虚拟现实技术在滨海景观中的应用

陆莎

（海南热带海洋学院 海南省三亚市 572000）

1 引言

1.1 项目的研究意义

滨海景观设计响应时代的号召，试图告别传统的设计方式。即将数字媒体技术前沿技术与虚拟现实技术相结合。虚拟现实技术的特点在于其沉浸感强交互体验佳，而这些体验都可以被利用起来，从而帮助设计师更好地完成设计。使滨海景观设计集趣味性、易操作性和生动性于一体，将其试用于海南三亚的滨海景观设计，这些无疑都发挥了较好地辅助作用。但目前仍没有一个合适的软件可以适用于滨海景观设计。

本项目利用虚拟现实技术创造一个集成化的、有着友好操作界面的景观设计编辑系统。通过计算机的计算，给人视觉、听觉、嗅觉等可视化的、感官真

实的体验，可以在滨海景观项目施工前根据甲方的需求修改，景观设计师可以

借助虚拟现实技术进行滨海景观设计，对于景观设计行业的发展十分有益，为三亚的旅游宣传造势搭建软件平台，也为海南自由贸易区（港）的建设扛起创新发展的担当，同时推进三亚经济转型升级，加快建设成为世界级滨海旅游城市。

1.2 国内外研究现状分析

目前，国内外的学者们都很重视景观设计中虚拟现实技术的应用。尤其是在滨海景观设计中，国内学者的研究主要集中在景观模型搭建、植被模型搭建、可视化表达等[1]。在进行景观设计时，特别是在滨海景观体验过程中，滨海景观将其独特魅力吸引人的探索，最后通过运用人类的感知来传达情感诉求。VR 技术作为一种利用人类感知和概念的计算机技术，具有逼真的、三维的表现能力和较佳的互动性，从而很好地完成现实模拟。

通过VR 技术创造一个虚拟的世界，不仅有效拓展了人类的感知能力，实际上还增加了人们的生存空间，亦改变了人们的生活方式。虚拟现实技术实际上还不受时间和空间的束缚，提供了一种强烈的、逼真的体验手段。

自从20 世纪80年代美国的专家提出虚拟现实这一概念以后，就开始被人们广泛关注，国际上陆续有许多专家学者开始着手研究并关注虚拟现实技术的优势以及其应用。到了上世纪90年代末期，计算机技术和软件系统开发技术得到了快速发展，恰好是这一时代背景促进了虚拟现实技术的成长[2]。计算机技术出现并普及以后，改变了原有的设计方法，将滨海景观设计从纸质化的方式转变成运用计算机软件工具进行辅助设计的方式，这一历史性变革为虚拟现实技术的应用和发展带来了新机遇，利用该技术使滨海景观设计变得便捷而真实。自从VR 技术应用到滨海景观设计中之后，不仅大大提高了设计效率也保证了项目设计的质量。

2 实施方案及实施计划

图3：虚拟现实设计系统结构图

鉴于虚拟现实技术的推广，用最前沿的信息科学技术去解决滨海景观设计中遇到的实际问题，更好地突破传统方法，贯彻“对接、发展海洋文化创意产业”的教育方针，为培养更多应用型高素质人才做出自己的贡献。

2.1 虚拟现实技术特征及软件系统

图1：Unity 3D 植物模型

图2：Unity 3D 中植物的设定

虚拟现实技术包括沉浸性、交互体验性和想象力三大特征。首先，沉浸式可以理解为让人产生一种身临其境之感。虚拟现实技术的迅猛发展使观者沉浸在计算机仿真模拟的虚拟世界中，不辨真假，这样可以使人们变被动观察为主动参与[3]。其次，虚拟现实技术强调人机交互的自然性。此外，虚拟现实技术具有十分开放的构想性。使用者可以想象一些客观不存在的超越自然的环境，能够使学习者增加兴趣，提高学习效率 。

实现虚拟现实必须硬件和软件相互配合，软件系统是实现VR技术的关键。诸如以下几款软件：VR—Platform 这款软件在计算机硬件配置不是特别高的情况下也可运行，运行效果流畅无明显卡顿[4]。能够满足基本的3D 浸入和360 度视角观察。EON Studio 这款软件的优点在于处理复杂3D 模型时较便捷，同时也可在导入模型时更改设定的参数[4]。Wire Fusion 在网页中应用较广，不需要设计师拥有程序基础，而是采用简洁的界面前端操作，可以轻松地实现3D 网页的动态效果。Unity 3D 能够让设计师轻松建立虚拟建筑和虚拟城市，还可以制作实时三维动画等，专业性和综合性较强。

2.2 虚拟现实技术在“园林植物景观设计”中的应用

VR 技术在“滨海景观设计”中的应用是计算机科学技术发展产生的一种新形式。与传统的二维纸质设计手法不同，VR 技术具有明显的优势。以下将VR技术应用的实际情况，按照前期项目分析、中期方案设计、后期施工图设计等几个不同阶段进行阐述。

