基于數(shù)字技術(shù)的城市景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)研究

南京理工大學(xué) 譚振 陳文露

20 世紀(jì)末隨著信息革命的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為核心的技術(shù)發(fā)展對(duì)社會(huì)各領(lǐng)域產(chǎn)生了一定影響，數(shù)字技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不斷拓展。隨著 GIS、參數(shù)化設(shè)計(jì)、運(yùn)算生成設(shè)計(jì)、BIM 等數(shù)字技術(shù)的發(fā)展[1]，信息數(shù)字技術(shù)在景觀領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要體現(xiàn)在人機(jī)交流、數(shù)字模型創(chuàng)建、多媒體表現(xiàn)等方面。用數(shù)字化的手段處理景觀設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，不但改變了景觀設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思維方式，也改變了人們?cè)诳臻g中的生活和體驗(yàn)方式[2]。數(shù)字技術(shù)以圖形圖像信息的形式，直觀、形象地表達(dá)事物，并能進(jìn)行交互式處理，以便于人們進(jìn)行理解和感知，這是一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域[3]?；跀?shù)字技術(shù)的設(shè)計(jì)方法為建筑、景觀、室內(nèi)設(shè)計(jì)提供了新的思路，它們并非傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的替代品，而是其有益的延伸[4]。

1 城市景觀的數(shù)字技術(shù)概述

20 世紀(jì) 90 年代，微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，此項(xiàng)領(lǐng)域的出現(xiàn)及發(fā)展，突破了數(shù)字化技術(shù)在設(shè)計(jì)中難以運(yùn)用的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，使得新的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)得到更為廣泛的應(yīng)用。在此背景下，景觀設(shè)計(jì)軟件也更加全面化、系統(tǒng)化、效率化，其方便快捷及高效的屬性讓數(shù)字技術(shù)開(kāi)始占據(jù)景觀設(shè)計(jì)的主要市場(chǎng)，成為景觀設(shè)計(jì)公司主要的設(shè)計(jì)手段之一。

數(shù)字技術(shù)作為當(dāng)代城市景觀設(shè)計(jì)中的重要工具，其意義主要是以表現(xiàn)形式的工具而存在，這對(duì)于景觀設(shè)計(jì)而言是一種新興的技術(shù)手段，在景觀設(shè)計(jì)中的影響又不只限于形式的表現(xiàn)功能上[5]。近年來(lái)，隨著新材料、新技術(shù)的不斷革新，以及互聯(lián)網(wǎng)的普及，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)融入人們的生活，人們也越來(lái)越關(guān)注數(shù)字技術(shù)，同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，更加關(guān)注生活環(huán)境質(zhì)量，這對(duì)數(shù)字技術(shù)在景觀上的應(yīng)用與呈現(xiàn)形式也有了新的需求（見(jiàn)圖1）。

圖1 數(shù)字技術(shù)的景觀應(yīng)用歸納

2 基于數(shù)字技術(shù)的城市景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)案例

在以往的景觀設(shè)計(jì)與施工之中，常用景觀材料的設(shè)計(jì)意圖能夠通過(guò)施工圖紙和規(guī)范有效地傳達(dá)，但對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的景觀材料而言，例如形狀不規(guī)則的景觀石材（見(jiàn)圖 2），就很難將其藝術(shù)性、可施工性和順序性準(zhǔn)確地概括出來(lái)。

圖2 景觀石3D 掃描分類(lèi)

在此項(xiàng)目中，景觀設(shè)計(jì)師借助3D 掃描、建模和打印技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一種巧妙的設(shè)計(jì)傳達(dá)方法，能夠更加有效地彌補(bǔ)設(shè)計(jì)師的理念、客戶(hù)的預(yù)期，以及施工方的建造方法和步驟之間產(chǎn)生的差異，創(chuàng)造出一種全新的溝通形式。同時(shí)，通過(guò)對(duì)數(shù)字技術(shù)的精準(zhǔn)運(yùn)用，將可預(yù)測(cè)性的模型灌輸?shù)皆O(shè)計(jì)和施工過(guò)程當(dāng)中。首先，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款用于設(shè)計(jì)小品的數(shù)字3D 模型，再將景觀造型石以攝影的方式進(jìn)行數(shù)字掃描（見(jiàn)圖 3），掃描以后的景觀石會(huì)同步到設(shè)計(jì)軟件之中，每塊景觀造型石會(huì)被拍攝數(shù)張照片并加以編號(hào)，生成一系列精確的、擁有各自獨(dú)特形狀、裂痕和顆粒狀紋理的3D 模型。再把模型導(dǎo)入到專(zhuān)門(mén)的景觀設(shè)計(jì)軟件之中，景觀設(shè)計(jì)師通過(guò)景觀造型石與景觀周邊環(huán)境進(jìn)行搭配設(shè)計(jì)，使得景觀造型石達(dá)到景觀空間設(shè)計(jì)中最合理的布景位置，最終確定設(shè)計(jì)方案。這一新技術(shù)手段的使用不僅降低了未知的施工成本風(fēng)險(xiǎn)，減少了工期延誤，還使得最終的設(shè)計(jì)成果能夠最精準(zhǔn)、最大化地與預(yù)期的設(shè)想相一致。

