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1、虚拟现实技术在园林规划设计中的应用 戴茜;黄心渊;蒋蕊;王旭【摘 要】For the application problems of virtual reality technology in landscape planning and design,According to the characteristics of virtual reality technology,virtual reality system platform construction is completed.Finally,through the comparative analysis,the appropr
2、iate virtual reality system platform and software are selected,SketchUP landscape modeling is chose,including the building modeling of garden scene,plant modeling,water modeling.Innovation lies in:In a designers SkctchUp as a modeling tool,relative to 3DSMAX,landscape designer can more easily into t
3、he virtual reality scene.%针对虚拟现实技术在园林规划设计中的应用问题，根据虚拟现实技术的特点，完成虚拟现实系统平台的构建。最后通过对比分析，筛选出合适的虚拟现实系统平台及建模软件，选取 SketchUP 进行景观建模，包括园林场景中的建筑物建模、植物建模、水体建模等。创新之处在于：用面向设计师的 SkctchUp 作为建模工具，相对于 3DSMAX 来说，园林设计师能够更加方便地进入虚拟现实场景。【期刊名称】电子测试【年(卷),期】2014(000)007【总页数】3 页(P49-51)【关键词】虚拟现实技术;SkctchUp;园林规划设计;渲染【作 者】戴茜;黄心渊
4、;蒋蕊;王旭【作者单位】北京林业大学艺术设计学院，北京，100083;中国传媒大学动画与数字艺术学院，北京，100024;中国传媒大学动画与数字艺术学院，北京，100024;北京林业大学艺术设计学院，北京，100083【正文语种】中 文【中图分类】TP3 0 引言 作为计算机辅助技术，虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)的特别之处在于能够模拟出逼真的三维虚拟空间，人们可以利用一些特殊设备与该空间的物体实现交互，获得虚拟世界的真实感。如今 VR 在园林规划设计中得到较多的使用，其具备的直观性与交互性使园林设计师更容易掌控整个设计过程，对空间的把握也更加自如，方案设计趋向于科学和完
5、美。无论是方案的决策者还是社会公众，都可以在VR 演示系统中深入园林场景，能够多角度实时感受设计意图。VR 还可以模拟园林施工现场，能够更加合理地安排施工进度，从而使整个施工过程得到科学的指导，确保工程安全。VR 的发展潜力极大，是实现当前施工现代化的一个创新性方向。VR所展现出的优势，可以对园林规划设计提供更多的帮助，深入研究该技术在园林规划设计中的应用，有着较大的现实意义。1 虚拟现实技术的理论概述 1.1 虚拟现实技术及虚拟环境介绍 虚拟现实技术是上世纪八十年底末开始兴起的一门综合性信息技术，涵盖了多个学科，最早主要用在计算机仿真领域，另外在多媒体、传感、图像学等领域也得到了一定的应用。
