三维模型在“园林植物景观规划”课程教学中的应用

李 慧 何 伟 钟誉嘉

(北京林业大学园林学院，北京 100083)

目前，“园林植物景观规划”课程教学安排基本上按照先理论讲授、再课程实习、最后课程设计的模式进行，培养学生综合应用园林植物相关知识和独立承担园林规划设计中植物景观设计任务的能力。首先，通过大量的理论讲授使学生基本建构了相关的知识体系；其次，通过直观的现场教学与调研实践，增加学生的直观感受，让学生在头脑中建立起现场与图纸之间的联系；最后，进行课程设计，由大尺度到小尺度，从规划到设计，循序渐进。

另外，“园林植物景观规划”课程理论知识和案例的讲授主要采用PPT展示的形式，以图片和教师讲授为主，缺乏师生间直接、可操作的互动媒介，学生很难短时间内在头脑中建立起植物空间的直观感受。而在课程设计时，学生一般通过绘制的平面草图与教师进行沟通，图面上以圆圈或云线表达种植的植物。虽然学生和教师针对图纸反复沟通，但对于初学者来说很难建立起图纸与实体空间之间的联系，致使空间尺度难以准确把握、教学效率受到影响。

一、三维模型的内涵和特点

三维模型是物体的多边形表示，可以通过计算机或者其他视频设备进行显示。三维模型可以表示任何自然界存在的物体，其被广泛应用于医疗、影视、建筑、交通等各个领域。通过三维模型的建立可以加强学生的空间感和现场感，训练学生对于各园林要素的体量、大小、比例等的客观认识，因此其已成为风景园林设计类课程重要的辅助教学手段[1]。但以往的三维模型教学研究多针对硬质空间设计，而园林植物景观设计仅在最后成图时用Auto CAD和Photoshop制作平面图和效果图，缺乏植物在三维模型中的推敲过程，二维的思考难以使学生直接感受到空间疏与密、开敞与围合，更无法很好地完成实际效果和二维平面之间的转化。因此，如何在园林植物景观设计中运用三维模型，培养学生的空间思维能力，提升学生的空间设计能力，是现阶段急需解决的问题。目前，风景园林领域常用的三维模型软件有3Dmax、SketchUp(建模草图大师)和Lumion(实时渲染)。

(一)3Dmax软件

3Dmax是由美国的Autodesk公司开发的一种基于矢量的三维造型和动画设计软件，在动画、仿真、工业设计、室内设计、建筑设计等行业被广泛应用。它主要运用计算机图形生成和图形处理功能模仿真实现象，建立模型，生成形象逼真的图像或动画[2]。由于其展示效果突出，3Dmax在建筑和景观设计行业的效果图制作方面应用广泛。但因其建模过程较为麻烦、操作繁杂、对硬件要求高等原因，很少有设计师将其作为工作模型使用。

(二)SketchUp软件

SketchUp是由Google公司研发的一套直接面向方案创作的模型软件，具有命令精简、操作简单、建模快速、易修改、软件适用范围广等特点，被广泛应用于各行各业，特别受景观设计师的追捧。

SketchUp是轻量化的建模软件，其可以通过点、线、面推拉而形成三维模型，并且自带材质库与模型库，在建模过程中可随时赋予材质或插入模型，因其操作简单、使用便捷而广受设计人员的喜爱。它不仅可以辅助设计师在空间中进行构思与推敲，而且还具有一定的展示功能，满足与客户交流方案的需求[3]。此外，SketchUp拥有强大的软件接口，可与Auto CAD、3Dmax、Photoshop、Vray、Maya等多种软件兼容，并且可以导出dwg、dxf、3ds、pdf、jpg、png、bmp、eps、epx、obj、xsi、kmz、fbx、vrml等多种格式文件，具有很强的输出性，满足设计中再编辑和展示的需求。

(三)Lumion软件

Lumion由Act-3D公司研发，是时下最为流行的软件之一，采用最新的GPU渲染技术，渲染效果即时显示，在近年异军突起[4]。这个软件的最大优点就在于人们能够直接预览并且节省时间和精力。Lumion是一个实时的3D可视化工具，涉及到的领域包括建筑、城市规划和景观设计。它既可以制作图片作品，也可以制作动画影像。Lumion的强大就在于它能够快速高效地提供优秀的图像，并且支持多种格式传输，可以导入skp、dae、fbx、max、3ds、obj、dxf文件，导出tga、dds、psd、jpg、bmp、hdr和png文件。

