馬兆衛(wèi)

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了越來(lái)越多的重視，成為當(dāng)下最熱門(mén)的技術(shù)之一。分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林植物群落設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用意義，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例探索相關(guān)模型的構(gòu)建，并通過(guò)對(duì)常州地區(qū)常用園林植物的三維可視化處理實(shí)現(xiàn)部分植物的虛擬展示，以此來(lái)搭建常州地區(qū)城市園林植物素材庫(kù)，為后續(xù)的園林植物虛擬展示提供資料。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù);園林植物群落;虛擬展示

課題項(xiàng)目：本文系江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院校級(jí)課題科研項(xiàng)目“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林植物群落設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究”（2019KYC016）研究成果。

數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，使風(fēng)景園林、景觀建筑和城市規(guī)劃等相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域都發(fā)生了翻天覆地的變化。園林植物群落的虛擬設(shè)計(jì)可利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破時(shí)空的限制，打破虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的隔閡。傳統(tǒng)的圖像、視頻展示不能將植被所處的空間、場(chǎng)景等一系列現(xiàn)實(shí)性信息全部展現(xiàn)，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠很好地做到。虛擬式園林植物場(chǎng)景可以展示植物群落真實(shí)、全面的信息，為設(shè)計(jì)、欣賞等相關(guān)環(huán)節(jié)提供豐富的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入園林植物群落設(shè)計(jì)能為用戶提供虛擬仿真場(chǎng)景的新奇體驗(yàn)。

實(shí)現(xiàn)植物群落設(shè)計(jì)過(guò)程中的互動(dòng)和交流、實(shí)現(xiàn)公眾參與和動(dòng)態(tài)體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)植物群落設(shè)計(jì)的資源節(jié)約是該技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)。目前，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林植物中的應(yīng)用主要集中在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的虛擬重建及虛擬展示方面。本文將以三維模型為基礎(chǔ)，結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與設(shè)備，研究園林植物群落景觀的整體構(gòu)建與虛擬展示的原理和方法。

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林植物群落設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義

（一）實(shí)現(xiàn)植物群落設(shè)計(jì)過(guò)程中的互動(dòng)和交流

傳統(tǒng)的風(fēng)景園林設(shè)計(jì)表現(xiàn)方式可分為語(yǔ)言文字、手繪圖紙、實(shí)物模型和計(jì)算機(jī)表現(xiàn)四種類型。隨著科技的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷迭代，出現(xiàn)了越來(lái)越多新型的多媒體展示手段。傳統(tǒng)的展示方式已逐漸無(wú)法滿足客戶對(duì)設(shè)計(jì)的要求，因此需要較為新穎的展示手段對(duì)園林的效果進(jìn)行展現(xiàn)，也需要其所能表現(xiàn)的效果越來(lái)越逼真?；谔摂M仿真技術(shù)、三維模型技術(shù)、交互跟蹤技術(shù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了表現(xiàn)方式的實(shí)時(shí)、交互、動(dòng)態(tài)，有著更好的表現(xiàn)效果。

以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為表現(xiàn)手段的園林植物群落設(shè)計(jì)，從某種程度上改變了人們?cè)O(shè)計(jì)和交流的方式。在以體驗(yàn)為主的信息時(shí)代，互動(dòng)性成為展示設(shè)計(jì)最重要的特征之一。這種具有新的表現(xiàn)手段的園林植物群落設(shè)計(jì)打破了原本靜態(tài)展示的單向性信息傳遞，通過(guò)多類型的交互方式，展現(xiàn)出虛擬設(shè)計(jì)互動(dòng)交流的性質(zhì)。從某種意義上來(lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)展示形式相比，互動(dòng)交流是虛擬展示更加鮮明的特點(diǎn)。

（二）實(shí)現(xiàn)公眾參與和動(dòng)態(tài)體驗(yàn)

目前，一些風(fēng)景園林項(xiàng)目的展示方式較為傳統(tǒng)，在展示效果上缺乏吸引力，其主要原因是體驗(yàn)感與互動(dòng)性的缺失使其無(wú)法達(dá)到最佳的宣傳和參觀效果。如果將園林植物群落的展示、宣傳與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相融合，參觀者就可以不受時(shí)間與空間的限制，隨時(shí)隨地參觀園林，進(jìn)而大大增強(qiáng)他們前往實(shí)地參觀的欲望。這種新穎的展示形式所帶來(lái)的宣傳力度將使園林獲得意想不到的宣傳效果。不僅如此，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到風(fēng)景園林展示中，可將園林景區(qū)規(guī)劃與科技化、現(xiàn)代化相結(jié)合，將體驗(yàn)的理念加入園林植物當(dāng)中，從而達(dá)到更好的科普效果。新穎的展示方式不僅能提升植物群落展示效果的多樣性，而且能增強(qiáng)其公共服務(wù)的功能，使植物群落更有吸引力。總之，將園林植物群落設(shè)計(jì)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)植物展示時(shí)空的跨越，使用戶能夠更好地觀賞植物群落。對(duì)園林植物進(jìn)行數(shù)字化處理，能夠?qū)⑻幱诓煌瑫r(shí)期的植物群落效果進(jìn)行展現(xiàn)，幫助用戶體驗(yàn)身臨其境的視覺(jué)效果，彌補(bǔ)人們無(wú)法真實(shí)觀賞的遺憾。除此之外，還可以將現(xiàn)代技術(shù)手段放入園林設(shè)計(jì)內(nèi)進(jìn)行綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多種展示效果，更有利于增強(qiáng)景區(qū)的吸引力。