圖3 攝影測(cè)量捕獲

3 基于數(shù)字技術(shù)的城市景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)原則

3.1 體驗(yàn)性原則

技術(shù)的發(fā)展都是為人服務(wù)的，體驗(yàn)性最重要的原則就是景觀與人要產(chǎn)生多方面的互動(dòng)。讓用戶(hù)不僅能夠通過(guò)視覺(jué)體驗(yàn)積極參與，還能夠通過(guò)觸覺(jué)及嗅覺(jué)等感官意識(shí)積極參與，與景觀產(chǎn)生行為上的互動(dòng)[6]。在網(wǎng)絡(luò)視頻發(fā)達(dá)的當(dāng)下，許多用戶(hù)都可以通過(guò)手機(jī)與電腦平臺(tái)去感覺(jué)可視化交互空間，這一媒介僅僅滿(mǎn)足了用戶(hù)五感體驗(yàn)中的視覺(jué)體驗(yàn)。在城市景觀可視化交互空間的設(shè)計(jì)中，需要加強(qiáng)用戶(hù)對(duì)空間的切身感受與真實(shí)體驗(yàn)，讓其與空間產(chǎn)生交融，感受交互空間帶來(lái)的獨(dú)特體驗(yàn)。

3.2 可持續(xù)性原則

在以往的景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了許多快閃形式的交互空間，此類(lèi)空間往往在城市場(chǎng)所中出現(xiàn)一段時(shí)間就需要拆除與報(bào)廢，不僅會(huì)浪費(fèi)材料資源，還會(huì)造成了環(huán)境污染。當(dāng)下景觀可視化交互空間的設(shè)計(jì)需要考慮設(shè)計(jì)空間的可持續(xù)性，強(qiáng)調(diào)生態(tài)文明的理念，保護(hù)環(huán)境，減少污染，避免在城市景觀交互空間營(yíng)造過(guò)程中造成材料的過(guò)度浪費(fèi)與損耗，同時(shí)也要考慮后期空間的拆卸重組，提高空間回收循環(huán)的利用率。

3.3 在地性原則

不同地區(qū)有著其不同的文化屬性，中國(guó)古人在城市空間營(yíng)造過(guò)程中講究因地制宜、因勢(shì)造物。在城市景觀可視化交互空間的設(shè)計(jì)中，要考慮不同城市的文化背景，在空間營(yíng)造的過(guò)程中要加入當(dāng)?shù)氐奈幕?。例如，?dāng)?shù)氐某鞘袣v史發(fā)展脈絡(luò)、城市歷史名人、旅游景點(diǎn)、城市獨(dú)特IP 等，體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐娜宋呐c環(huán)境特色，有利于激發(fā)城市本地居民對(duì)城市文化的歸屬感與對(duì)景觀空間的設(shè)計(jì)體驗(yàn)感，也有利于讓外來(lái)用戶(hù)感受當(dāng)?shù)爻鞘械奈幕攘?，增加?duì)城市文化的認(rèn)同感。

4 基于數(shù)字技術(shù)的城市景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)思路

公共藝術(shù)伴隨著社會(huì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，從私域性藝術(shù)走向了屬于大眾的公共藝術(shù)[7]。景觀空間作為一種藝術(shù)與技術(shù)的表現(xiàn)載體，它表達(dá)了當(dāng)下人們的精神訴求與時(shí)代的審美標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)基于數(shù)字技術(shù)的城市景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)原則的梳理，筆者提出了以下設(shè)計(jì)思路。

4.1 增強(qiáng)景觀空間與城市人文的聯(lián)系

在傳統(tǒng)城市設(shè)計(jì)中，景觀創(chuàng)作與城市的管理模式關(guān)聯(lián)性較弱，此類(lèi)景觀僅是作為城市環(huán)境的一部分存在，難以實(shí)現(xiàn)景觀與城市的交流互通[8]。景觀空間作為人與城市交流的重要媒介，對(duì)于用戶(hù)了解當(dāng)?shù)爻鞘形幕豢苫蛉?。城市景觀承載著表現(xiàn)城市形象的歷史使命，更是反映城市發(fā)展的歷史文化符號(hào)，在進(jìn)行城市景觀的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要運(yùn)用數(shù)字技術(shù)將可視化景觀交互空間所在城市的人文元素連接起來(lái)，并在交互空間中表達(dá)城市文化，用可視化的手法去體現(xiàn)城市文化印記，再通過(guò)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方式與設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行表現(xiàn)，優(yōu)化城市景觀空間中各要素的文化聯(lián)系，滿(mǎn)足城市景觀發(fā)展的多樣化需求，表達(dá)當(dāng)?shù)爻鞘芯坝^獨(dú)特而精彩的地域性、人文性與時(shí)代性。

