三维虚拟VR技术在环境艺术设计中的应用研究

王鹏

摘 要： 为了解决环境艺术设计无法让用户切实地感受真实、清晰的环境艺术设计效果，研究三维虚拟VR技术在环境艺术设计中的应用，通过分析三维虚拟VR技术在城市环境艺术设计中应用情况，研究三维虚拟VR技术的实施流程、城市三维模型构建以及具体应用，其中城市三维模型的实现通过构建建筑模型、城市部件、地形模型以及真实三维模型一系列操作共同实现;分析三维虚拟VR技术在城市园林环境艺术设计、交通环境艺术设计以及小区环境艺术设计中的具体应用。实验结果表明，三维虚拟VR技术能提高环境艺术设计效果且用户满意度较高，提高了城市建筑施工的经济效益，说明三维虚拟VR技术在环境艺术设计中具有可行性。

关键词： 三维虚拟; VR技术; 环境艺术设计; 城市环境; 三维模型; 建筑工程

中图分类号： TN911.73?34; TU986 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）12?0168?04

Abstract： Application of 3D VR technology in environmental art design is researched to resolve the problem that the existing environmental art design cannot let customers actually experience a real and clear environmental art design effect. The implementation process， 3D city model construction， and specific applications of 3D VR technology are studied by analyzing the application status of 3D VR technology in the city environment art design. The 3D city model is realized via a series of operations of building the architectural model， city parts， terrain model， and real 3D model. The specific applications of 3D VR technology in city garden environmental art design， traffic environmental art design， and residential environmental art design are analyzed. The experimental results show that the 3D VR technology can improve the environmental art design effect， has high user satisfaction， and can improve the economic benefits of urban building construction， which indicates that the 3D VR technology is feasible in environmental art design.

Keywords： 3D virtual; VR technology; environmental art design; urban environment; 3D model; architectural engineering

0 引 言

隨着城市信息化的发展，带动三维虚拟VR技术的不断发展和成熟，该技术结合先进的多媒体技术、互联网技术以及三维制图技术，具备较强的综合信息交互和感知能力。近几年，环境艺术设计在我国已取得明显的进步，人们对环境艺术的需求逐渐增强，因此将该技术应用于现代环境艺术的设计中，加强环境艺术设计人员与使用者的交流沟通[1]，打破以往环境艺术设计的局限性，设计出更符合人们需求，更加有融入感、沉浸感的环境艺术作品。三维虚拟VR技术具有良好的代入感，使用户产生身临其境的感觉，丰富的交互性能使用户能主动进行多种方式互动，新奇的构思促使用户在不同的环境中获取新的知识，提高自我认知。本文研究三维虚拟VR技术对城市环境艺术的具体应用，提高了城市环境艺术设计的工作效率和工作质量。

1 三维虚拟VR技术在城市环境艺术设计中应用

城市环境艺术设计中的许多方面都与三维虚拟VR技术有关，虚拟现实技术不仅能够向用户提供大量的现实信息，还能让用户感受到身临其境的沉浸感[2]，是因为三维虚拟VR技术是基于事物的真实数据，在相关的设计要求和规定上塑造出一个真实感较强烈的视觉体验。三维虚拟VR技术塑造的这种逼真的视觉体验，有利于设计人员对细节漏洞的补缺，提高建筑工程的经济效益。

1.1 三维虚拟VR技术的实施流程

三维虚拟VR技术在城市环境艺术中具体的实施流程包括以下几个步骤：对城市的环境实施三维虚拟VR时，确定整体的设计方案为第一要务，确认方案后在AutoCAD三维软件中对城市中的场景进行基本的描绘，整理好的各种线条导入SketchUp中对线条进行三维虚拟模型创建和贴图处理;模型构建完成后，将模型导入三维虚拟VR技术平台对各种细节进行调整[3]，在三维虚拟VR技术平台内对物体进行大小、材质等细节进行调整并分析不同调整结果的应用效果;最终得到具体的方案、三维效果图等供选择使用。图1为三维虚拟VR技术的实施流程。

1.2 城市环境三维模型构建

依照城市环境艺术的整体设计要求和地区的面积大小，本文所构建的模型应具有真实的空间信息以及地理信息，同时细节的纹理能准确地表现模型的具体特点。为满足模型的细节需求，进行遥感拍摄得到的影像的分辨率应在0.5 m以上，对点云数据的要求更为精确，建模所需的CAD数据来自测绘局比例1∶1 000，建筑物表面的纹理信息由单反获取。

1.2.1 建筑模型构建

将1∶1 000的大比例尺地形图与从正方向拍摄的影像进行匹配，在3ds MAX中从1∶1 000大比例尺地形图中获取建筑物是基底，如图2所示，再将点云生成的DSM与DOM图像进行叠加后的图像与地理信息进行结合，从不同角度对待测量建筑高度实施多次测量[4]，将测量结果进行算数平均求值，得到较为准确建筑高度，并于3ds MAX软件中进行建模。

1.2.2 城市部件

根据从图2中获取的CAD数据对精细部件的具体位置进行提取，其属性特征来源于实地采集的纹理图像。由获取的城市部件信息在三维虚拟VR软件中构建三维模型，并对其实施贴图操作使获取的纹理数据真实可信。图3为具体城市部件的围墙的三维模型。

1.2.3 地形模型

提取CAD数据中的高程点，高程点即为携带高程值的点，根据高程点对地表的TIN模型进行模拟[5]，下一步依照生成的TIN模型生成数字地面模型DEM，从DEM图中分析该区域的地形情况。

