郭 楊 張 雷

(1.哈爾濱學(xué)院藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150086; 2.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150086)

隨著電腦技術(shù)和軟件的發(fā)展，風(fēng)景園林設(shè)計成果表現(xiàn)從一維的文字符號、二維的平面圖形到三維的模型沙盤、效果圖和動畫等，經(jīng)歷著不斷地演變和提升。計算機技術(shù)發(fā)展提高工作效率，縮短設(shè)計周期，提升設(shè)計質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新興技術(shù)手段可以彌補之前靜態(tài)媒介形式的不足，從動態(tài)、實時、多角度展現(xiàn)設(shè)計成果。學(xué)校教學(xué)引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，讓學(xué)生直觀感受設(shè)計方案，從空想的平面圖紙直接實現(xiàn)虛擬的真實空間，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高設(shè)計能力，培養(yǎng)應(yīng)用型設(shè)計人才。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實的概念

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)，又譯為臨境，靈境或人工環(huán)境。20世紀(jì)80年代初，由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾(Jargon Lanier)提出。虛擬現(xiàn)實是集計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)并行處理技術(shù)、立體顯示技術(shù)、仿真技術(shù)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜合發(fā)展的計算機領(lǐng)域新技術(shù)[1]。其特點在于以模仿的方式為用戶創(chuàng)造一種虛擬環(huán)境，通過視覺、聽覺、觸覺等感知行為使用戶沉浸于虛擬的環(huán)境中[2，3]。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是20世紀(jì)末興起的一門綜合性信息技術(shù)。1929年，愛德華·林克設(shè)計出用于訓(xùn)練飛行員的模擬器;1968年伊凡·蘇澤蘭研制帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器;1976年Myron Kruger完成了Videoplace原型，創(chuàng)建由參與者動作控制的虛擬世界;1984年，美國宇航局NASA研究中心開發(fā)了火星探測虛擬視覺現(xiàn)實器;21世紀(jì)以后，VR軟件開發(fā)系統(tǒng)不斷完善和發(fā)展，世界第一個虛擬現(xiàn)實博覽會在倫敦開幕，世界第一個虛擬現(xiàn)實環(huán)球網(wǎng)在英國投入運行[4]。我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用較晚，但發(fā)展迅猛，北京航空航天大學(xué)計算機系于2000年成立了虛擬現(xiàn)實技術(shù)教育部重點實驗室，浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和北方工業(yè)大學(xué)都對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究奠定了基礎(chǔ)。2010年的上海世博會通過虛擬規(guī)劃設(shè)計、館內(nèi)虛擬展示和網(wǎng)上世博三個方面的展現(xiàn)，使我國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)繁榮發(fā)展。到目前為止，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛地應(yīng)用到航天、軍事、通信、醫(yī)療、教育、藝術(shù)、娛樂、建筑和商業(yè)等各個領(lǐng)域[5]。

1.3 常用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)誕生后的幾十年中，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，各種虛擬技術(shù)相應(yīng)出現(xiàn)，應(yīng)用較多的主要有:VRML，Multigen Vega，Cult3D，Virtools，360 全景以及國產(chǎn)的 WEBMAX，3DVRI和 VR-Platform 等[6]。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與風(fēng)景園林設(shè)計

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計中的應(yīng)用與發(fā)展

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在風(fēng)景園林方向應(yīng)用較少，多應(yīng)用在與其相關(guān)的城市規(guī)劃和建筑領(lǐng)域。美國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對洛杉磯和拉斯維加斯兩個城市改造進行了虛擬實驗，用于評價城市設(shè)計和規(guī)劃的方案[7];英國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬倫敦的威斯敏斯特教堂及周圍建筑群和環(huán)境，讓用戶身臨其境。深圳福田中心區(qū)和上海浦東新區(qū)建立的城市模擬系統(tǒng)，實時人機交互界面，對城市進行漫游[8];浙江大學(xué)開發(fā)的虛擬建筑環(huán)境實時漫游環(huán)境[9];故宮文化遺產(chǎn)數(shù)字化應(yīng)用研究所構(gòu)建的“虛擬紫禁城”;南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院園林虛擬現(xiàn)實實驗室等。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對風(fēng)景園林設(shè)計的作用

1)多維方案展示，提高效率，節(jié)約成本。在沒有應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)之前，通過設(shè)計圖紙、效果圖等二維和三維的圖紙展現(xiàn)設(shè)計方案，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計師可以從不同角度全方位的審視、檢驗設(shè)計，可以對環(huán)境做出預(yù)期的感受和觀測，提高工作和匯報方案的效率，又節(jié)省打印圖紙的費用和節(jié)約紙張。

2)實時互動，有效公眾參與。風(fēng)景園林設(shè)計多數(shù)都是大眾性項目，是由政府承擔(dān)建設(shè)為人民群眾構(gòu)建美好環(huán)境。風(fēng)景園林設(shè)計作為一個較為專業(yè)的領(lǐng)域，在向大眾征詢設(shè)計意見時，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，讓決策者、投資者和公眾等非專業(yè)人士更好地融入設(shè)計，實時互動，真實地看到設(shè)計效果，身臨其境地掌握周圍環(huán)境和理解設(shè)計師的設(shè)計思想。

