基于增强现实技术的园林植物群落设计研究

马兆卫

（江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213147）

2012 年美国巴特尔研究机构一项调查报告显示，增强现实（Virtual－Reality，简称AR）技术及其应用研究是未来10 年内影响全球范围一定时期的社会发展特征。近年来，增强现实领域的研究是国内外相关商业机构、专家学者正在积极投入的一项热点课题，当前微软、谷歌、华为等IT 巨头都在布局增强现实，也许它将是下一个颠覆人类生活的新技术之一。

数字化时代的来临，园林植物群落进行增强现实的设计已成为趋势，这种设计是园林规划设计和数字技术相集合的升级版、是传统技术和现代科技的继承与发展、是未来园林植物形态的新型的设计方式。我们采用增强现实技术为核心基础，集成计算机图形图像、多媒体技术、数字动画、等现代科技手段，将虚拟现实技术作为一种设计工具，解决目前园林景观中植物名称混杂，难以辨认的现实问题，为园林植物群落信息展示全面以及内容高传达做相应的帮助。

1 增强现实技术在园林植物群落设计中的表现特征

园林景观的存在的意义是满足人的精神需求，园林景观在传统意义上的空间形式是静态的，人感受到的是景观设计师已经确定下来的意象，然而增强现实技术的发展，将会使园林景观变为动态的，植物在园林中的展示也会变得更加灵动、随意。通过参与园林植物虚拟展示的设计实践，我们总结出基于增强现实技术展示设计的表现特征：

（1）实时交互性。增强现实（AR）中人机的交互方式和传统人机交互有所不同，它是一种将虚拟影像与真实场景相互融合，即在实际环境中叠加用户感知不到的信息，并对展品进行信息补充与解释说明。增强现实（AR）通过让使用者亲自接触到植物的3D 模型来实时进行增强学习体验，用户能够通过多种不同的视角来与植物3D 模型进行互动，从而增强对现实实物的理解。用户可以在设备上进行交互操作，与虚拟影像进行实时互动，及时获取影像反馈回来的结果。利用3DMAX 软件和unity工具，制作园林植物虚拟化信息，并由用户通过点击平板、手机上的虚拟影像和真实场景进行实时交互获取植物属性的详细信息，同时享受互动操作带来的交互体验。实证研究结果表明，采用这款基于增强现实的体感教软件，能够很好的增加园林景观游览的趣味性和知识性。这些增强现实的元素所产生的可视化效果，能够大大克服对植物种类繁杂、难以区分的现象。

（2）虚实结合性。虚实结合主要体现的是现实空间中的人与虚拟环境中的物体之间交互时产生的特性。增强现实系统利用人类视觉、听觉的生理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，用户使用显示器进行查看虚拟影像之时便将自己置身于虚拟空间中，在成为环境中的欣赏着。在实践过程当中充分运用虚实结合的呈现特性，不仅保证了受众与真实环境的直观感知，还能近乎完美地解决园林中植物存在的现实问题。园林游赏者可以通过拿出手机，将自己所想了解的植物进行扫描，用户虽然身处现实，但是自己感觉已经在增强设备高度互动的环境下进入到了虚拟的场景中。此时，手拿着的手机是现实的，有实实在在的质感和触感，但是视觉所感知的却是一种虚拟影像存在着，在沉浸的过程中，已经分不清虚与实的关系，虚实的结合意境意境让用户获得“真实”的感觉

（3）多感官体验。多感官体验是在当今艺术创作领域中从人们的情感诉求出发，使设计作品成为人们情感交流的纽带。心理学发现，人脑是通过不同感官通道接收外界信息的，并没有将世界感知为碎片化的图像、声音等，而是将同一感官通道内的不同信息和不同感官通道内的不同信息进行整合，形成整体知觉[1]。景观除了目之所及的视觉感受之外，本身就是依托于听觉、嗅觉、触觉、味觉甚至时间觉、位置觉等多感官的综合性体验与感知[2]，由此引发观赏者联想和衍生的意境，这正是风景园林审美中的精华所在。增强现实技术的亮点在于能运用融合诸如文字、图像、音频与视频等多种传播媒介在虚拟空间环境中，参与者在与虚拟空间中更好地满足用户视觉、听觉、触觉等感官体验，为用户带来全方位的视听效果。增强现实技术将园林植物群落的虚拟影像叠加到物体表面，创作出一种立体的感觉，虽然获得的感知信息并不是来源于现实世界的客观对象，而是来自于对现实世界的仿真或者是幻想。但是，我们通过应用增强现实技术，感受到园林植物群落带来的情感陶冶，公众感受效果是其他战神方式无法比拟的。因此我们在进行园林景观植物虚拟创作过程中，必须清晰认识到增强现实的多感官体验诉求，最终体验者通过近距离的视觉、听觉与触碰，真实感受到园林景观的植物影像所来带的虚拟空间之境。

