張娜 廉婕

摘? 要： 針對(duì)3DMAX軟件僅可展示靜態(tài)三維圖像，無(wú)法實(shí)現(xiàn)交互式建筑園林景觀漫游，提出基于3DMAX的交互式建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)方法。該方法將3DMAX，Photoshop以及Java3D三個(gè)平臺(tái)相結(jié)合，先采集建筑園林景觀基本信息、場(chǎng)景設(shè)計(jì)以及降本預(yù)設(shè);再在3DMAX平臺(tái)通過(guò)建筑園林景觀的基礎(chǔ)建模、材質(zhì)貼圖以及燈光渲染和相機(jī)設(shè)定等過(guò)程實(shí)現(xiàn)3D可視化建模，利用Photoshop平臺(tái)通過(guò)編輯場(chǎng)景材質(zhì)以及制作界面實(shí)現(xiàn)建筑園林景觀的紋理處理;最終將視點(diǎn)變換公式與Java3D技術(shù)相結(jié)合，獲取交互式建筑園林景觀漫游算法。在Java3D平臺(tái)通過(guò)該算法設(shè)定行為腳本以及路徑實(shí)現(xiàn)交互式漫游，并在Windows 10系統(tǒng)中測(cè)試該方法，測(cè)試結(jié)果顯示，該方法滿足建筑園林景觀的交互式漫游需求，且操作界面簡(jiǎn)單，漫游效果好。

關(guān)鍵詞： 交互式漫游; 自主模式設(shè)定; 園林景觀; 漫游設(shè)計(jì); 信息采集; 可視化建模

中圖分類號(hào)： TN02?34; TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）03?0036?04

Interactive architecture and garden landscape roaming design based on 3DMAX

ZHANG Na1， LIAN Jie2

（1. Hebei Polytechnic Institute， Shijiazhuang 050093， China; 2. Hebei Institute of Communications， Shijiazhuang 050093， China）

Abstract： 3DMAX software can only display static 3D images and cannot realize interactive roaming of architecture and garden landscape. In view of the above， an interactive architecture and garden landscape roaming design based on 3DMAX is proposed. This method combines the three platforms 3DMAX， PHOTOSHOP and Java 3D to collect basic information of architecture and garden landscape， scene design and cost reduction preset first， then realize 3D visual modeling by basic modeling， material mapping， lighting rendering and camera setting of the architecture and garden landscape on the 3DMAX platform， and realize the texture processing of the architecture and garden landscape by editing the scene material and creating the interface on the PHOTOSHOP platform. Finally， the viewpoint transformation formula and Java 3D technology are combined together to obtain an interactive architecture and garden landscape roaming algorithm， by which， the behavioral scripts and paths are set on the Java 3D platform for interactive roaming. The method was tested in the WINDOWS 10 system. The testing results show that the method can meet the interactive roaming requirements of the architecture and garden landscape， and the operation interface is simple and the roaming effect is good.

Keywords： interactive roaming; autonomic mode setting; garden landscape; roaming design; information acquisition; visualization modeling

0? 引? 言

園林景觀設(shè)計(jì)是建筑室外設(shè)計(jì)中的重要分支，在建筑空間環(huán)境中，通過(guò)園林藝術(shù)專業(yè)設(shè)計(jì)及技術(shù)，利用改造建筑空間內(nèi)植被種類、園林路徑等方法，設(shè)計(jì)與空間和人文環(huán)境相呼應(yīng)的園林藝術(shù)[1]，使設(shè)計(jì)的建筑空間符合人類審美以及文化需求，且可滿足日常生活功能，維持生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。建筑園林景觀可直接體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的審美觀念，且可間接體現(xiàn)社會(huì)發(fā)展的價(jià)值取向[2]。隨著人類步入21世紀(jì)，科技及社會(huì)不斷發(fā)展，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，人們漸漸重視建筑園林景觀設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展。專家學(xué)者們將越來(lái)越多的技術(shù)應(yīng)用于建筑園林景觀設(shè)計(jì)中，尤其是隨著3DMAX技術(shù)的不斷發(fā)展，人們更重視建筑園林景觀的交互性。設(shè)計(jì)師們將多種技術(shù)引入3DMAX軟件中，使建筑園林景觀設(shè)計(jì)方案以及最終設(shè)計(jì)效果在3DMAX軟件中直觀展現(xiàn)，最終呈現(xiàn)完美的建筑園林景觀設(shè)計(jì)方案。交互式漫游技術(shù)是最近幾年興起且發(fā)展飛速的技術(shù)，將3DMAX軟件與交互式漫游技術(shù)相結(jié)合，使建筑園林景觀設(shè)計(jì)中的建筑、植物以及水體等實(shí)物呈現(xiàn)良好的藝術(shù)性。3DMAX建模軟件具有逼真、精度高，且可兼容多種后期渲染以及漫游插件的優(yōu)勢(shì)，但該軟件僅可展示靜態(tài)三維圖像[3]，無(wú)法實(shí)施后期漫游。因此，提出基于3DMAX的交互式建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)方法，將3DMAX與Java3D相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建筑園林景觀的交互式漫游。