5.产前7 d投服“金桃素（万乳康）”和产后7 d投服“催乳宫炎（益母生化散）”，预防产前便秘和产后不食、无乳的发生，促进恶露的排出，杜绝子宫内膜炎的发生，使母猪产后体质迅速恢复。

(四)3种三维模型软件的综合对比

目前，在风景园林设计专业里应用最广、使用频率最高的软件是SketchUp。而Lumion随着软件的升级和功能的逐渐强大也被越来越多的设计师应用，3Dmax相较于以上两者操作难度较大，设计师应用不多，但在下游的效果图公司应用广泛[5]，见表1。

表1 3种三维模型软件的综合对比情况

二、三维模型在“园林植物景观规划”课程教学中的应用

在如今的风景园林设计领域，三维模型在设计构思、推敲以及成图等过程中发挥着重要的作用，并且成为了设计师所必须掌握的技能。然而，在园林植物景观规划设计领域中三维模型的应用并不广泛，笔者有必要讨论三维模型在“园林植物景观规划”课程中的应用。

(一)三维模型应用于“园林植物景观规划”课程教学的可行性

通过对比3Dmax、SketchUp和Lumion三款空间模型软件，笔者发现以SketchUp为基础，以Lumion为主的虚拟模型组合技术更符合“园林植物景观规划”课程教学与实践的要求。

“园林植物景观规划”课程一般在大三年级开设，学生通过之前的“园林设计”“园林建筑设计”等课程的学习已经基本掌握了SketchUp软件的操作方法，SketchUp软件足以为植物景观空间营造建立环境基础。但SketchUp软件中的植物素材较少且过于卡通，与真实情况差距太大，且插入过多植物模型后软件运行速度变慢、体验感减弱，影响设计效率。而Lumion不能构建模型，构建的精准度不高，渲染出的图像不如3Dmax真实[6]，但Lumion足以满足“园林植物景观规划”教学过程中对于案例的展示和学生作业的推敲、演示。另外，Lumion与SketchUp兼容性良好，可在一定程度上弥补SketchUp软件在植物种植方面的不足，并且Lumion自带大量植物模型，在网上还可以免费下载植物拓展包，其植物素材真实，且按照植物形态、种类进行分类，方便设计者选择使用，见图1；Lumion操作时学生可直接将植物素材插入到空间模型之中，实时呈现设计效果，同时还可自由变换角度，方便学生理解植物处于近景和远景的不同，有助于学生推敲设计的合理性；同时Lumion软件操作过程像玩游戏一样简单，没有复杂的菜单栏、工具栏，易于学生掌握。

图1 SketchUp和Lumion软件所提供植物素材的对比

(二)三维模型在“园林植物景观规划”课程教学中实际应用

通过上文对不同模型软件的分析，笔者认为在“园林植物景观规划”课程中，运用如下方法可以发挥三维软件最大的作用，提高“园林植物景观规划”课程课堂教学的效率和效果。首先，利用SkechUp建立场地的基础空间模型；其次，再将基础空间模型导入Lumion中，运用植物素材进行种植设计和推敲；最后，导出效果图或动画，见图2。

1.应用SketchUp软件建立不同场地的基础空间模型

SketchUp软件建模原理简单直接，线成面，面成块，用体块表达设计的想法。在植物景观营造中，首先在SketchUp软件中建立场地中的地形、水体、园路及广场、建筑物，构建出场地的基础空间模型；其次，利用SketchUp软件中不同的素材给模型赋予材质，见图3。

图2 三维模型介入植物景观设计教学的操作流程

图3 SketchUp软件构建的基础空间模型

2.应用Lumion软件进行植物景观设计

(1)调整场地环境和模型材质

将SketchUp软件构建的基础空间模型导入Lumion软件中。首先，调整模型所在的外环境场景、阳光强度、天气；其次，利用软件自带素材赋予模型Lumion材质，美化硬质设计，增加场景真实度，见图4。

(2)建立Lumion常用植物素材库

Lumion软件自带一个庞大而丰富的素材库，包含植物、建筑、汽车、人物、动物、街道、街饰、地表、石头等，其中植物素材主要分为小叶树木、中叶树木、大叶树木、针叶树、棕榈植物、草本植物、花卉、沙漠植物、树丛、落叶等10个类别，满足不同种类及形态的植物需求，见图5。除此之外，网上还可以免费下载植物拓展包，或者根据需求配合Photoshop软件定制植物素材。

