顧語(yǔ)琪　孔　鑫　李彥雪*

(東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱　150040)

1　研究背景與意義

1.1　研究背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外興起。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(簡(jiǎn)稱VR技術(shù))是一種借助計(jì)算機(jī)及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的，用戶與計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)視覺、聽覺、嗅覺的有效互動(dòng)方式，具有多感知性、存在感、交互性、自主性的特點(diǎn)。其在計(jì)算機(jī)技術(shù)研究中占據(jù)重要地位，并逐漸滲透到軍事、教育、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。利用其先進(jìn)的交互性與多感知性等特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在三維數(shù)字景觀漫游的研究方面也取得了一定成就。目前，高校間競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，傳統(tǒng)方式已無法滿足學(xué)校發(fā)展需求。國(guó)內(nèi)外很多高校紛紛推進(jìn)了校園信息化建設(shè)，構(gòu)建虛擬校園漫游系統(tǒng)已然成為高校提高自身競(jìng)爭(zhēng)力與影響力的一大手段。

1.2　研究意義

依托于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)對(duì)校園環(huán)境全方位的立體演示，讓用戶身臨其境的感受東北林業(yè)大學(xué)南校區(qū)四時(shí)風(fēng)光。它為用戶搭建了一個(gè)了解校園的多元化信息平臺(tái)，為學(xué)校的宣傳、展示提供了全新的方式。同時(shí)，項(xiàng)目不僅是對(duì)校園現(xiàn)狀的漫游展示，還對(duì)南校區(qū)整體景觀進(jìn)行改造與提升。校園三維數(shù)字景觀漫游系統(tǒng)作為數(shù)字校園建設(shè)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的典型，通過直觀的預(yù)覽改造成果，它讓設(shè)計(jì)更具合理性與實(shí)操性，這將對(duì)于東北林業(yè)南校區(qū)的建設(shè)改造有重大的指導(dǎo)意義。

2　研究現(xiàn)狀

2.1　虛擬校園的應(yīng)用現(xiàn)狀

作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)源地，美國(guó)研究水平遙遙領(lǐng)先，并廣泛運(yùn)用于教育領(lǐng)域。大學(xué)生的日常學(xué)習(xí)生活、大學(xué)的管理建設(shè)已經(jīng)與校園的信息化建設(shè)息息相關(guān)。其他一些國(guó)家也積極的進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與應(yīng)用。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)、日本京都大學(xué)甚至達(dá)到了建設(shè)虛擬智慧城市的水平。瑞士聯(lián)邦多所高校都參與到建立“瑞士虛擬校園”的項(xiàng)目中，澳大利亞墨爾本大學(xué)也建立了相對(duì)完善的虛擬校園。

我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步晚，故與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在很大差距。但是，虛擬校園建設(shè)已得到了有關(guān)部門和科學(xué)家相當(dāng)?shù)闹匾?。?guó)內(nèi)許多高校都認(rèn)識(shí)到虛擬校園的發(fā)展前景并投入到這一研究中。

1996年，天津大學(xué)率先完成了虛擬校園的建設(shè)。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系也是最早開始進(jìn)行VR技術(shù)研究的單位之一，并取得了矚目的研究成果。包括香港理工大學(xué)在內(nèi)的幾所香港名校紛紛從事了虛擬校園的研究，部分實(shí)現(xiàn)了虛擬校園功能。清華大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)等內(nèi)地高校也開展了虛擬校園的研究，實(shí)現(xiàn)了校園信息的可視化查詢、路徑查詢等功能。

2.2　虛擬現(xiàn)實(shí)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了工業(yè)、城市設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。但是，要實(shí)現(xiàn)在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，目前來說比較困難。因?yàn)樘摂M城市中的許多要素均是規(guī)則的形體比如幾何體建筑，它們?cè)诮＿^程中所需計(jì)算的面相對(duì)較少，故實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)效果比較容易。而園林設(shè)計(jì)中常用的景觀要素，如植物、道路、地形、水體等多是不規(guī)則的形體，用計(jì)算機(jī)的模型表示會(huì)非常復(fù)雜?，F(xiàn)階段的民用計(jì)算機(jī)很難實(shí)現(xiàn)其效果。所以，現(xiàn)階段，在園林設(shè)計(jì)方面，實(shí)現(xiàn)流暢的虛擬現(xiàn)實(shí)效果基本是不可能的。

3　東北林業(yè)大學(xué)南校區(qū)3D漫游系統(tǒng)構(gòu)建流程

現(xiàn)實(shí)校園南校區(qū)→數(shù)據(jù)的采集與處理→校園南校區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與景觀改造→三維校園模型的建立→虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)→虛擬校園漫游。

3.1　平面繪制階段

3.1.1前期數(shù)據(jù)采集

一開始，借助皮卷尺等測(cè)量工具，我們對(duì)南校區(qū)建筑進(jìn)行了外圍數(shù)據(jù)測(cè)量，對(duì)南校區(qū)道路寬度、設(shè)施位置等各項(xiàng)數(shù)據(jù)都做了記錄，并利用數(shù)碼相機(jī)拍攝百余張建筑外觀及外環(huán)境照片，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)工作提供了有力的支撐。同時(shí)，通過問卷調(diào)查，我們采集了同學(xué)們對(duì)于新校區(qū)景觀改造的建議。最后對(duì)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