1? 建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)

基于3DMAX的交互式建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)主要通過(guò)3DMAX、Photoshop以及Java3D三個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)[4]。建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1? 3DMAX可視化建模

在建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)中，選取3DMAX平臺(tái)實(shí)施3D可視化建模。在3D可視化建模過(guò)程中選取VRAY渲染器作為3DMAX平臺(tái)的渲染插件，通過(guò)VRAY渲染器中的材質(zhì)貼圖以及燈光增加3DMAX軟件的環(huán)境空間渲染能力，提升建筑園林景觀真實(shí)性。

3DMAX具有基礎(chǔ)建模、片面建模等多種建模方法，可通過(guò)倒角、切割、連接等眾多命令建立所需模型。建模時(shí)需先建立單獨(dú)建筑園林景觀模型，完成單獨(dú)模型建立后依據(jù)總體規(guī)劃平面圖實(shí)施整合，實(shí)現(xiàn)總體場(chǎng)景建模。

通過(guò)3DMAX建模前，需要通過(guò)AutoCAD軟件創(chuàng)作建筑景觀園林項(xiàng)目平、立、剖面詳圖[5]。通過(guò)AutoCAD所繪制整體規(guī)劃圖確定整體空間位置以及建筑物和園林景觀間聯(lián)系[6]。

將最終CAD平面圖導(dǎo)入3DMAX平臺(tái)中建立場(chǎng)景模型。為避免導(dǎo)入模型過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，可將CAD平面圖以塊的形式保存，以減少不必要的場(chǎng)景數(shù)據(jù)并有效縮小文件。

將CAD平面圖導(dǎo)入后，以建立亭臺(tái)模型為例，首先需要確定亭臺(tái)高度和頂棚與亭臺(tái)頂點(diǎn)的角度以及距離，亭臺(tái)中的欄桿等異型模型，利用3DMAX平臺(tái)中的Spline命令通過(guò)線實(shí)施描邊以及編輯，確定最終花紋。利用Extrude命令將繪制完成的二維樣條轉(zhuǎn)換至三維立體模型，并通過(guò)Poly編輯命令建立最終三維具有花式欄桿的亭臺(tái)模型。通過(guò)以上過(guò)程，完整的亭臺(tái)基礎(chǔ)素模已經(jīng)建立完成，通過(guò)VRAY渲染器實(shí)施材質(zhì)渲染。

園林中景觀植物、石景、假山以及園林中服務(wù)設(shè)施等均可通過(guò)以上步驟實(shí)施[7?8]。由于本設(shè)計(jì)需要后期交互漫游，因此在建立模型過(guò)程中需要考慮各種元素的位置及其精確度[9]，且在建立模型過(guò)程中需要不停匹配以及對(duì)位，尤其是前景、中景以及后景均需要互相搭配[10]。

光是園林景觀中必不可少的元素[11]，將多種光源相結(jié)合，不僅形成園林景觀中的環(huán)境光，也對(duì)園林景觀環(huán)境實(shí)施渲染。通過(guò)VRAY渲染器對(duì)園林景觀燈光實(shí)施渲染，依據(jù)不同渲染需求設(shè)置燈光以及投射方式，在對(duì)所建立模型渲染時(shí)，需要一個(gè)主光源、對(duì)該場(chǎng)景補(bǔ)充的輔助光源以及可調(diào)整模型中物體明暗效果的底光。

完成3DMAX建模后，利用Photoshop平臺(tái)通過(guò)編輯場(chǎng)景材質(zhì)以及制作界面實(shí)現(xiàn)建筑園林景觀的紋理處理，再采用交互式建筑園林景觀漫游算法，利用Java3D平臺(tái)通過(guò)設(shè)定行為腳本以及路徑實(shí)現(xiàn)交互式漫游。

1.2? 交互式建筑園林景觀漫游

交互式漫游主要利用使用者的視角對(duì)場(chǎng)景實(shí)施三維轉(zhuǎn)換[12]，通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)以及鍵盤利用視角轉(zhuǎn)換獲取不同視覺感受，實(shí)現(xiàn)交互式漫游。

