張譯雯 羅海智 趙曉銘

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

隨著移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)分支，代表著計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)實(shí)景觀的融合，將對(duì)景觀設(shè)計(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)原理與發(fā)展過(guò)程

1.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)原理

AR全稱Augmented Reality，是VR的一個(gè)分支，AR系統(tǒng)主要包括了實(shí)時(shí)追蹤攝像機(jī)定位、虛擬模型渲染、三維注冊(cè)和融合現(xiàn)實(shí)三部分。是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)生成虛擬信息應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界“增強(qiáng)”的技術(shù)(見(jiàn)圖1)。VR與AR最大的不同在于VR無(wú)法使虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)現(xiàn)交互，而AR則可以同時(shí)顯示虛擬和現(xiàn)實(shí)兩種信息，能夠達(dá)到更好的交互效果。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

在二十世紀(jì)五六十年代，攝影師Morton Heilig設(shè)計(jì)出一臺(tái)可模擬布魯克林街道場(chǎng)景的機(jī)器人；1968年，第一臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)的原型機(jī)問(wèn)世，隨后便是對(duì)VR顯示系統(tǒng)的不斷更新，對(duì)顯示系統(tǒng)進(jìn)行了更改，利用透明的設(shè)備或者顯示屏實(shí)現(xiàn)交互作用[1]；1990年增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)一詞問(wèn)世。2010年之前，AR始終處于發(fā)展的沉淀期。2018年之后，VR/AR行業(yè)逐漸進(jìn)入了上升期，同時(shí)，5G時(shí)代的到來(lái)為VR/AR提供了覆蓋更廣、速度更快的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，將進(jìn)一步推動(dòng)VR/AR行業(yè)的發(fā)展[2]?，F(xiàn)如今，AR已廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，如圖書(shū)出版行業(yè)、旅游業(yè)、游戲與動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)等，但在景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域還只處于初探階段，AR在景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展還有待進(jìn)一步推進(jìn)。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)的特點(diǎn)

AR是一種將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界融合的技術(shù)，根據(jù)它所應(yīng)用的領(lǐng)域以及帶給體驗(yàn)者的效果，可將AR的特點(diǎn)概括為以下三點(diǎn)：1)虛實(shí)結(jié)合性：AR和VR最大的不同就在于AR具有虛實(shí)結(jié)合性，能夠同時(shí)顯示虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的信息，其中運(yùn)用到的關(guān)鍵技術(shù)是三維注冊(cè)跟蹤，通過(guò)三維注冊(cè)跟蹤使虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)無(wú)縫疊加[3]。2)實(shí)時(shí)交互性：AR強(qiáng)調(diào)的是人機(jī)交互的自然性，不再局限于傳統(tǒng)鼠標(biāo)鍵盤(pán)等基于一維或二維的操作體驗(yàn)[4]。3)沉浸性：AR可以提供給使用者超逼真的虛擬場(chǎng)景，讓使用者充分沉浸在體驗(yàn)中，這也是AR最突出的特點(diǎn)。

3 AR在景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例分析

根據(jù)AR的三個(gè)特點(diǎn)，景觀設(shè)計(jì)師逐漸將AR運(yùn)用在輔助設(shè)計(jì)、豐富文化體驗(yàn)、修復(fù)遺址等方面。

3.1 One Melbourne Quarter頂篷裝置：基于AR制作的空間裝置

One Melbourne Quarter頂篷裝置是由開(kāi)發(fā)商Lendlease委托UAP設(shè)計(jì)的一種懸浮式的裝置結(jié)構(gòu)。該裝置位于One Melbourne Quarter商業(yè)區(qū)的入口大廳，形成了獨(dú)特的景觀效果。

由于該設(shè)計(jì)形態(tài)多變，室內(nèi)頂篷的材質(zhì)問(wèn)題也需要著重解決，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了AR進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)施工：設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用設(shè)計(jì)前期計(jì)算機(jī)生成的模型導(dǎo)入AR系統(tǒng)，利用三維注冊(cè)跟蹤技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)三維繪圖軟件建立多視角的CAD模型視圖。在營(yíng)造過(guò)程中，將CAD模型的“全息圖像”投射在實(shí)體的框架上，提取輪廓邊緣信息或點(diǎn)特征，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息匹配，使制作團(tuán)隊(duì)能夠直觀的識(shí)別和標(biāo)記出每個(gè)連接點(diǎn)，從而既提供了完成的速度，也保證了預(yù)期效果的實(shí)現(xiàn)。這是UPA首次在項(xiàng)目中實(shí)施該技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新且高效的辦法。

