程亞軍+陳平+李成仁

摘 要：城市形象是公眾城市自然風(fēng)貌與特色建筑及其歷史文化內(nèi)涵的整體印象。文章探討了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）應(yīng)用于城市形象設(shè)計(jì)的工作流程，結(jié)合黃鶴樓展現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在城市形象設(shè)計(jì)中的前景與趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：城市形象；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；城市空間；三維注冊(cè)

城市形象，是一個(gè)城市給予公眾的綜合印象、整體觀感以及總體評(píng)價(jià)，是城市自然風(fēng)貌特征、城市整體視覺(jué)、歷史文化的傳承和延續(xù)所構(gòu)成的城市特質(zhì)綜合表現(xiàn)。這種城市特質(zhì)會(huì)給公眾帶來(lái)鮮明生動(dòng)的印象，從而形成對(duì)城市形象的強(qiáng)烈認(rèn)同感。城市形象，依據(jù)一座城市的外在實(shí)體存在與內(nèi)在文化底蘊(yùn)，從城市發(fā)展理念、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與城市形象設(shè)計(jì)三個(gè)方面予以實(shí)踐，其中城市形象設(shè)計(jì)是前兩者的形象化、符號(hào)化與象征化，包括城市自然景觀的形象化，城市建筑標(biāo)志物的符號(hào)化，城市歷史文化與精神面貌的象征化。

城市形象設(shè)計(jì)展示方式，通常有城市模型、城市效果圖、三維動(dòng)畫(huà)、虛擬現(xiàn)實(shí)交互等。其中，城市模型將城市自然風(fēng)貌的整體或局部按照一定比例縮小，形成實(shí)體模型，公眾雖然可以體驗(yàn)城市環(huán)境空間，但是無(wú)法實(shí)時(shí)感受其文化內(nèi)涵；城市效果圖只能提供平面的、靜態(tài)的視覺(jué)體驗(yàn)；三維動(dòng)畫(huà)可以向公眾提供動(dòng)態(tài)的視覺(jué)展示，但是缺乏實(shí)時(shí)的交互性；虛擬現(xiàn)象交互雖然實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的交互性，但是模型過(guò)于虛擬化，變形失真嚴(yán)重，缺乏實(shí)質(zhì)感。這就意味著，城市形象設(shè)計(jì)必須提供一個(gè)充滿實(shí)質(zhì)性的實(shí)體存在，讓公眾在實(shí)時(shí)探索城市實(shí)體的同時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)感知城市的文化內(nèi)涵。因此，城市形象設(shè)計(jì)必須要求滿足四大特性：動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性、交互性、實(shí)質(zhì)性。因此，本文從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念和特征著手，探討在城市形象設(shè)計(jì)中引入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和方法，并提出了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)以上四大特性的要求。

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的基本概念與特征

20世紀(jì)50年代，美國(guó)工程師Morton Heilig致力于研制感知模擬器時(shí)，探索了現(xiàn)實(shí)與顯示融合的可能途徑。至1990年，為了開(kāi)發(fā)組裝整理電路板布線系統(tǒng)，波音公司的工程師Tom Caudell，研制出了頭戴式顯示系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Relaity， AR）術(shù)語(yǔ)也同時(shí)創(chuàng)造出來(lái)。隨即，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)和軍事領(lǐng)域。日本工程師Hirokazu Kato創(chuàng)建了ARToolkit開(kāi)發(fā)包，為創(chuàng)建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，提供了基本的工具庫(kù)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的迅猛進(jìn)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的可視化開(kāi)發(fā)軟件及相關(guān)設(shè)備的普及，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在眾多領(lǐng)域得到了爆炸式增長(zhǎng)。

在繼承了虛擬現(xiàn)實(shí)可感知、可定位、可操作人機(jī)交互優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)減少了環(huán)境建模環(huán)節(jié)，有效提高了交互的效率、實(shí)體的可觸性和視覺(jué)的逼真性。因此，產(chǎn)生一些新的關(guān)鍵技術(shù)，包括顯示技術(shù)、三維注冊(cè)（配準(zhǔn)）技術(shù)、虛實(shí)光照一致性技術(shù)、跟蹤注冊(cè)技術(shù)、自然交互技術(shù)等。因此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)顯著特點(diǎn)：虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊(cè)的。它通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的補(bǔ)充，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境中一些不易或不能被感受的因素投射到現(xiàn)實(shí)環(huán)境之中，增強(qiáng)用戶的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)和因素感知。