Java3D平臺(tái)中[x]軸以及[y]軸正方向分別為水平向右以及垂直向上，[z]軸方向?yàn)槭褂谜哂^察方向，在Java3D平臺(tái)中實(shí)施交互式漫游時(shí)[13]，園林場(chǎng)景中各元素與坐標(biāo)相對(duì)位置固定，通過(guò)使用者轉(zhuǎn)換觀察方式。

交互式漫游技術(shù)中視點(diǎn)坐標(biāo)位置如圖2所示。

通過(guò)圖2可以看出，視線與[z]軸負(fù)方向角度為90°以內(nèi)，當(dāng)觀察視線從[O]點(diǎn)移動(dòng)至[A]點(diǎn)時(shí)，觀察視線需要從點(diǎn)[O]依[x]軸負(fù)方向移動(dòng)至點(diǎn)[C]再依[z]軸負(fù)方向移動(dòng)至點(diǎn)[A]，移動(dòng)過(guò)程中，滿足[OB=OAcos θ]，[OC=][OAsin θ]。設(shè)觀察原始視線為[x1，z1]，其至新坐標(biāo)[x2，z2]點(diǎn)向前移動(dòng)步數(shù)為[s]，可獲取公式如下：

觀察視線始于點(diǎn)[O]移動(dòng)至點(diǎn)[E]，因[OE⊥OA]，可得[∠EOD=θ]，即：

設(shè)觀察原始視線為[x1，z1]，其至新坐標(biāo)[x2，z2]點(diǎn)向左移動(dòng)步數(shù)為[s]，可獲取公式如下：

同理可知，當(dāng)[θ]存在于另三個(gè)象限時(shí)，設(shè)觀察原始視線為[x1，z1]，至新坐標(biāo)[x2，z2]點(diǎn)向前移動(dòng)步數(shù)為[s]，均可獲取式（1）。

當(dāng)[θ]存在于另三個(gè)象限時(shí)，設(shè)觀察原始視線為[x1，z1]，至新坐標(biāo)[x2，z2]點(diǎn)向左移動(dòng)步數(shù)為[s]，均可獲取式（3）。

設(shè)觀察原始視線為[x1，z1]，其至新坐標(biāo)[x2，z2]點(diǎn)向后移動(dòng)步數(shù)為[s]，可獲取公式如下：

設(shè)觀察原始視線為[x1，z1]，至新坐標(biāo)[x2，z2]點(diǎn)向右移動(dòng)步數(shù)為[s]，可獲取公式如下：

通過(guò)以上公式可以看出，視點(diǎn)坐標(biāo)隨觀察者視線改變而改變，且改變方向以及距離與實(shí)現(xiàn)移動(dòng)方向以及距離相同[14]。

將以上視點(diǎn)變換公式與Java3D技術(shù)相結(jié)合[15]，獲取交互式建筑園林景觀漫游算法如下：

Proprietary transform group goal TG;

/*標(biāo)記一個(gè)轉(zhuǎn)換組對(duì)象*/

Proprietary level angle = 0.0;

/*標(biāo)記水平方向視線角度*/

Proprietary coordinate [ ] observer={_，_，_}

/*標(biāo)記觀察視線坐標(biāo)*/

Proprietary coordinate [ ] point ={_，_，_}

/*標(biāo)記目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)*/

Establishment 3D =new Establishment3D（）

/*新建三維目標(biāo)*/

If（page front key）{

/*依據(jù)式（1）設(shè)置觀察視線以及觀察目標(biāo)坐標(biāo)*/

Observer[0]?= obtaincos（angle）;

Observer[2]?= obtainsin（angle）;

Point[0]?= obtaincos（angle）;

Point[2]?= obtainsin（angle）;

T.view（new point 3D （observer），new point 3D （point ），new vector 3D（{0，1，0}） ）;

The goal TG .put in transform（t）;}

If（page left key）{

/*依據(jù)式（3）設(shè)置觀察視線以及觀察目標(biāo)坐標(biāo)*/}

If（page back key）{

/*依據(jù)式（4）設(shè)置觀察視線以及觀察目標(biāo)坐標(biāo)*/}

If（page right key）{

/*依據(jù)式（5）設(shè)置觀察視線以及觀察目標(biāo)坐標(biāo)*/}

通過(guò)以上算法在Java3D平臺(tái)中設(shè)定行為腳本以及路徑實(shí)現(xiàn)交互式建筑園林景觀漫游。

2? 方法測(cè)試

選取Windows 10操作系統(tǒng)作為本文方法測(cè)試平臺(tái)，驗(yàn)證基于3DMAX的交互式建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)方法的有效性。以某市某建筑園林景觀規(guī)劃區(qū)域?yàn)槔?，采用本文方法?duì)該區(qū)域?qū)嵤┞卧O(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)技術(shù)后，在系統(tǒng)初始界面點(diǎn)擊“進(jìn)入場(chǎng)景”按鈕，場(chǎng)景展示界面如圖3所示。

