虚拟现实技术在中国古典园林设计中的应用

张昱

摘要：随着数字技术的广泛应用，景观规划设计行业亦如其他设计行业一样，发生了巨大变革。计算机辅助设计技术及相关软件在园林设计过程中的应用越来越广泛，大大减少了设计师的工作时间和工作压力。特别是虚拟现实技术的应用，可以辅助设计师更加精确的运用美学规律实现设计意图，帮助受众更充分的理解设计师的意图，对设计方案进行比较和权衡，使方案设计更趋合理和完美。本文对虚拟现实技术在中国古典园林设计各个阶段的具体应用进行了实践分析。

关键词：虚拟现实；园林设计；计算机辅助设计；规划

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）02-0116-02

当前，虚拟现实（Virlual Reality，简称VR）在各行业领域中的应用日趋广泛。在园林设计领域，其优势主要体现在辅助方案设计和展示方案的工作上。由于虚拟现实技术具有交互性、沉浸性、真实性等特点，在应用于设计方案的展示过程时，设计人员和设计委托方可以通过虚拟现实演示系统深入到场景中，从多个角度实时了解并感受设计方案的整体设计意图和各类设计细节，达到理想的展示效果。

1 虚拟现实技术在园林设计中的应用

虚拟现实技术在景观规划设计中的应用，大大提高了设计的科学性和合理性，也有效降低了设计人员的工作强度，提高了工作效率。虚拟现实（VR） -般是由计算机在平台上产生一个逼真的三维虚拟空间环境，用户可以利用一些特殊的设备与虚拟物体在空间中进行交互，从而产生各种沉浸在虚拟世界中的感官感受，如同身临其境。虚拟现实技术在景观项目规划设计中的应用，能使设计人员在体验空间时更具互动性，能够实时、全面展示和修改设计方案的多角度、多层次效果，为设计人员和委托方之间提供一种新的设计对话解读方式，双方可以更直观地比较不同设计方案的整体感觉和细节效果，从而科学、全面的权衡、完善设计结果。

2 园林设计中虚拟现实技术常用软件选择

2.1 常用园林设计模软件分析

传统景观效果图的绘制过程主要有以下几个环节：首先，使用AutoCAD等软件进行竖向布局或绘制示意图；其次，使用3DS MAX等建模软件进行建模；最后，对模型进行不断的改进和渲染直至设计方案通过。当前，设计领域最为流行且常用的几款建模软件为3DS MAX、Maya、SketchUp、CINEMA4D以及Rhino。本文通过对设计行业从业者的软件使用满意度进行调查，对上述五种软件的建模速度、建模能力、修改便利性以及与VR软件的兼容性进行了对比评价，调研结果如表1所示：

考虑到园林设计过程中应用到的不规划形状设计元素多、个性化突出，对建模有特殊要求，在建模软件的选择上，要注重考察其是否具有面向景观的设计方向。与其他软件相比，SketchUp建模软件的建模能力稍弱，但是使用SketchUp软件建模时设计人员可以实现方案的直接设计和修改，从而更容易理顺设计思路。因此SketchUp仍然是当前景观设计师的最佳选择。同时它也是一个真正意义上的三维辅助设计软件，而不仅是三维辅助建模。

2.2 SketchUp建模软件在园林设计中的应用分析

第一，Sketchup建模软件的功能全面，界面友好，简单易学，操作和修改都十分方便，便于设计人员学习掌握。图1是利用Sketchup建模软件构建的园林建筑模型图。

第二，SketchUp建模软件能够帮助设计人员实现沉浸式用户体验。SketchUp建模软件不需要渲染，可以实现直接模式的图像形式。同时SketchUp具有很强的交互性，设计人员也可以通过建模软件和客户进行实时沟通。

第三，通过SketchUp建模软件，可以实现在线模型共享。只要上传相关模型数据，就可以通过该软件实现模型资源的共享，方便了广大设计者之间的交流互动。

第四，SketchUp建模软件有丰富的插件资源，大大提高了建模的便捷性。此外用户还可以根据自己的设计习惯使用Ruby语言对SketchUp进行二次开发。这个特性也使设计师的模型设计更具创造性。

第五，SketchUp建模软件能够与AutoCAD和3DS MAX等主流二维、三维设计软件友好兼容，实现多种软件之间的数据交换。

第六，配合使用渲染软件，SketchUp建模软件可使达到更好的表现效果。目前流行的多种渲染器都支持SketchUp建模软件。

第七，配合使用虚拟现实技术，SketchUp所建模型可以顺畅无损的导入到目前常用的几款虚拟现实软件中去，便于进行设计场景的虚拟漫游和设计方案的虚拟展示。

2.3 Unity3D技术分析

Unity3D是Unity Technologies开发的多平台综合型三维虚拟显示工具，它应用范围广泛，涉及多个不同的领域，目前在游戏开发等商业领域应用已经比较成熟。Unity3D能够实时处理大量三维模型，在创建三维视频游戏方面有较大优势，在复杂场景的三维实时显示方面等方面也表现优异。在软件系统和硬件条件的有效配合下，借助Unity3D强大的三维虚拟显示功能，可以实现虚拟现实技术在中国古典园林设计与方案展示中的有效应用。

