基于虚拟现实技术在景观设计中的应用

彭鑫

摘 要：随着科技的进步，人类对数据的价值发掘越来越深入，虚拟现实技术正是在此背景下应运而生，虚拟现实应用的自然属性决定了这一技术能将人们的生活娱乐和工作场景全部数据化，而很多目前所搜集或利用不到的信息也能够被搜集和应用起来。如果从景观设计师的角度来理解VR技术，其根本变化在于信息的载体不再是屏幕，而是我们感知到的世界本身。从电脑发展到智能手机，信息的载体仅仅是从固定的屏幕迁移到移动的屏幕就已经给各个行业带来了翻天覆地的变化，而信息的空间化，数字资产将拥有更为巨大的价值。数字化的物理资产，将使资产的价值相叠加并成倍的放大，而这些价值的产生一定离不开设计师的智慧，因为景观设计的深入程度，直接影响着充斥在人们眼前的信息以及其给人的感受。

关键词：虚拟现实；信息技术；景观设计；应用

目前虚拟现实技术的商业化应用正在经历着飞速的增长。根据IDC数据显示，到2020年，全球虚拟现实技术市场收入规模将达到800亿美元，比2016年的400亿美元市场规模翻倍。IDC公布新一轮预测：因为苹果和PC的推动 2021年VR和AR将出货一亿台！虚拟现实技术作为商业变革的新型技术之一，正在被越来越广泛的区域和领域采用。而景观设计因其更侧重于人的视听直觉感受有着其自身的设计难点，尤其是在如今多维化信息环境交互的行业中，虚拟现实技术VR对于空间的无缝衔接能力恰好能够解决多维信息交互中的难题，因而有着巨大的技术优势。

一、虚拟现实技术及其特点

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR） 是综合利用计算机图形学、光电成像技术、传感技术、计算机仿真、人工智能等多种技术，创建一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的计算机系统。人们借助各种交互设备沉浸于虚拟环境之中，与虚拟环境中的实体进行交互，从而产生和在真实物理环境中几乎相同的感受体验。VR技术重点在硬件方面，尤其是头部追踪技术。VR必须要结合硬件与软件一起使用，和大多数人想象的不同，VR在软件方面实现起来简单，几乎只需要很少的一点代码即可实现。

虚拟现实技术具有以下五个主要特征：

1.沉浸性使之所创造的虚拟环境能使人们产生“身临其境”感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的，而且在操作过程中它可以自始至终地发挥作用，就像真正的客观世界一样。VR尤其强调沉浸感，这也是虚拟体验愉快且让人兴奋的原因所在。

2.交互性是在虚拟环境中，人们如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系，其中体验者是交互的主体，虚拟对象是交互的客体，主体和客体之间的交互是全方位的。

3.构想性是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动，不仅要能使沉浸于此环境中的体验者获取新的指示，提高感性和理性认识，而且要能使体验者产生新的构思。

4.动作性是指人们能以客观世界的实际动作或以人类实际的方式来操作虚拟系统，同时感觉到自己所面对的是一个真实的环境。

5.自主性是虚拟世界中物体可按各自的模型和规则自主运动。

二、虚拟现实技术在景观设计中的影响

VR对于设计领域，尤其是景观设计领域的影响将是巨大的。首先是对设计师的影响，因为它不仅仅是设计工具，更是设计的媒介。VR之于设计，正如纸于绘画。而且VR的维度更高，包含了二维，三维甚至四维（时间）的信息。这种影响会分阶段不断深入：

第一阶段：现在。当前的交互方式尚不完善，VR更多的是作为建模软件的辅助工具，充当一个viewer的功能。设计师可以将模型导出到VR，直观地体验自己的设计。客户也可以直接在VR里进行反馈迭代。在这个阶段，设计师既需要了解设计，也要掌握由建模软件导出到VR的工具，如IrisVR等。

第二阶段：交互方式的进一步完善：手柄外设、手势识别、触觉反馈等。随着交互方式的完善，设计师可以完全抛弃传统的建模方式，在VR中進行自由的设计。同时学习的成本也将大大降低，设计师可以更加专注于设计本身，在VR中设计就像拿起笔在纸上绘图一般自然。目前，HTC VIVE上的Tilt Brush最接近这一形式。但是设计师仍然不能实际地“触摸”到虚拟世界中的物体。

第三阶段：脑机接口，所想即所得。VR将即时针对人脑海中的画面建模，甚至在人们还不确定设计方案的时候就帮其完成了下一步的设计。届时设计也将更偏向于VR世界本身，而不仅是针对物理世界。更多的客户需求将来自虚拟物品的设计，如虚拟景观等。而最终的目标，就是设计师不需要学习就可以用VR设计，可以跨空间体验作品，观察细部，获得灵感。

其次是设计作品对于作品受众的影响也是非常巨大的。因为虚拟现实有沉浸性、交互性和构想性三个基本特征，虚拟现实技术应用于园林规划设计可以得到全方位的观察和设计效果，同时可以展示园林空间的整体信息，通过互联网进行远距离浏览、辅助设计、辅助决策和公众参与，对于探求其对风景园林规划与设计不同层次的影响具有重要意义。

