增强现实技术在景观设计中的应用与发展前景

张译雯 罗海智 赵晓铭

(华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642)

随着移动互联时代的到来，虚拟现实技术逐渐运用于各个领域。增强现实(AR)技术作为虚拟现实技术的一个分支，代表着计算机技术与现实景观的融合，将对景观设计的发展产生重要影响。

1 增强现实(AR)技术原理与发展过程

1.1 增强现实(AR)技术原理

AR全称Augmented Reality，是VR的一个分支，AR系统主要包括了实时追踪摄像机定位、虚拟模型渲染、三维注册和融合现实三部分。是一种通过计算机生成虚拟信息应用到现实世界中，实现对现实世界“增强”的技术(见图1)。VR与AR最大的不同在于VR无法使虚拟场景与现实世界实现交互，而AR则可以同时显示虚拟和现实两种信息，能够达到更好的交互效果。

1.2 增强现实(AR)技术的发展过程

在二十世纪五六十年代，摄影师Morton Heilig设计出一台可模拟布鲁克林街道场景的机器人；1968年，第一台虚拟现实的原型机问世，随后便是对VR显示系统的不断更新，对显示系统进行了更改，利用透明的设备或者显示屏实现交互作用[1]；1990年增强现实一词问世。2010年之前，AR始终处于发展的沉淀期。2018年之后，VR/AR行业逐渐进入了上升期，同时，5G时代的到来为VR/AR提供了覆盖更广、速度更快的物联网基础，将进一步推动VR/AR行业的发展[2]。现如今，AR已广泛运用于各个领域，如图书出版行业、旅游业、游戏与动漫产业等，但在景观设计领域还只处于初探阶段，AR在景观设计领域的发展还有待进一步推进。

2 增强现实(AR)技术的特点

AR是一种将虚拟信息与现实世界融合的技术，根据它所应用的领域以及带给体验者的效果，可将AR的特点概括为以下三点：1)虚实结合性：AR和VR最大的不同就在于AR具有虚实结合性，能够同时显示虚拟世界和现实世界的信息，其中运用到的关键技术是三维注册跟踪，通过三维注册跟踪使虚拟场景与现实场景实现无缝叠加[3]。2)实时交互性：AR强调的是人机交互的自然性，不再局限于传统鼠标键盘等基于一维或二维的操作体验[4]。3)沉浸性：AR可以提供给使用者超逼真的虚拟场景，让使用者充分沉浸在体验中，这也是AR最突出的特点。

3 AR在景观设计中的应用案例分析

根据AR的三个特点，景观设计师逐渐将AR运用在辅助设计、丰富文化体验、修复遗址等方面。

3.1 One Melbourne Quarter顶篷装置：基于AR制作的空间装置

One Melbourne Quarter顶篷装置是由开发商Lendlease委托UAP设计的一种悬浮式的装置结构。该装置位于One Melbourne Quarter商业区的入口大厅，形成了独特的景观效果。

由于该设计形态多变，室内顶篷的材质问题也需要着重解决，设计团队采用了AR进行辅助设计施工：设计团队利用设计前期计算机生成的模型导入AR系统，利用三维注册跟踪技术作为关键技术，通过三维绘图软件建立多视角的CAD模型视图。在营造过程中，将CAD模型的“全息图像”投射在实体的框架上，提取轮廓边缘信息或点特征，进行数据信息匹配，使制作团队能够直观的识别和标记出每个连接点，从而既提供了完成的速度，也保证了预期效果的实现。这是UPA首次在项目中实施该技术，为实现复杂的设计提供了创新且高效的办法。

AR作为一项新技术，它的实时交互性及虚实融合性的特点可以很好的帮设计师直观地观察到设计的效果，通过AR辅助建造，更能够提高效率，降低施工难度，也可以更好地使设计实现预期效果。

3.2 2019年北京国际设计周墨城室觉展馆：利用AR感受人文生活

墨城室觉展馆是2019年北京国际设计周的设计作品之一，它展示了墨西哥城的场所、传统、习俗，以及这座城市无尽多彩的生活瞬间。

墨城室觉展馆设计利用AR作为交互方式进行展示：采用传统的基于标志物的跟踪注册技术，将含有标志物的真实场景或提前标记的影像音频输入计算机中，通过标志物识别，顶点提取完成跟踪注册，再与现实场景结合，达到增强现实的作用。在墨城室觉展馆中，人们通过扫描二维码或通过将手机摄像头对准小窗上的图像可以观看AR系统中标志物对应的视频或音像，使观赏者可以化身身居其中的墨城居民，亲眼目睹这座城市的多彩文化，亲身体验墨城的文化和生活。