3 虚拟现实技术辅助中国古典园林设计

3.1 中国古典园林设计中VR应用的优势

中国古典园林的设计注重意境的表达，强调中国传统造园手法的运用，突出中式设计元素和中式建筑的应用，从而形成相对浓厚的中国传统文化韵味。在以往传统的设计过程中，设计人员一般只能通过平面效果图来展示设计方案。由于平面效果展示的局限性，设计人员很难将自己的设计意图和方案中蕴合的古典意境完整地呈现给受众，受众也很难向设计人员反馈自己的修改建议。而通过虚拟现实技术在设计方案展示环节的应用，设计人员可以大致規划园林的整体结构，将各个设计点的细节元素有机串联起来，使受众直观、真实地感受整个园林设计方案的设计理念、意境风格，并实现双方实时互动。

3.2 Unity3D技术的具体应用

Unity3D技术在中国古典园林设计中的应用，主要是将古典园林设计场景进行三维虚拟，将其中的关键设计元素，如中式风格建筑、园林小品、花草树木、地形地貌等不规则三维模型进行准确描绘，产生真实、美观、代入感强的虚拟场景。Unity3D技术的开发流程主要可以分为建模导入、整合开发和互动体验三个阶段。

3.2.1 建模与导入

首先，设计师要完成中国古典园林设计元素的常用模型设计和主要场景的构建。通常可以利用AutoCAD软件构建二维地形场景做为整个设计的蓝本，利用SketchUp、3DS MAX等软件设计道路、房屋、雕塑、园林小品及地型地貌模型，利用PS图象处理软件或CoreIDraw绘图软件处理和绘制植被及山体、水体等自然环境的图片，用以后期三维场景的渲染。

其次，三维模型通过3DS MAX或SketchUp导出为FBX文件，以便导入Unity3D。利用Unity3D软件的自动识别能力，可以为模型匹配到相关的资源，然后创建预设的古典园林模型。同时，Unity3D技术与Visual Studi02010相結合，可以通过编写相应的代码，实现对古典园林设计场景的漫游。

3.2.2场景的整合与实时驱动

在导入中国古典园林设计模型之后，即可以利用Unity3D引擎可以直接生成多层次的图像，使园林建筑、园林小品、花草树木、地形地貌等呈现出优化的显示效果。通过设置场景，放置相应的摄像机和灯光，也可以真实、直观地显示不同方位和角度下的设计效果，帮助设计师实时调整设计方案中的缺陷和不足。

3.2.3 互动体验

在互动体验方面，Unity3D技术提供了便捷的控制界面设计，如标签、按钮等，设计师可以通过点击相应的模块，进入相应的场景，然后直观地调整相关场景。由于虚拟现实技术中实体模型的相关物理属性可以在一定程度上表现出来，可似通过修改这些属性参数来调整其表现效果，从而节省了再次重复建模的时间，大大提高了设计人员的工作效率。在进行效果展示时，能够利用软件的多窗口交互方式，实现相对复杂的场景切换效果，提高演示效果。利用一些简单的程序语言，还可以进行背景音乐设置、不同视角的特效演示等（如图2所示）。

4 结论

伴随计算机辅助设计技术的广泛发展和硬件的不断普及，使得虚拟现实技术在中国古典园林设计中的应用越来越普遍。随着园林设计从业者水平的整体提升，适用于园林设计特殊需求的专门软件也会越来越多。然而，就目前的调研情况来看，虚拟现实技术在中国古典园林设计中的应用还停留在比较表面的层次。只有在实践过程中不断尝试，不断改进，不断提升，不断发展，才能真正发挥出虚拟现实技术在园林设计中的巨大潜力。

参考文献

[1]鲁英止.设计大师SketehUp提高[M].北京：清华大学出版社，2006

[2]申蔚，曾文琪虚拟现实技术[M].北京：清华大学出版社，2009

[3]刘光然，张丽霞虚拟现实技术[M].北京：清华大学出版社，2010

[4]李勋祥.虚拟现实技术与艺术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007

[5]唐特.基于Ouest3D平台的虚拟现实技术在园林中的开发与利用[D].硕士学位论文青岛青岛农业大学，2010

[6]苏同向.虚拟现实技术在风景园林设计中的运用[D].硕士学位论文南京：南京林业大学2006