基于Enscape的苏州狮子林虚拟漫游应用探析

李云鹏 丁建坡

(1.上海工程技术大学艺术设计学院，上海 201600； 2.上海市建工设计研究总院，上海 200235)

1 概述

虚拟漫游是虚拟现实(VR)技术的重要分支，基于VR技术独特的沉浸感、交互性和构想性的3Ⅰ特征[1]。三维虚拟技术的不断发展和成熟，应用的范围也越来越广泛。三维虚拟场景不只是对现实空间建筑形状、地理形态的仿真，而且是数字化建设的基础。它依靠融合多种技术的计算机系统生成一种模拟[2]用户可以对场景中的虚拟建筑模型进行远程交互式查询访问，也可以通过改变视点进行环视以及进行自动漫游，从而帮助用户方便快捷地了解并熟悉真实环境[3]。

Enscape渲染器最早应用在Revit，后来兼容到SketchUp，Rhino等平台，Enscape已经成为Foster+Partners和Kohn Pedersen Fox(KPF)等公司的全球项目的标准应用。渲染器具有实时渲染、效果真实、操作便捷等特点，吸引着众多设计者对其探究和摸索。目前，Enscape虽然在设计领域未被广泛使用，但其在三维虚拟空间的应用有着极大的潜力。

2 研究对象简介

计算机图形图像技术的发展，为园林景观提供了多空间展示的数字化平台，用各种信息平台将园林景观进行展示已经成为一种趋势[4]。计算机仿真技术不仅可以真实地还原古典园林的风貌，还可以虚拟重建已不存在的古文化遗址，并提供人机交互、漫游交互等需求，在古典园林的研究保护与文化传承等方面起到了非常重要的作用，这项研究已经在国际上得到了广泛的认同[5]。

狮子林是中国古典私家园林建筑的代表之一，其间亦园亦寺，屡易其主，雪泥鸿爪，岁月留痕，但却依然可以感受到元时临济山林禅的气息，成为元代江南临济宗孑遗，在苏州诸园中别具一格[6]，具有多重历史文化价值。虚拟漫游技术对于狮子林的三维构建，在损坏或还原已经消失的部分场景，不仅对古建筑的保护和恢复，同时也提升了自身的文化形象。虚拟漫游系统为用户提供了对古典园林文化欣赏和学习的平台，用户可以根据自己的喜好游览不同时节的景观，逼真的动态效果增加了游览的真实性[7]。拥有虚拟的场景系统，可以便捷地随时查阅园林的特征，更好地整理和利用现有的资源。

3 狮子林的虚拟场景构建

基于Enscape对狮子林虚拟漫游场景的建立从技术程序上大致可分为数据采集、图纸绘制、模型建立、场景渲染、漫游导出五部分(见图1)。

3.1 数据采集

数据采集是整个设计流程中至关重要的一步，数据收集的精确性和可靠性是整个模型建立的基础。首先阅读关于狮子林的相关书籍记录史料了解园林的变迁过程。结合现场调查与勘测，利用无人机航拍摄像，掌握项目区域的地形地貌、植物以及水路等基本情况，结合Google Earth对地理环境有一个总体的认识。对具有独特外观特征的建筑物、景观以及园林植物进行专项拍摄，为后续的模型贴图和近景细节等准备数据(如图2所示)。

3.2 图纸绘制

根据书籍资料与现场测绘所得数据，利用AutoCAD软件描绘出园林的平面布置、立面图、剖面图等图纸，对关键的点位应注重结构与穿插关系，对于比较复杂的场景，可以按区域分批导出dwg或dxf文件，在绘制的过程中依照不同的类别分图层绘制。

3.3 建立模型

Enscape虽然安装于SketchUp软件中，但本身只是一个渲染器，在模型方面依然要依据SU和3dmax进行。依照CAD中完成的图纸分步完成整个园林的模型操作。一般在SU中完成较为简单的模型制作，对于较为复杂的屋檐、窗雕、斗拱等复杂的结构可以结合max进行建模。利用Photoshop平面处理软件对采集到的贴图纹样进行对应的处理，使整个模型的贴图与场景尽可能的还原真实的园林原貌。模型建立完成后，添加建筑的小品、植物和家具陈设等物品，完成整个场景的SketchUp模型建立(如图3所示)。