4.2 提高城市景觀的生態(tài)經(jīng)濟(jì)性

在進(jìn)行城市景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)時(shí)，需要把生態(tài)、和諧、綠色的理念作為設(shè)計(jì)主題，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中始終貫徹。在設(shè)計(jì)材料的選擇上應(yīng)盡量使用生態(tài)環(huán)保、能耗少、污染小、易維護(hù)的材料，促進(jìn)空間的節(jié)能減排效益，突出空間構(gòu)建的綠色屬性。在空間設(shè)計(jì)上，臨時(shí)性的構(gòu)建應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)型的可拆卸、易回收、模塊化的裝配材料，方便后期維護(hù)與重組使用。長(zhǎng)期性的空間需要采用堅(jiān)固耐勞、耐腐蝕的建筑材料，減少空間的保養(yǎng)與維護(hù)成本。

4.3 增強(qiáng)景觀空間的五感體驗(yàn)

數(shù)字技術(shù)的發(fā)展突破了傳統(tǒng)靜態(tài)景觀設(shè)計(jì)與建造的限制，讓景觀空間賦予用戶(hù)多重體驗(yàn)的可能。在城市景觀設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注重五感體驗(yàn)的設(shè)計(jì)，通過(guò)數(shù)字技術(shù)去實(shí)現(xiàn)人景體驗(yàn)的互動(dòng)。增強(qiáng)使用者的視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)，甚至是味覺(jué)與嗅覺(jué)的體驗(yàn)感，使景觀空間能夠與人產(chǎn)生身體上和精神上的共鳴。同時(shí)，讓景觀空間獲得用戶(hù)的認(rèn)可與使用，營(yíng)造出具有特色的景觀環(huán)境與生活空間，為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的休閑、娛樂(lè)、交流服務(wù)，增加用戶(hù)的使用樂(lè)趣。

4.4 增強(qiáng)人景交互的契合性

交互性是可視化景觀交互空間的重要特征之一，是景觀空間作為人與城市空間交流的重要媒介。在設(shè)計(jì)階段，需要保證景觀空間的服務(wù)業(yè)態(tài)符合用戶(hù)的使用需求，在前期設(shè)計(jì)中可通過(guò)大數(shù)據(jù)的收集、獲取、問(wèn)卷、分析等功能對(duì)用戶(hù)的需求進(jìn)行分析歸類(lèi)，了解更真實(shí)的用戶(hù)體驗(yàn)信息，實(shí)現(xiàn)城市景觀空間設(shè)計(jì)與用戶(hù)需求的高度契合。在用戶(hù)進(jìn)入可視化景觀交互空間的過(guò)程中，需要讓用戶(hù)實(shí)時(shí)獲取空間信息，增強(qiáng)用戶(hù)與空間的互動(dòng)參與性，實(shí)現(xiàn)人景的實(shí)時(shí)互動(dòng)交流。在用戶(hù)使用之后，通過(guò)用戶(hù)建議訪談，改善可視化交互空間的設(shè)計(jì)內(nèi)容，提高景觀空間的服務(wù)品質(zhì)。

4.5 增強(qiáng)空間場(chǎng)景的多元性

景觀可視化交互空間的設(shè)計(jì)是將科學(xué)、藝術(shù)和技術(shù)融合重構(gòu)的過(guò)程?？梢暬臻g營(yíng)造常用的四種技術(shù)為：聲、光、電和機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，傳感器與智能互動(dòng)技術(shù)，全息投影數(shù)字場(chǎng)景技術(shù)和聲、光、電互動(dòng)景觀技術(shù)，創(chuàng)造動(dòng)態(tài)的、數(shù)字化的與時(shí)代相符合的現(xiàn)代景觀交互空間。可視化景觀交互空間的本質(zhì)屬性決定了空間展示形態(tài)的形成脫離不了物理設(shè)施與信息設(shè)施的相互作用。因此，此類(lèi)空間對(duì)內(nèi)部環(huán)境及展示技術(shù)有更高的需求，需要增強(qiáng)可視化交互空間的靈活性。