6、该技术的原理是通过计算机及相关软件对真实环境进行模拟，用户可以利用专用的设备沉浸到模拟环境中，从而实现与该环境的交流与感受。虚拟现实技术的核心在于对真实环境的虚拟，主要有三种：（1）还原真实的环境。这种环境有些已经存在，有些正在形成的过程中，有些是遭到了一定的破坏，包括住宅区、校园、战场等。（2）还原并不存在的环境。这种环境处于人脑的想象之中，例如科幻电影场景、游戏场景等，能够展现出人类丰富的想象力。（3）还原真实存在的但未被人类感知到的环境。这种环境包括宏观的天体运动、微观的分子结构等，以人类的能力还不能直接感知，利用虚拟现实技术进行模拟仿真，可以将它们展现在人们的眼前。1.2 虚拟现实技术
7、的特点 当前公认的虚拟现实技术三角形架构理论为 I3，即虚拟现实技术涵盖了三个通用的特点：交互性（Interaetivity）、沉浸感（Immersion）、想象力(linagination)。（1）交互性。虚拟现实技术中的交互性，指的是用户利用专用的输入、输出设备，可以与虚拟环境中的各个物体进行交互，通过这些专用设备用指令的方式指挥虚拟环境内的物件，电脑可以根据用户的需求完成相关的指令和操作。（2）沉浸感。虚拟现实技术中的沉浸感是指用户的身临其境的程度，在专用设备的协助下，用户可以与虚拟环境交互并感知，产生一种真实的感觉，与现实的环境感受越接近，用户的沉浸感越强。（3）想象力。虚拟现实技术中
8、的想象力，指的是用户在判断、推理、想象虚拟环境的过程中，以感受到的物体变化为基础，所发挥出的想象能力，并根据想象力不断改进、创造和完善虚拟现实系统。1.3 虚拟现实系统的构建与分类（1）虚拟现实系统的构建 VR 系统一般由 VR 软件、VR 数据库、VR 输入设备、VR 输出设备构成。（2）虚拟现实系统的分类 当前，常用的虚拟现实系统主要有桌面式、沉浸式、增强式、分布式等。桌面式：这种系统由于价格较低且携带方便，适用的范围也广，所以得到广泛使用。该系统主要是利用三维鼠标、数据手套、力反馈器等输入设备进行场景的感受，其缺点是用户的沉浸感不高，选用该系统的通常是对虚拟现实效果要求较低的用户，本次研
9、究由于经费不足，也是以此系统为基础进行虚拟现实技术的应用研究。沉浸式：这种系统有较强的沉浸感，给用户带来的感受体验非常真实，一般有头盔显示的、三维投影的、座舱类的，但是其价格昂贵，所以远不如桌面式的普及。增强式：这种系统可以将虚拟环境叠加在真实环境之中，是一种组合式的系统，交互性极强，一般在军事、医学及文物估计复原等领域应用得较多。分布式：这种系统提供的虚拟环境允许多个用户同时参与，并能实现协同工作的效果，主要用在多人网络游戏、远程虚拟会议、虚拟现实社区等领域。2 虚拟现实技术在园林规划设计中的应用 在园林规划设计中，虚拟现实技术有着较大优势，并贯穿整个设计过程的每一个阶段，对于三维建模软件以
10、及虚拟现实平台的选择非常重要，关系到园林景观的建模方式。2.1 虚拟现实技术在园林规划设计中的优势 2.1.1 对方案设计进行更好的辅助 在虚拟现实技术的帮助下，园林设计师可以利用人机交互深入到多维仿真的场景之中，其观察与体验设计方案能够从任意一个角度展开，使设计更加的直观，亲身感受到设计方案的材料、光照、空间的合理性，并且可以对比分析多种方案，及时发现存在的问题，防止重大设计失误发生。此外，身临其境的感觉有助于设计师激发出设计灵感，使设计思维得到扩展。2.1.2 方案的展示可以通过多维全景、实时互动的方式实现 利用虚拟现实技术，观众可以基于自身的意愿对方案进行多角度的实时观察，体验触觉、听觉
11、、视觉、味觉等多种真实的感受，还可以利用互联网让更多的人进行体会。2.1.3 提高公众的参与度 作为可以多方沟通的平台，虚拟现实技术能够让公众有效参与，根据直观感受，公众可以评价设计方案并提出相关意见，从而成为方案设计的参与者之一。2.1.4 模拟施工过程 虚拟现实技术可以对园林的施工过程进行模拟，以论证施工计划的合理性，从而有效掌握整个项目的施工进度，对施工工序进行合理的安排，防止施工安全隐患，并对节约施工材料有很大的帮助，实现了施工过程的可视化。2.1.5 有效降低方案展示与人员沟通的成本 虚拟现实技术的应用在方案展示方面有着较大的优势，有效降低动画与模型制作、效果图打印等方面的成本，并且
