互動性.如果設計作品沒有將城市文化聯(lián)系和表達出來時，其他參與者可以準確及時的指出，進而減少設計者對主題理解片面時帶來的返工現(xiàn)象，讓決策者甚至城市居民和景觀設計作品產(chǎn)生親切互動，提升城市景觀設計的效率和質(zhì)量.

2.4 實現(xiàn)景觀的公眾參與和動態(tài)體驗

目前，一些大型場館或園林的宣傳展示，存在缺乏體驗感、互動性和參與性的現(xiàn)象，降低了場館或園林對公眾的吸引力和知名度，達不到設計者和決策者預期的宣傳和參觀效果.如果將場館或其他景觀的宣傳與數(shù)字虛擬技術相結(jié)合，公眾就可以跨越時間和空間，足不出戶的感受景區(qū)的風景，了解景區(qū)極具特色的風光，增加公眾前往景區(qū)或場館欣賞和體驗景觀的欲望，而科學技術帶來的新穎的宣傳方式和強大宣傳力度，可以帶給景觀更有效的宣傳效果［9］.同時，設計者或景區(qū)管理者可以設計一份景觀詳細資料，將景區(qū)的不同景觀、景區(qū)四季的不同景象制作成文檔，上傳到互聯(lián)網(wǎng)等平臺，讓公眾感受到該城市景觀的美.此外，將城市中的部分場館與現(xiàn)代化、科技化相結(jié)合，將體驗理念融入到場館中，有利于科普知識，幫助公眾學習和感受自然或科技的力量.在城市景觀中融入科技創(chuàng)新不僅可以提升城市的層次，還可以提升公共服務的效果，增加城市的魅力，使其更具吸引力.

3 數(shù)字虛擬技術在城市景觀設計的運用

數(shù)字虛擬技術在不同類型的城市景觀設計中的運用有所區(qū)別，城市景觀設計大致包括居民居住區(qū)景觀、園林景觀、道路景觀、古建筑景觀等.不同的景觀設計需要運用不同的方法，也會對城市發(fā)展產(chǎn)生不同的影響.這些城市景觀形成了城市整體風貌，在輔助城市發(fā)展，提升城市魅力等方面有不可忽略的作用.

3.1 城市園林景觀設計

城市園林景觀設計一般指城市特定區(qū)域環(huán)境內(nèi)，采用工程技術和園林藝術相結(jié)合的方式，構(gòu)建園林景觀.設計者一般通過結(jié)合城市整體風格設計園林地形、種植各類植被、布置園林小路等方式，構(gòu)建出具有較高審美價值的城市景觀，幫助人與自然和諧生活、和諧共處.一般城市園林景觀中的植被種類較多，建筑物較少，且對視覺審美要求較高，導致城市園林景觀模型構(gòu)建難度較大.將數(shù)字虛擬技術中的3D 建模和動漫設計在城市園林景觀設計中發(fā)揮著重要作用.數(shù)字虛擬技術結(jié)合先進的計算機設備可以替代人的視覺移動，是人在一個角度便可以欣賞到360 度全景［10］.城市園林景觀的施工者或其他客戶可以利用設計者提供的虛擬園林，增強視覺體驗，欣賞設計者的作品，同時迅速準確的表達出對設計作品的建議，提升城市園林設計質(zhì)量，減少施工過程中的問題，提升園林景觀于城市整體風格的融合度.

3.2 居民居住區(qū)景觀設計

設計者將數(shù)字虛擬技術應用于居民居住區(qū)景觀設計中，設計前期構(gòu)建的三維模型不僅包括搭建小區(qū)的建筑物，還包括小區(qū)周圍需要搭建的建筑，模型中包括居住區(qū)周圍可能存在建筑、湖泊、河流、道路、公共設施等.數(shù)字虛擬技術可以將城市整體景觀進行生活寫實型表現(xiàn)出來，即通過動畫語言等將城市景觀描繪出來，不僅可以記錄城市居民現(xiàn)實生活狀況，也可以更為嚴謹?shù)恼宫F(xiàn)出居民居住區(qū)的建筑和空間［11］.利用數(shù)字虛擬技術有效改變了傳統(tǒng)景觀設計中設計對象于周圍環(huán)境無法融合的現(xiàn)象，避免了設計的景觀在城市環(huán)境中突兀的現(xiàn)象.在城市景觀設計中進行居民居住區(qū)設計時采用數(shù)字虛擬技術，可以幫助設計者不受時空限制，根據(jù)自身意愿去任何地點或城市位置漫游，可以更好的規(guī)劃和設計景觀方案，并且能夠更加直觀的向設計者或決策者介紹、分析景觀配置的合理性，是否滿足城市建設和功能性需求，進而提升城市整體建筑設計水平和市容市貌.

3.3 城市道路景觀設計

城市的規(guī)模不斷擴大，人們的物質(zhì)生活水平不斷提升，導致城市交通工具數(shù)量迅速增長，一定程度上車輛的增加對公眾的生命和健康造成較大的威脅，因此，城市道路景觀的有效性、合理性成為城市景觀設計的重要工作之一.利用數(shù)字虛擬技術進行城市道路景觀設計前需要采用監(jiān)控技術記錄和分析原有路段人流量、車流量等信息，找出現(xiàn)有路段存在的問題，并利用三維虛擬仿真技術進行模擬，得到最有效、最真實、最具體的路段數(shù)據(jù).設計者可以根據(jù)城市不同路段的交通狀況，以滿足城市居民需求為目的，進行城市道路景觀設計調(diào)整，提升城市交通流暢性.在了解和分析了城市交通的整體環(huán)境后，還要考慮城市以后的整體規(guī)劃和發(fā)展.將城市路段和道路景觀用數(shù)字虛擬技術設計表現(xiàn)出來，模擬交通狀況，有利于解決城市交通擁擠問題，使城市道路景觀更具有有效性和針對性，為城市道路規(guī)劃提供參考依據(jù)，緩解城市交流壓力.

3.4 城市古建筑修復

城市中的建筑景觀不僅是建筑業(yè)發(fā)展的見證，也是廣大設計者、建筑者智慧和汗水的結(jié)晶，古建筑群的保護對城市的發(fā)展具有重要意義.由于人們保護意識不強和部分不可抗因素，導致城市古建筑景觀遭到破壞，許多優(yōu)秀的景觀不能完整的呈現(xiàn)在后輩面前，城市固有的優(yōu)秀文化底蘊和歷史變遷留下的痕跡逐漸消失［12］.數(shù)字虛擬技術對于城市古代建筑景觀具有指導作用，設計者將實際測量信息導入大數(shù)據(jù)，并利用技術手段對數(shù)據(jù)進行科學合理的分析，即可利用三維虛擬現(xiàn)實技術還原古代建筑景觀.用數(shù)字虛擬技術保護和還原城市古建筑景觀，不僅可以繼承和發(fā)揚城市傳統(tǒng)文化，為后輩普及城市歷史知識，還可以吸引外來游客，提升城市整體魅力.

數(shù)字虛擬技術在城市景觀設計中已經(jīng)得到較為廣泛的應用，為傳統(tǒng)城市景觀設計提供了新方向，使景觀設計的設計觀念、設計形式、設計方法等都發(fā)生了較大改變.將數(shù)字虛擬技術應用于城市各類景觀設計中，可以為決策者提供直觀的設計方案，進而減少設計中存在的問題，確保城市景觀設計效果，提升城市整體的藝術性，增加人們在城市生活中的愉悅感和舒適感.