5 基于數(shù)字技術(shù)的城市景觀可視化交互空間設(shè)計(jì)實(shí)踐

5.1 設(shè)計(jì)實(shí)踐模型的結(jié)構(gòu)組成

為印證可視化交互技術(shù)在景觀中運(yùn)用得是否合理，筆者進(jìn)行了可視化交互空間模型（可視化交互集裝箱）的構(gòu)建。其整體結(jié)構(gòu)由四個(gè)部分組成（見(jiàn)圖4），底部是容納裝置中的電源設(shè)備、操控設(shè)備、后臺(tái)處理等硬件的基座，中層是輕鋼龍骨架構(gòu)，起到集裝箱的承重作用。將投屏器安裝于龍骨架之上，用于數(shù)字信號(hào)的傳輸，兩側(cè)與頂部是三維成像板，負(fù)責(zé)信號(hào)的可視化虛擬成像，整體空間裝置呈現(xiàn)為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，酷似集裝箱。

圖4 可視化交互集裝箱結(jié)構(gòu)圖

5.2 設(shè)計(jì)實(shí)踐模型的運(yùn)行技術(shù)原理

可視化交互集裝箱是基于可視化的圖像處理技術(shù)，在集裝箱頂部安裝3D 全息投屏器，投屏器可以通過(guò)傳輸不同數(shù)字信號(hào)反映到成像板之上。這些數(shù)字信號(hào)既可以是系統(tǒng)自帶輸入的數(shù)字信號(hào)，亦可是體驗(yàn)者使用手機(jī)WIFI 信號(hào)連接，通過(guò)屏幕成像反向控制（見(jiàn)圖5），體驗(yàn)者將自己手機(jī)中的場(chǎng)景投屏到成像板。這些數(shù)字信號(hào)通過(guò)投屏映射到反射板，生成三維影像，為人們營(yíng)造多場(chǎng)景的沉浸式交互空間體驗(yàn)。

圖5 屏幕成像反向控制原理

5.3 設(shè)計(jì)實(shí)踐模型的空間效果展示

用戶(hù)進(jìn)入可視化交互集裝箱空間中，系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)生成不同場(chǎng)景通過(guò)投屏器傳輸，成像板會(huì)根據(jù)不同場(chǎng)域的情況展示各類(lèi)虛擬場(chǎng)景，如科幻、自然、歷史等場(chǎng)景。同時(shí)，通過(guò)成像板大面積的可視化成像，用戶(hù)可以身臨其境地進(jìn)入原始森林的虛擬空間之中（見(jiàn)圖6），通過(guò)動(dòng)植物之間的場(chǎng)景變換，帶領(lǐng)用戶(hù)走進(jìn)現(xiàn)實(shí)中并不存在的虛擬空間里面，體驗(yàn)者觸碰不同位置的成像板，觸發(fā)相對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景裝置，使得場(chǎng)景影像會(huì)發(fā)生不同的交互反應(yīng)，再加以音樂(lè)、燈光、氣味等元素的環(huán)境氛圍渲染，令用戶(hù)全身心地體驗(yàn)并沉浸在空間之中，為用戶(hù)帶來(lái)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等豐富而獨(dú)特的感官享受。

圖6 可視化交互空間展示

可視化交互集裝箱裝置采用的是輕量的材質(zhì)組裝而成，裝置體量較輕，每個(gè)構(gòu)件之間都是通過(guò)固定的塊面裝配搭建，方便裝置所有者自由拆卸移動(dòng)，并轉(zhuǎn)移到不同的城市區(qū)域（見(jiàn)圖7），在各大城市的公園、商業(yè)街、城市社區(qū)等人群活動(dòng)豐富的區(qū)域安裝使用，為城市居民提供更好的交互服務(wù)，為其帶來(lái)可視化技術(shù)營(yíng)造的交互體驗(yàn)空間，增加城市空間設(shè)計(jì)文化的魅力。

圖7 可視化交互集裝箱空間的景觀應(yīng)用

6 結(jié)語(yǔ)

文章對(duì)數(shù)字技術(shù)背景下的可視化交互景觀進(jìn)行研究，呈現(xiàn)了藝術(shù)與技術(shù)的關(guān)系探討，技術(shù)是單向的開(kāi)發(fā)，而城市景觀的空間設(shè)計(jì)是多維度的思考，有其特有的語(yǔ)言，也有其獨(dú)特的思維、深層的哲學(xué)思考，雖然技術(shù)是冰冷的且不具有屬性，但將城市景觀與可視化的交互數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)更多元的景觀空間營(yíng)造，使得景觀作品更具藝術(shù)性與科技性，實(shí)現(xiàn)景觀空間的環(huán)境升華，從而體現(xiàn)景觀學(xué)科對(duì)社會(huì)的關(guān)注與景觀設(shè)計(jì)師對(duì)公共設(shè)計(jì)的人文關(guān)懷。