2 AR/VR 在园林景观植物设计中对比分析

总所周知，增强现实（AR）和虚拟现实（VR）两者的关系非常的紧密，增强现实技术是在虚拟现实基础之上应运而生，两种之间可以说同根同源，均涵盖了图形学、图像处理技术、多传感器技术、显示技术、人机交互等多个领域[3]。在园林植物群落的虚拟展示方面两者之间是有一些相同之处：首先，两者在呈像方式上都需要通过计算机手段生成相应的虚影像息；其次，无论是增强现实还是虚拟现实技术，两者在使用时都需要用户使用显示设备进行观看计算机产生的植物虚拟影像信息；最后，在设备应用上增强现实和虚拟现实都需要通过相应设备与计算机产生的虚拟植物影像信息进行实时互动交互。虽然两者在园林植物群落展示中有很多相同之处，但是两者之间区别也显而易见，增强现实与虚拟现实技术的差异主要体现在以下三个方面：

（1）营造的沉浸感不同。虚拟现实（VR）系统可以使用户的触觉、视觉、听觉等多种感官完全浸没到一个由计算机生成的虚拟空间中，在虚拟空间内的沉浸体验通常需要用户使用显示设备进行虚拟空间与现实环境的相通。一般情况下虚拟现实系统采用浸没式头盔显示器设备居多，用户使用浸没式头盔可以沉浸在头盔内部的虚拟影像空间中，完全无法看到外部的园林植物群落的现实环境，进而达到完全沉浸的效果。而与之不同，增强现实（AR）系统不需要隔离周围的园林植物环境，反而强调用户与周围环境的关联性，增强现实系统致力于将计算机产生的虚拟环境与真实环境相互叠加的融为一体，这种情况下需要借助能够将虚拟环境与真实环境融合的显示设备，使用者可以借助于设备更加清楚的了解真实信息。总之，增强现实技术与虚拟技术在园林植物群落中营造的沉浸感区别即在于AR 技术的实现是以现实为基础，呈现于虚拟影像与现实环境之间，而VR 技术的应用则是完全呈现于虚拟空间的基础之上，与现实世界实现完全的分割。

（2）“注册”的精度要求不同。在虚拟现实（VR）系统中，“注册”是指用户感官与虚拟环境的匹配关系。举例来说当一条狗由远及近的跑向我们，我们听到的狗吠声就应该是由远及近的发生音量的变化，当用户用手推开一扇房门时，用户所看到的场景就同步地更新为一个房间内场景，总之，虚拟现实系统中我们所讨论的注册精度是视觉系统与虚拟环境系统之间的关系。而在增强现实（AR）系统中，“注册”主要是指计算机产生的虚拟影像与真实环境全方位对准关系。通过AR 技术与现实中园林植物群落存在环境正确对准，来进行标注园林中的每一株植物，而此时通过之前丰富的后台资源：图片、视频、3D 模型等全方位的展示给用户面前，通过增强现实的“注册”精度的智能标识，将让人们对知识印象深刻，并且乐于参与其中。

（3）虚拟环境系统实现难易程度不同。一般来说通过虚拟现实系统将我们周围的环境进行再现，需要付出较高的代价，而且结果的呈现效果也未必达到我们的理想要求，其逼真程度总于人的感官或多或少存在不相匹配的现象。与之相反的是增强现实技术是在充分利用周围环境的基础上加以实现，这就大大降低了对计算机图形效果的要求，其在最终结果的呈现也更加生动、逼真。

3 结语

快速发展的数字技术为园林植物群落设计提供了发展新契机，基于增强现实系统的展示形式，凭借虚实结合、实时交互、多感官体验的展示特征，使植物在园林中的展示也会变得更加灵动、随意。通过AR/VR 在园林植物群落中营造的沉浸感不同、“注册”的精度要求不同、虚拟环境系统实现难易程度不同三方面的分析，我们得出AR 增强现实技术在园林景观设计中更具有真实性，这就赋予了AR 增强现实技术一定较强的信息及反应功能。在未来园林植物群落设计中，我们有望借助AR 技术来为人类营造更有活力的景观空间，为人们提供更奇妙的景观体验。