2.2.1 前期项目分析

在滨海景观设计过程中，因为各种原因设计师常常无法亲自前往项目现场。这时VR 技术的优势就显现出来了，他们可以利用VR 技术替代亲临现场来进行场地分析和环境测评等，利用网络平台进入虚拟的场地环境，对场地周边进行宏观把控[5]。

2.2.2 中期方案设计

进入中期方案设计阶段，设计师需要详细的定位并准确表达项目中的一些景观节点，如植物配置平面图、立面图和局部效果表现图等。通过使用虚拟现实技术设计师可以直观地进入虚拟的空间环境，甚至可以直接调整各种植物景观的位置、大小、形态和数量，综合比对不同种类的植物景观效果和空间组合形式，弥补传统设计中设计师无法综合感知植物空间和环境的遗憾，将天马行空般的设计付诸实践。

2.2.3 后期施工图设计

在此阶段，虚拟现实技术可以用于滨海项目的植物生长和空间组合，高度仿真,模拟植物的栽种位置、形态大小和类型，完成植物在实际滨海景观中的平面图、高程图和剖立面竖向图、植物和各种景观元素相融合的立面图……可以直观地显示滨海景观的景观特征和空间综合形式。

2.3 虚拟现实技术在“滨海景观设计”中应用的难点

滨海景观中还需考虑海水的季相变化，同一地点的景观会产生不同的效果。为此，在滨海景观项目中时如何编写基于VR 技术的程序来应对这类时效性问题成为一个“痛点”。目前，动画技术娴熟，但每一帧动画效果是相对固定的，设计编辑时会减少VR 技术的实时性和交互体验性。同样，动画无法提供体验者与水系景观之间的物理交互，因此“身临其境”的体验感大打折扣[6]。

各种植物的三维模型是由许多面数组成的。要达到理想的虚拟效果，需要计算机具有强大的计算能力。一棵枝叶茂盛的景观植物模型可能产生上千万、上亿的面，对于计算机硬件的压力是十分巨大的 ，通过使用Untiy 3D 这款软件工具来绘制植物模型具有明显优势（图1、图2）。

在VR 技术应用中要求使用者既具备较高的专业素养又要兼备较强的计算机操作能力[7]。然而，目前兼具两类教育背景的人员真是凤毛菱角，这严重制约了虚拟现实技术在滨海景观设计中的使用与推广。

3 特色与创新之处

在滨海景观设计中，三维软件绘图早已应用在其中，但在实践中只能利用三维绘图软件来完成滨海景观的设计与表现。3D 绘图软件只能给人静态的视觉体验，无法完成动态的交互体验。虚拟现实有效地改变了这一现象，利用Unity 3D 虚拟现实技术创造一个集成化的、操作界面友好的景观设计编辑系统。借助仪器数字化的人机接口，不仅实现三维画面，还有感官体验。将用户从以往的观测者转变为参与者，通过与仪器的联系，产生身临其境的感觉。

为了提高滨海景观运用虚拟现实技术的可能，三维软件工具配准性较强，降低滨海景观设计的门槛及误差，采用三维激光扫描和虚拟现实呈现技术对滨海景观进行设计，提出一套基于Unity 3D的图像帧重组3 D 技术和满足设计师身临其境体验的设计方法（图3）。利用三维实景复制技术,在滨海景观中重建三维动态结构，将Multi-wavelet 细分技术用于虚拟图像重建和滤波处理技术。

介个适应滨海景观特征的分解方法进行滨海景观图像的点扫描和动态识别，采用纹理映射方法对景观设计对象逐层遍历，采用三维激光扫描技术进行滨海景观设计中的虚拟现实实景仿真，实现滨海景观运用VR 技术进行设计，设计效果表明，采用该方法进行滨海景观的三维虚拟现实设计的效果较好，设计的景观逼真度较高，景观设计的自动展示能力较好，受众互动体验较好。

其次，采用多元化的推广平台，如热门APP、微信公众号等非传统媒体的加入。最后，将产学研一体化，推进数字创意创业的发展与研究，大力发展数字文化等新兴文化消费，促进传统文化消费升级研究，以全球为视角，当好海南自由贸易区（港）建设的排头兵，也是本项目的出新之处。

4 结论

虚拟现实技术应用于众多领域，对其应用于滨海景观项目所面临的的问题是不同的利益诉求。但基本的运算方法是共通的、统一的。将VR 技术应用于滨海景观项目设计的方法，即不仅可以运用Unity 3D 软件工具实现三维仿真效果，还可以允许用户进一步定制更多的特效效果。允许用户基于它的特定语言，使用该系统编辑设计并执行。该技术整体运算复杂度相对较低，门槛较低。