三、虚拟现实技术的应用限制及对策

（一）技术所依赖的硬件资源

虚拟现实技术的应用从VR全景视频摄像、VR 高级特效渲染与合成、U3D VR 交互设计与输出的所有的环节都离不开硬件及软件的配合，景观设计过程中创建的三维模型往往是有很多点、面元素组成，模型复杂度较高。如风景园林等景观中很多具有不规则变化的设计元素：山的棱角走势、水的动态波纹、植物繁茂的叶子等，其中包括粒子、刚体及各种大小型特效的制作，构建模型的面通常达到上百万级别，因此对计算机资源的要求也非常高。这已经成为虚拟现实技术在景观设计应用普及的限制因素之一。

（二）装备的体验性差、价格高昂

目前，很多提供虚拟现实技术应用服务的公司都推出了可供消费者体验的头盔、眼镜等装备，但几乎都存在以下缺陷：1.装备笨重，穿戴舒适度差，受到线缆束缚。通过线缆连接到外部设备的方式束缚了用户的行动。2.用户必须依赖于外部控制器或手柄，与虚拟环境进行互动或对其进行操作，而且所用的设备昂贵，无法满足大范围推广的需求3.数据处理以及相关技术还未完全成熟，如设备的像素匹配不当、加载速度跟不上人行为与视线的变化等，不可避免地会使人产生眩晕等反应。现在市场上产品大多是通过VR眼镜盒或头盔来体验全景浏览模式，这种模式仅仅是2.5D的模型图，体验仍停留在初级阶段。体验者根本无法在头盔中看到的空间里游走，更谈不上沉浸式的全方位体验，不能与空间互动，这些不能算是真正意义上的VR设计产品。从技术和应用角度而言，我们目前尚未触及真正VR体验的冰山一角。而所有以上这些因素无疑会阻碍大众消费者对虚拟现实进一步的了解，糟糕的体验使其望而却步。endprint

（三）景观设计自身的限制

虽然虚拟现实技术以其极大的技术优势，简化了景观设计流程以及难度。但是不可避免，景观设计本身具有着注重人的感性认知特点，设计的优劣评判有着多重标准。虚拟现实技术只能在设计方式和途径上尽可能使设计者表达出设计初衷和意图，无法真正在提升设计主体所展示的抽象内涵和美学意义。

（四）模型数据库不完善

景观模型库不够全面，设计者可选择的范围较小。很多设计者虽然很倾向于使用VR技术但是由于在模型构建时缺少参考，模型库太少，导致实际设计过程中效率很低，无法真正发挥VR技术的优势。

不过随着虚拟现实技术的不断进步，虚拟现实行业的涉猎者数量越来越多，进而景观设计VR1.0的时代也快速地向前发展，针对以上这些问题和缺陷，有些技术公司已经可以提供相对标准化的解决方案。

推进VR景观设计应用2.0时代的到来，一方面要用技术手段提升体验，增加更多交互性。通过技术提升来塑造表现细节，如风吹落叶、日照山岗、暮霭沉沉等效果都能够让用户的真实感提高很多，在有限的空间范围内支持多名用户同时在景观体验区大范围体验行走和交互等。另外，要重视数据资源的发掘和积累，着重构建模型数据库。景观模型库的建设未来将成为设计公司或团队在VR领域快速发展的重要手段之一，对于设计公司来说，拥有多样化的景观元素模型意味着能够吸引更高的用户关注度并且在行业内占据有利的竞争优势。

不仅仅是VR景观设计领域，针对整个虚拟现实行业来说，真正实现成熟应用和生活中普及仍然存在不少的难题需要解决，以及相关关键技术尚未成熟、缺乏具有创新性的内容、设备昂贵且体验差等等诸多阻碍，归根结底，VR设备的成熟和普及仍需一段时日。

四、结语

VR技术的应用，使得景观设计者采用更加贴近真实自然的人机交互手段成为可能，创作者可以根据设计构思更加具体地控制作品的表现形式，从而塑造出更具沉浸感的景观环境以及现实情况下不能实现的构想。通过视觉、听觉、触觉、嗅觉，甚至感情、情境等多重感官方式，赋予计算设备“类似人的感知”，并赋予创造的过程以新的含义。如数据手套能够提供力的反馈，可移动的场景、360度旋转的球体空间不仅增强了景观体验的真实感，而且可以使觀众进入所设计的景观内部，操纵它、观察它，甚至赋予观众参与再创造的机会；也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像；通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制景观投影。

虚拟现实技术作为未来景观设计领域的重要应用方向，有着极大的优势和广阔的应用前景，但是，在具体的推广应用中还存在着各种各样的阻碍。一方面，企业用户应解放思想，把握机遇，大胆利用新技术。另一方面，虚拟现实技术服务商要加强基础技术的研究，加大对数据处理以及沉浸式装备的研究投入，充分提高其体验性。VR技术目前仍处于不断更新发展和迭代的发展阶段，相信在不久的将来，景观设计师们会在虚拟现实的变革中发现自己创造力的潜力！

参考文献：

[1]王强.虚拟现实技术：深刻改变未来[M].北京：电子工业出版社，2011：42.

[2]龚栋林.虚拟化与数据计算研究[M].北京：科学出版社，2007：33-35.

[3]董旭.虚拟现实技术应用架构[M].北京：机械工业出版社，2006：63-67.

[4]陈中来.现代景观设计及信息化技术应用[M].天津：南开大学出版社，2012：58-59.

作者单位：

湖南工程职业技术学院endprint