3)直觀感受，輔助教學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生在學(xué)習(xí)階段對于自己的設(shè)計還只停留在平面圖的布局中，不能完全的在立體空間中構(gòu)想，通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人機交互方式，將設(shè)計作品通過屏幕展示，模擬設(shè)計場景，進行方案的直觀感受和比較，更有效地提高學(xué)生設(shè)計能力和學(xué)習(xí)效率，比老師重復(fù)N遍更具有直接性。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)的實踐探索

3.1 教學(xué)內(nèi)容的探索——教學(xué)軟件的掌握

最終實現(xiàn)展現(xiàn)的效果，需要經(jīng)過繪制平面圖—構(gòu)建三維場景—基于平臺實現(xiàn)集成三個流程。為了學(xué)生更好地展現(xiàn)，應(yīng)該掌握以下的主要軟件知識。

1)二維平面軟件。平面圖繪制是建模的基礎(chǔ)，需要掌握AutoCAD的基礎(chǔ)繪制知識，才能準(zhǔn)確、規(guī)整的體現(xiàn)設(shè)計平面圖?；贏utoCAD的平臺技術(shù)，軟件商進行了二次開發(fā)，如天正軟件、湘源控規(guī)軟件等都是優(yōu)秀的二維設(shè)計軟件，需根據(jù)自己的專業(yè)進行學(xué)習(xí)和掌握。對于平面圖的編輯還需要掌握Photoshop，繪制彩色平面和立面圖，進行后期的貼圖和排版等制作。

2)三維建模軟件。關(guān)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過很多軟件進行建模，選擇那些應(yīng)用性強、使用頻率高、易于掌握的軟件作為教學(xué)重點。如3DMAX和SketchUp是風(fēng)景園林設(shè)計專業(yè)必須掌握的建模軟件。由于SketchUp易于掌握、高效、快速的模型建立，常作為設(shè)計方案時效果表現(xiàn)，提高設(shè)計效率。3DMAX作為最終效果展現(xiàn)而應(yīng)用。

3.2 虛擬現(xiàn)實軟件

目前常用的虛擬現(xiàn)實軟件平臺有 VRML，Virtools，Multigen creator＆vega，Vrp，Vrmap等。VRML是基于網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的虛擬現(xiàn)實工具。Virtools應(yīng)用于游戲開發(fā)及樓盤展示。Multigen creator＆vega多用在視景仿真、汽車、飛機訓(xùn)練的模擬系統(tǒng)。Vrp和Vrmap都是國內(nèi)開發(fā)的虛擬現(xiàn)實軟件，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如數(shù)字城市、電子沙盤及地形仿真、智能大廈、房地產(chǎn)展示、水利與自然災(zāi)害等專題分析與仿真、遙感測繪與土地管理等[10]。

3.3 實踐的探索——構(gòu)建虛擬實驗室

構(gòu)建虛擬實驗是風(fēng)景園林專業(yè)的大趨勢，它可以輔助教學(xué)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率。如天津城市建設(shè)學(xué)院于2007年投入使用的“數(shù)字城市與虛擬現(xiàn)實實驗室”;曼恒數(shù)字為四川大學(xué)施工建設(shè)的“綠色建筑虛擬設(shè)計與環(huán)境模擬分析實驗室”;曼恒數(shù)字為南京林業(yè)大學(xué)開發(fā)的風(fēng)景園林虛擬仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、智能控制技術(shù)和交互設(shè)備，進行三維立體展示，輔助園林設(shè)計的教學(xué)和科研工作，建設(shè)人機實時交互操作的體驗教學(xué)系統(tǒng)和實驗、實訓(xùn)平臺，滿足學(xué)校的教學(xué)、科研及產(chǎn)業(yè)合作等綜合功能。

4 結(jié)語

風(fēng)景園林設(shè)計這個專業(yè)需要不斷地與環(huán)境保持親密接觸，關(guān)注周圍事物。通過運用VR技術(shù)，實現(xiàn)真實互動，徹底打破空間、時間的限制實現(xiàn)零障礙接觸，探索一種新的教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對方案設(shè)計的創(chuàng)新性。

[1] 王 荔，王明川.虛擬的詩意棲居——搭建傳統(tǒng)園林文化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)間的“方案橋梁”[A].自主創(chuàng)新與持續(xù)增長第十一屆中國科協(xié)年會論文集[C].2009.

[2] 許 微.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009(2):279-280.

[3] 陽化冰.虛擬現(xiàn)實構(gòu)造語言VRML[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2000.

[4] 祝 曉.虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助園林規(guī)劃設(shè)計研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)碩士論文，2011.

[5] 李 敏，韓 豐.虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜述[J].軟件導(dǎo)航，2010，9(6):142-144.

[6] 曾峻峰，戈祖國.園林設(shè)計中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的選擇及應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，5(4):25-28.

[7] 陳亞進.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[J].福建電腦，2003(1):18-19.

[8] 蘇同向.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計中的應(yīng)用[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)碩士論文，2006.

[9] 詹姆斯·斯蒂爾.當(dāng)代建筑與計算機[M].北京:中國水利水電出版社，2004.

[10] 王曉麗，趙曉春.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林設(shè)計中的應(yīng)用[J].山東林業(yè)科技，2007，2(169):88-90.