墨城室觉展馆充分利用了AR实时交互性和沉浸性的特点，能让参观者在景观中寻找到当地的文化历史痕迹，使整个设计不再单单是一个景观，更成为了一个文化的载体。

3.3 圆明园现场还原：基于AR技术的现场数字重建

圆明园是一个世界著名的历史遗迹，但由于修复难度大导致至今未修复。在北京市海淀区政府部门的支持下，北京理工大学信息科学技术学院承担了基于增强现实的数字圆明园的研究项目。

针对这一项目，研究组针对西洋楼大水法景区设计了AR系统，这一系统具有“真实、虚拟、增强”3种工作模式[5]，在人工控制下对实体场景与虚拟场景进行同步变焦，进而实现虚实融合，重现圆明园历史宏景。

4 发展前景及策略

根据AR的三大特点以及在案例中的运用可以看到，AR对于设计各环节都有着不可替代的辅助作用，可以有效提高建造效率和景观品质，并且随着5G时代的到来，计算机技术的发展，AR将更加广泛地运用于景观设计领域。

4.1 贴近实地设计，利用AR辅助设计建造

通过分析One Melbourne Quarter顶篷装置的案例，可见AR已经逐渐运用于设计建造的环节。在未来，AR应应用于更多的设计环节：为复杂的构筑建造提供辅助，节省工时，大大提高施工效率；帮助设计师更直观地观察设计效果，帮助设计更好落地。有学者提出一种虚拟平台设计功能的理念，该平台可对准场地现状现场进行素材添加、挪动以及大小调节等操作，这一操作可以有效地观测到设计效果以及场地的季节变化，能够很好地辅助前期设计[4]。利用AR进行实地观察设计建造，将会成为未来景观设计领域的热点。

4.2 提升文化内涵，利用AR进行文化艺术导览

园林是一个很强烈的文化载体，景观设计师应该利用好这一有利载体，承担起文化复兴的责任。利用AR将会是一种手段创新，也能够让更多的人更加容易感受到园林景观的历史文化内涵。

但在目前AR在展示文化方面的应用来看，形式还是趋于单一，大多数停留在提供图像音频信息的阶段。笔者认为可以有更多新颖的形式，例如增强游客与景观的互动性，进一步达到文化教育的目的。

4.3 重现历史宏景，利用AR虚拟修复遗迹景观

除了现代城市的景观设计，历史遗迹和一些乡村古迹的修复也应该得到景观设计师的关注。目前，一些历史遗迹遭到了破坏无法修复，然而，利用AR就可以一定程度地弥补这种遗憾。景观设计师可以在系统中预先构建好将历史遗迹修复后的蓝图，当地的居民可以通过手机看到历史遗迹的原景，更好地了解该遗迹承载的历史文化。这一方法可广泛应用到乡村设计中，通过这种方式可更好地复兴村落文化，增强村民对乡村的归属感，营造美好幸福的乡村，从而推进乡村振兴。

历史遗迹承载着巨大的历史文化内涵，弘扬这些历史文化，对这些历史遗迹的修复是一个可行的手段。在现实无法满足的情况下就可以利用AR在虚拟中实现，可大力推动历史文化的复兴。

5 结语

在5G时代万物互联传感器存在的情况下，生理性连接、心理性连接，甚至人的情绪连接都可以进行数据显示[6]。人们对于与机器或信息交互的欲望将越来越强烈，这将更有利于AR系统的构建以及AR的运用，AR的应用将会越发广泛，在景观设计领域也将飞速发展。景观设计师需要有对未来发展趋势的预判，将AR应用到设计的各个环节中去。在发展的同时也应该要关注发展的方式和质量，AR的使用不应该局限于单一的方式，应该进行更多地创新，让AR和设计更自然地融合，为人们提供更佳的体验感。另外，还应该利用AR提升景观文化品质，利用AR科普宣传历史文化，修复历史遗迹，让园林景观成为一个自然课堂，每个人都可以学在其中。