AR作為一項(xiàng)新技術(shù)，它的實(shí)時(shí)交互性及虛實(shí)融合性的特點(diǎn)可以很好的幫設(shè)計(jì)師直觀地觀察到設(shè)計(jì)的效果，通過(guò)AR輔助建造，更能夠提高效率，降低施工難度，也可以更好地使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。

3.2 2019年北京國(guó)際設(shè)計(jì)周墨城室覺(jué)展館：利用AR感受人文生活

墨城室覺(jué)展館是2019年北京國(guó)際設(shè)計(jì)周的設(shè)計(jì)作品之一，它展示了墨西哥城的場(chǎng)所、傳統(tǒng)、習(xí)俗，以及這座城市無(wú)盡多彩的生活瞬間。

墨城室覺(jué)展館設(shè)計(jì)利用AR作為交互方式進(jìn)行展示：采用傳統(tǒng)的基于標(biāo)志物的跟蹤注冊(cè)技術(shù)，將含有標(biāo)志物的真實(shí)場(chǎng)景或提前標(biāo)記的影像音頻輸入計(jì)算機(jī)中，通過(guò)標(biāo)志物識(shí)別，頂點(diǎn)提取完成跟蹤注冊(cè)，再與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合，達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的作用。在墨城室覺(jué)展館中，人們通過(guò)掃描二維碼或通過(guò)將手機(jī)攝像頭對(duì)準(zhǔn)小窗上的圖像可以觀看AR系統(tǒng)中標(biāo)志物對(duì)應(yīng)的視頻或音像，使觀賞者可以化身身居其中的墨城居民，親眼目睹這座城市的多彩文化，親身體驗(yàn)?zāi)堑奈幕蜕睢?/p>

墨城室覺(jué)展館充分利用了AR實(shí)時(shí)交互性和沉浸性的特點(diǎn)，能讓參觀者在景觀中尋找到當(dāng)?shù)氐奈幕瘹v史痕跡，使整個(gè)設(shè)計(jì)不再單單是一個(gè)景觀，更成為了一個(gè)文化的載體。

3.3 圓明園現(xiàn)場(chǎng)還原：基于AR技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字重建

圓明園是一個(gè)世界著名的歷史遺跡，但由于修復(fù)難度大導(dǎo)致至今未修復(fù)。在北京市海淀區(qū)政府部門(mén)的支持下，北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院承擔(dān)了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的數(shù)字圓明園的研究項(xiàng)目。

針對(duì)這一項(xiàng)目，研究組針對(duì)西洋樓大水法景區(qū)設(shè)計(jì)了AR系統(tǒng)，這一系統(tǒng)具有“真實(shí)、虛擬、增強(qiáng)”3種工作模式[5]，在人工控制下對(duì)實(shí)體場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行同步變焦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合，重現(xiàn)圓明園歷史宏景。

4 發(fā)展前景及策略

根據(jù)AR的三大特點(diǎn)以及在案例中的運(yùn)用可以看到，AR對(duì)于設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)都有著不可替代的輔助作用，可以有效提高建造效率和景觀品質(zhì)，并且隨著5G時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，AR將更加廣泛地運(yùn)用于景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

4.1 貼近實(shí)地設(shè)計(jì)，利用AR輔助設(shè)計(jì)建造

通過(guò)分析One Melbourne Quarter頂篷裝置的案例，可見(jiàn)AR已經(jīng)逐漸運(yùn)用于設(shè)計(jì)建造的環(huán)節(jié)。在未來(lái)，AR應(yīng)應(yīng)用于更多的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：為復(fù)雜的構(gòu)筑建造提供輔助，節(jié)省工時(shí)，大大提高施工效率；幫助設(shè)計(jì)師更直觀地觀察設(shè)計(jì)效果，幫助設(shè)計(jì)更好落地。有學(xué)者提出一種虛擬平臺(tái)設(shè)計(jì)功能的理念，該平臺(tái)可對(duì)準(zhǔn)場(chǎng)地現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行素材添加、挪動(dòng)以及大小調(diào)節(jié)等操作，這一操作可以有效地觀測(cè)到設(shè)計(jì)效果以及場(chǎng)地的季節(jié)變化，能夠很好地輔助前期設(shè)計(jì)[4]。利用AR進(jìn)行實(shí)地觀察設(shè)計(jì)建造，將會(huì)成為未來(lái)景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