12、利用网络平台的沟通，还能降低各方之间的沟通成本。2.2 虚拟现实的关键技术及建模软件选择 2.2.1 三维建模技术 该技术实现虚拟现实环境，首先要保障场景模型的流畅运行，因此要求建立起来的三维模型文件小、面数少、造型准。虚拟现实环境的三维建模有一定的难度，在传统的园林模型建立中，使用较多的是 AutoCAD 与 3DSMAX 相结合的技术组合方式，首先用 AutoCAD 导入平面图，再用 3DSMAX 建模，而虚拟现实环境则需要考虑园林的典型景观要素，因此还结合了 SketchUp。2.2.2 图像立体显示技术与立体声技术 图像立体显示并加入立体的背景声，是提高虚拟现实技术沉浸感的直接要素。当
13、前较为流行的图像三维立体显示技术包括全息式、光栅式、全真式、时分法、光分法、补色法等，其中使用较多的是时分法、光分法、补色法。此外，背景立体声可以实现 3D 仿真声音，当观众接近声源时，声音将逐步变大，反之则变小，提高了观众的临场参与感。2.2.3 三维图像的实时生成技术 在传统的三维图像生成的过程中，静态渲染生成的时间不确定一直是一个难题，而且渲染一张图片的时间较长。动画渲染的帧数较多，占用的时间更久。显然，传统方式并不适合虚拟场景图的生成，虚拟现实要求对三维图像实时生成。可以利用烘焙技术，整个场景经过烘焙可以一次生成，有一些虚拟现实平台具备烘焙功能，还可以利用 GPU 渲染技术实时编辑 3
14、D 场景。在建模软件的选择环节，可以考虑一些主流建模软件，例如3DSMAX、SkctchUp、Maya 等。在这三种建模软件中，建模能力Maya 最强，建模速度 SketchUP 最快，修改便利性 SketchUP 最强。本文选择的建模软件是 SketchUP。2.3 基于 SketchUP 的园林景观模型的建立 2.3.1 建筑物建模 建筑物是园林场景中的重点部分，其建模量较大，其中难度最高的是古建筑模型的创建，SketchUp 中的照片建模是一种很好的古建筑建模方式，如图 1 所示。图 1 SketchUp 的照片建模 2.3.2 植物建模 在三维建模中，植物建模是一个难点，这是因为每一棵
15、植物的树叶较多，其模型所形成的面数有可能达到百万数量级，而且一个园林场景的数目极多。SkctchUP 提供了较好的三维树木模型建立功能，效果图如图 2 所示。图 2 三维树木模型 2.3.3 水体建模 水体的存在形式多样化，静水与动水是完全不同的结构。SketchUp 能够制作出水的透明度以及水面的材质纹理，但是对水体的反射、折射等并不支持。因此要实现动水的建模，可以先制作成静水，然后导入动画漫游软件，这类软件能够生成逼真的动水效果，如图 3 所示。图 3 SketchUp 结合动画漫游软件生成的动水效果图 3 结语 基于虚拟现实技术的园林场景的建立，需要对比及筛选合适的建模软件和虚拟现实系统
16、平台，并实现模型的建立。本文选择了SketchUP，论述了各类景观建模，包括园林场景中的地形建模、建筑物建模、植物建模、水体建模等。本文的创新之处：用面向设计师的 SkctchUp 作为建模工具，相对于 3DSMAX 来说，园林设计师能够更加方便地进入虚拟现实场景。参考文献 1杨璐.虚拟现实技术在园林景观设计中的应用J.艺术科技,2013(7):297.2李国松,杨柳青.虚拟现实技术在风景园林规划与设计中的应用研究几种常见虚拟现实技术的应用评价分析J.中国园林,2008(2):32-36.3李承清.虚拟现实技术在风景园林设计中的应用J.城市建筑,2013(22):204.4王宏信,赵月宁.虚拟现实技术在园林景观设计中的应用J.河南科技,2011(15):53-54.5Francisco,R.Paulo,N.Emflia,D.Marcelo,S.Using Virtual Reality to Assess User Experience J.Human factors,2012,54(6):49-55.