1.2.4 真实三维模型

本文通过对真实的三维模型实施包括准确性、针对性以及完整性等检查，并将其与周围的环境进行整合，得到真实的三维场景，图4为构建的三维模型的整体概况。

从图4三维模型的整体概况可以看出，采用三维虚拟VR技术将一定范围内的所有模型整合在一个相同的环境下，显示整体模型的可视化效果较好。

通常三维虚拟VR技术的研究内容一方面为其自身的软件及硬件能力，另一方面为该技术在实际的应用情况。下文重点研究该技术在城市环境艺术规划中的应用情况，从不同角度分析城市环境艺术设计的具体应用。

1.3 城市园林环境艺术设计中的应用

城市环境艺术设计中园林景观设计采用三维虚拟VR技术来对真实的园林景观进行模拟，对城市园林景观建设具有关键作用。城市园林环境艺术设计中需对园林景观进行渲染[6]，是设计者重点考虑的问题，园林环境艺术中具有较多品种的树木，房屋建筑较少，造成对園林环境建模的难度较大。三维虚拟VR技术多利用面片建模和动态贴膜手段实现对园林景观艺术的设计。图5为城市园林环境艺术设计建模流程。

构建城市园林环境艺术模型包括静态景物和动态景物。三维虚拟VR技术利用计算机技术将人视觉用先进的相机镜头代替，在虚拟的环境艺术中依照设定的园林路线构成一定游览路线，较大程度上体验整个园林空间的意境氛围，使用户充分感受园林环境艺术。用户也能够在园林环境艺术中随意选择园林游览路线，将园林中所有的景观要素与用户的动态游览路线相结合，得最佳园林游览路线。采用三维虚拟VR技术在城市园林环境艺术中能让用户充分感受城市园林环境艺术整体设计，沉浸感较高[7]。

1.4 城市交通环境艺术设计中的应用

经济发展带动城市车辆数量急速增长，导致了巨大的城市交通压力，既影响城市交通秩序又威胁人民生命财产安全。利用三维虚拟VR技术构建城市交通环境系统有利于缓解城市交通压力，三维虚拟VR技术采用各种感知设备对城市道路进行有效的监管。城市交通环境设计以真实的道路对基础、对城市交通中各条街道进行三维虚拟仿真。设计者能针对不同的道路交通状况对城市交通环境进行调整，寻求最佳的城市交通环境实现合理的交通规划。城市交通环境艺术中虚拟道路的设计，不同的对象之间采用不同的空间位置关系进行组合[8]，首先需要构建其中一个对象，其余对象的位置关系根据该对象进行放置。综合整个城市交通环境，建立街道路口为最优选择，因为路口除作为基本对象外，还能起到基线作用。应以路口实际交通状况来构建虚拟道路，接着以其他参考物为参照，把交通信号灯、往来的车辆情况等分别放在合适的位置;对道路发生的不同情况，利用Java Script进行脚本语言修改[9]。图6为三维虚拟单交通路口设计流程图。

1.5 城市小区环境艺术设计中的应用

将三维虚拟VR技术应用于城市小区环境艺术设计中，基础建模阶段要准备的内容包括小区内各种建筑特征以及自然环境特征，采用三维虚拟VR技术改变传统小区环境艺术设计中与周边环境无法融合、突兀性强的弊端[10]。将规划建设好的建筑安置于三维虚拟环境中，达到要求即可进行真实城市小区环境建设，缩短环境艺术设计时间。采用三维虚拟VR技术构建的虚拟小区，随时可对小区任何地点进行漫游，对绿化建设以及设施配置等进行监控和管理。

2 实验分析

实验为验证本文三维虚拟VR技术在环境艺术设计中的应用效果，现对采用三维虚拟VR技术设计的某东部沿海城市的环境艺术设计效果进行分析。

实验通过对某城市的用户发放问卷调查的形式，对上述实验获得的环境艺术设计效果图以及该城市当前的环境艺术设计效果进行调查，从而分析三维虚拟VR技术的实际应用效果。

实验在该城市的某小区附近向居民发放100份调查问卷，其中为得到不同年龄段居民对城市环境艺术设计的评价，调查问卷向青年、老年以及青少年三种年龄段的居民进行发放，实验结束后收回100份调查结果，调查结果的有效率为100%;评分标准为百分制，调查问卷中包括居民对设计成果的直观感受、方案简洁性评价、环保性评价、实用性评价以及可实施评价。将收回的100份调查问卷每10份为一组，统计10组的调查问卷的平均分。

用表1和表2分别描述不同的调查结果，对比两个表中数据可知，采用三维虚拟VR技术的城市环境艺术的各项评分结果均优于该小区过去的环境艺术设计效果，说明三维虚拟VR技术在提高城市环境艺术设计的满意度较高。

对城市的建筑工程进行环境艺术设计时运用三维虚拟VR技术，能够提高对建筑工程材料和建筑框架成本预算的准确度，降低预算出错造成的大量额外的支出，有效避免因预算出错而诱发的各种问题。

3 结 论

本文研究三维虚拟VR技术在环境艺术设计中的应用，分析三维虚拟VR技术的具体实施流程，并对城市环境三维模型进行构建，增强环境艺术设计的真实感。结果表明，实际应用的满意度较高且提高了对建筑工程环境艺术设计工程预算的准确度。

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