4.2 提升文化內(nèi)涵，利用AR進(jìn)行文化藝術(shù)導(dǎo)覽

園林是一個(gè)很強(qiáng)烈的文化載體，景觀設(shè)計(jì)師應(yīng)該利用好這一有利載體，承擔(dān)起文化復(fù)興的責(zé)任。利用AR將會(huì)是一種手段創(chuàng)新，也能夠讓更多的人更加容易感受到園林景觀的歷史文化內(nèi)涵。

但在目前AR在展示文化方面的應(yīng)用來(lái)看，形式還是趨于單一，大多數(shù)停留在提供圖像音頻信息的階段。筆者認(rèn)為可以有更多新穎的形式，例如增強(qiáng)游客與景觀的互動(dòng)性，進(jìn)一步達(dá)到文化教育的目的。

4.3 重現(xiàn)歷史宏景，利用AR虛擬修復(fù)遺跡景觀

除了現(xiàn)代城市的景觀設(shè)計(jì)，歷史遺跡和一些鄉(xiāng)村古跡的修復(fù)也應(yīng)該得到景觀設(shè)計(jì)師的關(guān)注。目前，一些歷史遺跡遭到了破壞無(wú)法修復(fù)，然而，利用AR就可以一定程度地彌補(bǔ)這種遺憾。景觀設(shè)計(jì)師可以在系統(tǒng)中預(yù)先構(gòu)建好將歷史遺跡修復(fù)后的藍(lán)圖，當(dāng)?shù)氐木用窨梢酝ㄟ^(guò)手機(jī)看到歷史遺跡的原景，更好地了解該遺跡承載的歷史文化。這一方法可廣泛應(yīng)用到鄉(xiāng)村設(shè)計(jì)中，通過(guò)這種方式可更好地復(fù)興村落文化，增強(qiáng)村民對(duì)鄉(xiāng)村的歸屬感，營(yíng)造美好幸福的鄉(xiāng)村，從而推進(jìn)鄉(xiāng)村振興。

歷史遺跡承載著巨大的歷史文化內(nèi)涵，弘揚(yáng)這些歷史文化，對(duì)這些歷史遺跡的修復(fù)是一個(gè)可行的手段。在現(xiàn)實(shí)無(wú)法滿足的情況下就可以利用AR在虛擬中實(shí)現(xiàn)，可大力推動(dòng)歷史文化的復(fù)興。

5 結(jié)語(yǔ)

在5G時(shí)代萬(wàn)物互聯(lián)傳感器存在的情況下，生理性連接、心理性連接，甚至人的情緒連接都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示[6]。人們對(duì)于與機(jī)器或信息交互的欲望將越來(lái)越強(qiáng)烈，這將更有利于AR系統(tǒng)的構(gòu)建以及AR的運(yùn)用，AR的應(yīng)用將會(huì)越發(fā)廣泛，在景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域也將飛速發(fā)展。景觀設(shè)計(jì)師需要有對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)判，將AR應(yīng)用到設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中去。在發(fā)展的同時(shí)也應(yīng)該要關(guān)注發(fā)展的方式和質(zhì)量，AR的使用不應(yīng)該局限于單一的方式，應(yīng)該進(jìn)行更多地創(chuàng)新，讓AR和設(shè)計(jì)更自然地融合，為人們提供更佳的體驗(yàn)感。另外，還應(yīng)該利用AR提升景觀文化品質(zhì)，利用AR科普宣傳歷史文化，修復(fù)歷史遺跡，讓園林景觀成為一個(gè)自然課堂，每個(gè)人都可以學(xué)在其中。