图4 应用Lumion软件调整模型材质

在进行植物种植之前，优先设定景观场景所在地区以及场地设计目标，根据当地实际情况核实植物素材准确性，建立场地所需植物素材库。比如，若需要设计北京地区湖滨植物景观，则需要先设想植物景观主题，确认能在北京地区生长良好且耐水湿的植物，然后挑选所需乔木、灌木、草本。

图5 Lumion软件常用植物素材库

(3)进行植物景观设计及推敲

在明确场地植物景观设计目标并准备好相关植物素材库后，设计者即可开始进行植物模型设计。首先在现有空间模型的基础上种植植物，并在空间中推敲植物模型；然后在场景中添加人物配景，通过调整视角，模拟鸟瞰、人视等不同角度，帮助设计者从空间实体角度考虑设计，以此观察场景中植物空间尺度设计是否合理。除此之外，Lumion软件还能改变太阳方位、太阳高度、光照强度、天空云量等参数，模拟出不同季节及天气情况下的植物景观效果，最终设计者通过多次推敲调整，确定最佳的设计方案。譬如，学生进行北京湖滨植物景观塑造课程设计时，以柳树营造湖边舒适宜人的步行空间，通过低矮的草本花卉打开面向湖面的视线，再通过Lumion软件模拟游人的不同视角，调整植物的搭配，最后选取、确定植物景观的设计方案，见图6。

图6 不同视角下的植物景观设计方案模型

3.成果展示

目前，Lumion软件已经更新到Lumion8.0，其功能和渲染成图能力更加真实。通过Lumion8.0的特效功能调整阳光、阴影、体积云、色散、景深等环境参数，就能更好地反映不同天气、光照条件下植物景观的效果，见图7。同时，Lumion8.0也支持动画模式以及全景模式的出图，见图8和图9。

学生使用三维模型在“园林植物景观规划”课堂进行交流汇报时，可以展示制作好的模型、效果图、视频和VR全景图，以便直观地与教师探讨设计方案。

图7 Lumion8.0调整特效参数的界面

图8 Lumion8.0动画模式操作界面

图9 Lumion8.0全景模式操作界面

三、三维模型在“园林植物景观规划”课程教学中的应用效果

将三维模型引入“园林植物景观规划”课程教学中，不仅帮助学生突破了二维平面化的思维模式，而且学生在模拟的空间环境中进行设计，摆脱了大量图纸所造成的枯燥感。同时，在三维模型中，学生可以随时变化视角，建立起平面图形和实际效果图之间的联系。

在“园林植物景观规划”课程理论知识的讲授过程中，教师可以在课堂上利用三维模型进行动画展示，丰富教学形式。同时，通过理论知识与三维模型的对应讲解，可以使学生直观地感受到优秀案例的空间及尺度，增强学生植物景观塑造空间的意识，从而使学生更深入地理解不同类型植物塑造空间的作用，并掌握植物景观空间设计的方法。通过这种三维模型的引入，进一步加强了“园林植物景观规划”课程理论知识和实践教学的穿插、融合，丰富了教学形式，提高了教学效率。

在“园林植物景观规划”课程设计阶段，教师引导学生运用SketchUp软件建立基础空间模型，从空间视角理解场地，并导入Lumion中进行种植设计和推敲，模拟出实际场地的环境，使学生直观感受空间的尺度，及时调整设计方案。这种方法成本低廉、操作简便，具有很强的操作性和实践性，学生能够更好地理解从图纸走向实景、以及从实景到图纸的实现过程，提高了学生种植设计的能力。借助三维模型，学生可以直观地看到自己的设计成果，在图纸与现实效果之间建立起联系，更容易发现图纸上的问题，不仅方便修改，而且节约时间，为植物景观方案的推敲和动态演示提供了可能性。

总之，三维模型在风景园林行业中得到了广泛的应用，尤其在园林设计方案形成的初期起到了重要的作用。而在“园林植物景观规划”课程教学中的应用甚为罕见，笔者也只是运用这一技术对该课程设计进行了辅助教学。作为该课程教学的一种探索，今后如何利用这一技术支撑“园林植物景观规划”课程设计的教学与实践，仍然是未来教学研究的一个方向，希望抛砖引玉，与同行专家共同探讨。