二、城市形象設(shè)計(jì)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

（一）城市形象設(shè)計(jì)中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)歷史

20世紀(jì)90年代，美國(guó)設(shè)計(jì)師Nielsen與Molich探索將AR引到城市規(guī)劃與形象設(shè)計(jì)之中。2003年，Seichter在前人的工作基礎(chǔ)上，推出了sketchand+系統(tǒng)，證明了AR在城市設(shè)計(jì)早期的設(shè)計(jì)、合作和交流過(guò)程的重要作用。次年，Dunston實(shí)現(xiàn)了將城市規(guī)劃圖紙投射到現(xiàn)實(shí)環(huán)境，有效地增加了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效率。至2012年，英國(guó)倫敦博物館推出了使用AR的“時(shí)光機(jī)器”智能手機(jī)應(yīng)用，將城市歷史圖片和信息疊加到由攝像頭獲取的實(shí)時(shí)街景之上，加深了公眾對(duì)于倫敦歷史文化的了解，極大地調(diào)動(dòng)了他們對(duì)倫敦形象的認(rèn)識(shí)與認(rèn)同。

在2013年，唐淑平探索了建造AR數(shù)字城市的可能性，其核心思想是利用三維注冊(cè)技術(shù)，應(yīng)用“點(diǎn)云”無(wú)標(biāo)記地識(shí)別目標(biāo)物體，并在實(shí)物上疊加各種提示信息，結(jié)合現(xiàn)代云計(jì)算、實(shí)時(shí)同步學(xué)習(xí)和映射算法進(jìn)行信息傳遞，最后通過(guò)移動(dòng)設(shè)備下載信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市。

（二）城市形象設(shè)計(jì)中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的基本實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1：

AR在城市形象設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以武漢市黃鶴樓為例。根據(jù)黃鶴樓的位置及方位、觀看角度，在畫(huà)面上重現(xiàn)其千百年來(lái)的建筑風(fēng)貌變遷。

1.時(shí)代變遷

以每秒百年為單位播放黃鶴樓從三國(guó)起始，歷經(jīng)唐宋元明清，直到中華人民共和國(guó)成立后特色風(fēng)貌變化，讓公眾可以穿越時(shí)代，看到黃鶴樓的動(dòng)態(tài)改變。

2.特色簡(jiǎn)介

利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析公眾的游覽習(xí)慣，與欣賞角度，為用戶提供自動(dòng)的、實(shí)時(shí)的、感興趣的黃鶴樓介紹內(nèi)容，包括整個(gè)建筑獨(dú)特的民族風(fēng)格，與之相應(yīng)的中國(guó)傳統(tǒng)文化的精神、氣質(zhì)、神韻等，讓AR系統(tǒng)更加個(gè)性化。

3.分類介紹

分類介紹從簡(jiǎn)略介紹黃鶴樓樓外的武漢長(zhǎng)江大橋與晴川閣等開(kāi)始；再深入介紹黃鶴樓第一層大廳的正面墻壁，是一幅表現(xiàn)“白云黃鶴”為主題的巨大陶瓷壁畫(huà)，到二樓大廳正面墻上，有用大理石鐫刻的唐代閻伯理撰寫(xiě)的《黃鶴樓記》，至三樓大廳的壁畫(huà)為唐宋名人的“繡像畫(huà)”，如崔顥、李白、白居易、陸游等，及其吟詠黃鶴樓的名句，逐層介紹；最后介紹黃鶴樓周圍的鑄銅黃鶴造型、勝像寶塔、牌坊、軒廊、亭閣等一批輔助建筑。

4.知識(shí)問(wèn)答

利用定位技術(shù)，制作實(shí)時(shí)交互式游戲，引導(dǎo)用戶尋找黃鶴樓的建筑特點(diǎn)。例如，題目為“黃鶴樓是何種風(fēng)格？”，用戶可以根據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)黃鶴樓的參觀與了解，回答黃鶴樓的建筑參數(shù)、型制等，AR系統(tǒng)并給予適當(dāng)?shù)幕仞仯嵘脩魧?duì)黃鶴樓的深入認(rèn)識(shí)，深化其對(duì)武漢城市形象的認(rèn)可度與接受度。

5.相片合成

用戶在現(xiàn)場(chǎng)參觀黃鶴樓，或觀看數(shù)百年來(lái)的疊加影像時(shí)，可以與虛擬的古黃鶴樓合影，利用AR增加用戶的交互性，在游玩中學(xué)習(xí)黃鶴樓歷史和各年代相關(guān)人物的知識(shí)，在濃厚興趣的基礎(chǔ)上，提升武漢城市形象。endprint

基于以上黃鶴樓形象設(shè)計(jì)，AR系統(tǒng)模塊包括兩個(gè)部分。一是用戶交互技術(shù)部分。用于存放用戶的個(gè)人數(shù)據(jù)以及游覽歷程，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，找到用戶最想獲取的信息，通過(guò)個(gè)性化服務(wù)提供給用戶。二是特色介紹技術(shù)部分。用于存放黃鶴樓的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括各個(gè)歷史時(shí)期黃鶴樓圖片，黃鶴樓歷史記載、建筑特色、藝術(shù)文物等，并存放黃鶴樓及其周邊建筑的位置坐標(biāo)，為AR系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的定位。