場(chǎng)景展示界面初始位置即交互式漫游起點(diǎn)位置，場(chǎng)景展示界面中有“操作說(shuō)明”“回到原點(diǎn)”等導(dǎo)航按鈕，左下角設(shè)有漫游場(chǎng)景總體平面圖。

點(diǎn)擊“操作說(shuō)明”導(dǎo)航按鈕后，系統(tǒng)界面圖如圖4所示。

通過(guò)操作說(shuō)明界面圖展示漫游場(chǎng)景前進(jìn)、后退等功能的操作按鍵，且用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊顯示界面中鍵盤按鈕可修改功能操作鍵，為使用者操作提供方便。

點(diǎn)擊“自動(dòng)模式”導(dǎo)航按鈕后，系統(tǒng)依據(jù)本文方法設(shè)定路徑自動(dòng)實(shí)施場(chǎng)景漫游，漫游過(guò)程中場(chǎng)景截圖如圖5所示。

“自動(dòng)模式”依據(jù)設(shè)定路線自動(dòng)漫游，中途無(wú)法通過(guò)鍵盤改變路徑，按下“Esc”鍵系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)退出，返回初始位置界面。通過(guò)“自動(dòng)模式”漫游演示該規(guī)劃區(qū)域整體場(chǎng)景，令使用者更直觀、清晰地觀察該場(chǎng)景總體園林景觀。

使用者通過(guò)“自主模式”實(shí)現(xiàn)建筑園林景觀場(chǎng)景交互，點(diǎn)擊“自主模式”導(dǎo)航按鈕后，通過(guò)操作按鍵在漫游場(chǎng)景中依據(jù)自主意愿控制漫游方向，實(shí)現(xiàn)園林景觀交互式漫游。在“自主模式”漫游過(guò)程中，出現(xiàn)低于視角的物體時(shí)，默認(rèn)跨過(guò)該物體;出現(xiàn)高于視角的物體時(shí)，系統(tǒng)停止前進(jìn)，使用者通過(guò)操作改變路徑繞過(guò)該物體，令使用者產(chǎn)生仿佛身臨其境的真實(shí)感受?！白灾髂Ｊ健币暯菆D如圖6所示。

通過(guò)Windows 10操作系統(tǒng)中的測(cè)試，詳細(xì)展示了本文方法的建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)交互性技術(shù)，體現(xiàn)本文方法良好的操作性能以及真實(shí)的漫游效果。將理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)本文方法交互式建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)。

為進(jìn)一步測(cè)試本文方法的交互式漫游性能，將本文方法與相對(duì)坐標(biāo)方法以及交互式遺傳方法對(duì)比。選取100名建筑園林景觀設(shè)計(jì)師通過(guò)三種方法對(duì)10個(gè)規(guī)劃區(qū)域設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后令100名設(shè)計(jì)師對(duì)三種方法的“好感度”“操作靈敏度”以及“漫游效果”等評(píng)分指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，結(jié)果如表1所示。

100名建筑園林景觀設(shè)計(jì)師評(píng)價(jià)本文方法完成園林景觀漫游的各項(xiàng)評(píng)分均值為96.11分，分別高于采用相對(duì)坐標(biāo)方法以及采用交互式遺傳方法7.28分以及10.75分，說(shuō)明本文方法不僅具有較好的漫游性能以及交互體驗(yàn)，且具有較高的用戶接受度，可應(yīng)用于實(shí)際建筑園林景觀漫游中。

3? 結(jié)? 論

3DMAX因具有強(qiáng)大的建模能力被廣泛應(yīng)用于建筑園林景觀設(shè)計(jì)中，本文將3DMAX，Photoshop以及Java3D三個(gè)平臺(tái)相結(jié)合，提出基于3DMAX的交互式建筑園林景觀漫游設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)Windows 10操作系統(tǒng)對(duì)該方法測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，本文方法操作界面清晰明了，漫游場(chǎng)景真實(shí)性強(qiáng)，且可通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景交互。選取100名建筑園林景觀設(shè)計(jì)師采用本文方法設(shè)計(jì)10個(gè)建筑園林景觀規(guī)劃區(qū)域，設(shè)計(jì)師評(píng)價(jià)本文方法的設(shè)計(jì)效果顯示，本文方法具有操作靈敏、便捷且交互性與漫游性較好的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)建筑園林景觀的交互式漫游。

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