3.4 场景渲染

1)灯光处理。

狮子林模型灯光的处理主要根据真实的世界的环境效果去设置光源，以达到真实的虚拟效果，展示出古典园林的魅力和建筑的细节，设计了日光环境模式。Enscape中的灯光环境设置相较于3dmax和lumion非常简捷，整体的环境光可以通过Shift配合鼠标右键或者键盘上的U和I键控制，在渲染窗口的右下角显示有精确时间，利用实时渲染引擎，可以直观地观察光线对于园林模型的影响。

除环境光系统外，Enscape还具备球形灯、聚光灯、面形灯、线形灯和代理灯等五种光源类型来模拟现实环境。在灯光的面板还有与众不同的音效功能，以图形的方式显示出声音的波及范围，通过设置音效的范围，产生松涛竹韵、柳浪闻莺、高槐蝉唱等诗意的声景[8]。

2)材质调节。

Enscape的材质是在SketchUp的基础材质上进行完善和升级。利用SketchUp可以对场景物体材质赋予之后，通过漫反射、透明度、凹凸贴图、反射设置的调节，为物体添加更为真实的效果。在园林景观的材质表现中，最难于表现得莫过于草木和水面，而在Enscape中可以对草地疏密和水面浪花进行调节，达到了速度和渲染效果的最佳状态(见图4)。

3)渲染测试。

对场景中的材质和贴图创建完成之后，选择场景中重要的节点进行渲染测试，检测光线、材质在模型中的表现效果，对模型空间的比例进行再次检查，尤其是模型中家具和人物常见的比例失调、悬空漂浮等一些细节，还有一些地形结构较为复杂，模型建立过程中有交错的区域进行调整，避免由模型问题引起渲染图像中出现的黑洞、破面等现象。

3.5 漫游导出

Enscape支持与VR Headset如：Oculus Rift和HTC Vive等设备连接，达到真实的模拟效果。对于场景文件的输出上主要有静帧效果图、三维漫游动画和3D虚拟漫游场景执行文件三种模式。

1)静帧效果图。

Enscape采用实时渲染的模式，可以随时切换渲染器窗口进行观察效果图的画面效果，及时进行修改。对狮子林比较重要的空间进行切换，设置渲染的参数后可以选择直接保存当前视图，迅速导出JPG，TGA图像格式(见图5)。

2)三维漫游动画。

三维漫游动画功能是通过渲染器窗口内设定的关键帧的位置以动画的形式连贯渲染而成，即在每一个关键帧的位置设定角度和焦距，前后关键帧之间需要保证设定位置的连贯性。在狮子林的漫游动画中，采用了由远及近、由空中到地面的顺序来记录游览路线，从最初空中的俯视到园林的入口，最后对园林中的重要场景进行表现(见图6)。

3)虚拟漫游场景。

除以上两种常见的场景表现形式之外，Enscape还具备独特场景文件格式，后缀名为.exe的执行文件，无需安装软件程序，用户打开场景文件后可以利用键盘上的按键操控在虚拟的场景内自由行走观测，场景内的环境光还可以根据自己的喜好进行调整，实现对于狮子林场景的虚拟漫游，犹如身临其境地漫游在场景之中。程序内还有地图模式，使虚拟的场景更易于被用户所接受。三维立体地展示了古典园林的优美意境，使古典园林的欣赏不再局限于二维图片或单一视频，提升了古典园林观赏的品质(见图7)。

4 结语

本文研究重点解决了以狮子林为案例的古典园林虚拟场景的建立，通对图纸绘制、模型建立等数字化操作，最终通过Enscape的渲染得到.exe的程序文件。对古典园林中建筑景观进行三维可视化的场景模拟，将传统的建筑特征和园林风貌直观生动地展现在用户的面前，满足了人们对狮子林的游览与学习需要，为传统的园林的保护再开发提供了一些思路和方法[9]。

利用Enscape和SketchUp相结合的方式对三维虚拟空间的创建中，可以看到Enscape具有对硬件要求较低，实时渲染时间较短，渲染效果优秀和支持VR设备等优势。但是与当下常用的Lumion,Unity,3dmax等软件相比在环境特效、素材库资源、场景交互、模型细节等方面还存在明显的不足。这也对设计者提出了更高的要求，需运用多款软件联合，充分发挥软件的优势，提高效率，节省制作成本和设计周期。