（三） AR與城市發(fā)展新技術(shù)的融合趨勢(shì)與前景

為了更好地服務(wù)于城市發(fā)展，AR必須與其它新技術(shù)相結(jié)合，以提升AR的實(shí)用性、可靠性和合作性。

一是與3S技術(shù)結(jié)合。“3S”技術(shù)，即GIS，RS，GPS三者的簡(jiǎn)稱。其中，GIS，即地理信息系統(tǒng)技術(shù)，為城市規(guī)劃與形象設(shè)計(jì)提供分析、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)服務(wù)；RS，即遙感技術(shù)，通過(guò)對(duì)遙感圖像的處理，可獲得城市土地利用、交通、環(huán)境、綠化等分布情況的第一手可靠信息；GPS，即全球定位系統(tǒng)，為城市規(guī)劃提供精準(zhǔn)的定位信息?？梢詫R與3S技術(shù)相整合，通過(guò)現(xiàn)代通訊技術(shù)與控制技術(shù)，為城市的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新提供快速方式，為城市規(guī)劃和形象設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與分析平臺(tái)，為政府提供城市規(guī)劃與形象設(shè)計(jì)必要的支持平臺(tái)。

二是與建筑信息模型（BIM）相結(jié)合。利用BIM中大量靜態(tài)的且事先定義好的3D建筑信息，與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體相疊加，為城市形象設(shè)計(jì)提供項(xiàng)目管理依據(jù)，可以充分地表述城市形象演變過(guò)程。經(jīng)典的城市模型，包括城市擴(kuò)展模型、城市仿真模型、城市多主體模型等。

（四）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在城市形象設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

與其它方法相較，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在城市形象設(shè)計(jì)中具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一是AR可以實(shí)現(xiàn)從公眾自己的視角去，真實(shí)地體驗(yàn)城市自然風(fēng)貌空間和城市建筑實(shí)體。公眾可以按照自身的意志和意愿，選擇城市景觀、廣場(chǎng)、街道等，來(lái)體驗(yàn)城市形象。

二是設(shè)計(jì)師利用AR，將公眾個(gè)人對(duì)城市風(fēng)貌空間和城市建筑實(shí)體的感知順序和內(nèi)在感受，用不同的信息指標(biāo)表示出來(lái)，通過(guò)智能移動(dòng)終端等設(shè)備傳遞給設(shè)計(jì)師，進(jìn)而，方便設(shè)計(jì)師優(yōu)化與規(guī)劃未來(lái)城市形象。

三是AR可以進(jìn)行大規(guī)模人群實(shí)時(shí)效果分析。在現(xiàn)實(shí)的城市空間中，可以實(shí)時(shí)對(duì)比不同人群對(duì)城市景觀、廣場(chǎng)、街道等不同體驗(yàn)與感受；也可以比較公眾人群對(duì)城市空間特定局部要素的反應(yīng)，包括建筑物的形態(tài)、人行道的設(shè)置、城市雕塑的角度、廣場(chǎng)設(shè)施的位置等。這樣就有利于設(shè)計(jì)師促進(jìn)城市形象設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。

四是AR可以為政府輔助決策，促進(jìn)公眾參與到城市形象設(shè)計(jì)，提供理想的交流平臺(tái)，真正提高公眾的“城市即我家，我家在城市”主人意識(shí)。

（五）AR在城市形象設(shè)計(jì)中的局限性

AR在城市形象設(shè)計(jì)中的局限性，主要有兩個(gè)方面。一是技術(shù)方面的局限性。其主要集中在真實(shí)場(chǎng)景的獲取、注冊(cè)與識(shí)別上。AR對(duì)現(xiàn)實(shí)物體的獲取、注冊(cè)與識(shí)別尚難以滿足實(shí)時(shí)與精度要求。二是認(rèn)識(shí)方面的局限性。其主要集中在設(shè)計(jì)師與公眾對(duì)城市這樣的復(fù)雜巨系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)非常表面，沒(méi)有對(duì)城市的深入認(rèn)識(shí)，所進(jìn)行的城市形象設(shè)計(jì)只能是膚淺的與無(wú)趣的，缺乏認(rèn)同感。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為城市形象設(shè)計(jì)的重要工具，讓公眾對(duì)城市形象產(chǎn)生強(qiáng)烈的情感共鳴，形成與公眾思想上的互動(dòng)，從而讓城市形象實(shí)時(shí)化、便利化，便是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的意義之所在。

參考文獻(xiàn)：

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