3.1.2校園方案設(shè)計(jì)

由于東北林業(yè)大學(xué)南校區(qū)規(guī)劃不合理，存在：食堂門前交通組織混亂，停車場(chǎng)設(shè)計(jì)不規(guī)范；博物館及園林學(xué)院段硬質(zhì)鋪裝過多，基本沒有景觀效果；馬家溝兩側(cè)景觀單一等問題，我們對(duì)這些問題進(jìn)行方案優(yōu)化：對(duì)交通線路進(jìn)行梳理，確定最便利的各級(jí)道路；增加新校區(qū)景觀小品設(shè)施如趣味花壇、座椅等，增加景觀趣味性，使方案設(shè)計(jì)更加合理化、人性化；進(jìn)行南校區(qū)植物景觀設(shè)計(jì)，營(yíng)造舒適的植物景觀環(huán)境，保證生態(tài)的多樣性。

3.1.3平面繪制(CAD)

根據(jù)精確的測(cè)量數(shù)據(jù)及拍攝照片，完成CAD的1∶1的現(xiàn)狀平面繪制(單位mm)，可用正交模式保證畫出的線水平或垂直，在對(duì)象捕捉下調(diào)節(jié)光標(biāo)的矢量追蹤(快捷鍵OS)。我們確定了多個(gè)景觀要素，包括建筑、道路、水體的尺寸及位置，再將各要素調(diào)整到相應(yīng)圖層。接下來對(duì)需要設(shè)計(jì)改造的地方進(jìn)行調(diào)整，最后將底圖保存為EPS格式。

3.2　三維模型創(chuàng)建階段

3.2.1材質(zhì)處理(PS)

在大量實(shí)景照片的基礎(chǔ)上，利用PS技術(shù)對(duì)于貼圖材質(zhì)進(jìn)行色彩、形狀、大小調(diào)整，完成仿真處理。

3.2.2建模階段(SU)

在SU中導(dǎo)入CAD底圖，導(dǎo)入時(shí)要注意在選項(xiàng)下將三項(xiàng)勾選并將單位調(diào)整為mm。連好面后根據(jù)實(shí)地測(cè)量所得的新校區(qū)建筑尺寸與建筑模數(shù)進(jìn)行建筑模型制作。首先，我們根據(jù)拍攝圖片確定建筑層數(shù)，再用推拉工具對(duì)建筑起相應(yīng)高度。緊接著進(jìn)行門窗、樓梯等細(xì)節(jié)處理，相同的門與窗戶間可以關(guān)聯(lián)(組成組件)，方便一起修改。同時(shí)，我們將小品、地面鋪裝等起一定高度，最后賦予建筑、地面與實(shí)際相符的材質(zhì)(見圖1)。

3.3　動(dòng)畫及漫游引擎制作階段

3.3.1完成漫游動(dòng)畫(lumion)

將在SU中建好的模型導(dǎo)入lumion場(chǎng)景中，在天氣下調(diào)整陽(yáng)光、云彩等，將水體草坪在自然材質(zhì)庫(kù)下編輯材質(zhì)。在場(chǎng)景中增加植物、小品設(shè)施等素材對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行豐富完善。植物搭配時(shí)要注意喬、灌、草的合理搭配。選取適當(dāng)?shù)慕嵌扰臄z照片并導(dǎo)出。在“動(dòng)畫模式”下，進(jìn)行錄制，選擇合適起點(diǎn)，點(diǎn)擊拍攝照片，拉近鏡頭后再拍一張，保持整個(gè)過程處于勻速狀態(tài)(轉(zhuǎn)彎處要多拍幾張照片，防止觀看者出現(xiàn)暈眩不適的感覺)。將南校區(qū)場(chǎng)景瀏覽一遍后，完成合并。最后加上各種聲音特效，加強(qiáng)觀者的3D環(huán)繞的感受。

3.3.2虛擬校園漫游系統(tǒng)的引擎制作

借助實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備，我們完成虛擬校園漫游系統(tǒng)的引擎制作，實(shí)現(xiàn)了虛擬校園的建設(shè)。

4　結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與校園三維數(shù)字景觀漫游系統(tǒng)的建立密不可分。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為校園三維數(shù)字景觀漫游系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，在虛擬校園的建立過程中起到了至關(guān)重要的作用，而校園三維數(shù)字景觀漫游系統(tǒng)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的典型案例，同時(shí)也在推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展。作為一種新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著不可估量的發(fā)展前景。但是，我們需要意識(shí)到它本身仍存在很多需要完善的地方，其與風(fēng)景園林的結(jié)合還處于最初級(jí)的階段。我們需要不斷開辟新的技術(shù)手段，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林的運(yùn)用，讓其在設(shè)計(jì)規(guī)劃領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用。