（三）實(shí)現(xiàn)植物群落設(shè)計(jì)的資源節(jié)約

利用數(shù)字化技術(shù)可以大大節(jié)約園林景觀開(kāi)發(fā)中的資源。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在風(fēng)景園林原貌的基礎(chǔ)上大力挖掘其文化價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，將風(fēng)景園林景區(qū)的設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)變成立體、形象的模型展現(xiàn)在游客面前。該技術(shù)的應(yīng)用可以使設(shè)計(jì)師在虛擬空間中進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)，以此來(lái)更好地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，展現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，也可以使設(shè)計(jì)者與施工人員之間實(shí)現(xiàn)最大程度的溝通交流，有利于設(shè)計(jì)方與施工方的成本節(jié)約，減少傳統(tǒng)溝通過(guò)程中對(duì)于時(shí)間成本及資源成本的浪費(fèi)，從而改善整體施工的效果。這種方式不僅可以幫助相關(guān)部門(mén)在進(jìn)行園林規(guī)劃時(shí)提高策略的科學(xué)性，還可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中大大節(jié)約資源。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林植物群落設(shè)計(jì)中的

三維模型構(gòu)建

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打造虛擬空間，逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界，從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)上給人一種真實(shí)的感覺(jué)。首先，需要有精準(zhǔn)的模型來(lái)作為表現(xiàn)“真實(shí)”的基礎(chǔ)。風(fēng)景園林中的大多數(shù)模型都是植物模型。其次，還應(yīng)有部分建筑模型和地形模型。這些模型在建模方法上主要采取圖像建模。目前，大多數(shù)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行園林設(shè)計(jì)時(shí)，所采用的設(shè)計(jì)軟件主要有AutoCAD、3D MAX、SpeedTree、Photoshop等。本文所介紹的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中使用的所有模型，均采用上述軟件進(jìn)行創(chuàng)建和處理。此外，設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到場(chǎng)景的尺寸、紋理、材質(zhì)等一定要符合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的制作規(guī)范，這些都將影響到后期的控制管理。

（一）園林植物群落設(shè)計(jì)中植物三維模型的構(gòu)建

本文將以常州地區(qū)部分園林植物為例對(duì)其進(jìn)行可視化制作，實(shí)現(xiàn)植物的虛擬展示，并力求通過(guò)后續(xù)系列的研究構(gòu)建本土區(qū)域園林植物的素材庫(kù)，為今后的植物景觀設(shè)計(jì)的虛擬展示提供資料。本文的示例植物來(lái)源于常州市東坡公園，具體制作流程如下。

以常州東坡公園內(nèi)的大葉梔子花為例，具體的模型參數(shù)信息為：大葉梔子花高1.2米左右，葉片較大，呈長(zhǎng)圓形，葉片莖結(jié)明顯，花朵大且重瓣。該植物的葉片多為對(duì)生或三葉輪生，長(zhǎng)7～14厘米，寬2～5厘米，有短柄，革質(zhì)，倒卵形或矩圓狀倒卵形，先端漸尖，色深綠，有光澤，托葉鞘狀。6月開(kāi)大型白花，花最大可達(dá)10厘米，單生于枝端或葉腋，徑約7厘米，萼裂片6，呈線狀，重瓣，具濃郁芳香，有短梗。果實(shí)倒卵形或長(zhǎng)橢圓形，長(zhǎng)3～7厘米，徑1～1.5厘米，黃色，縱棱較高，果皮厚。將植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)通過(guò)一系列的參數(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)，方便對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理。圖1為采用相關(guān)設(shè)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理所打造的三維虛擬植物模型。

（二）園林植物群落設(shè)計(jì)中虛擬地形場(chǎng)景的構(gòu)建

地形是虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，要想將虛擬植物群落展示好，就必須使場(chǎng)景具有極高的真實(shí)度。園林植物群落中的地形初始模型是一個(gè)可編輯的平面。在對(duì)地形結(jié)構(gòu)進(jìn)行編輯修改時(shí)難度不是很大，因?yàn)槌藞@區(qū)內(nèi)的水域部分，其他地方的地形相對(duì)平整，變化不多。首先，結(jié)合植物群落的真實(shí)地形創(chuàng)建虛擬地形輪廓。地形的創(chuàng)建編輯是虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建的開(kāi)端。通過(guò)Unity軟件創(chuàng)建地形輪廓，并在一個(gè)完整場(chǎng)景中利用多個(gè)自然地形信息進(jìn)行組合。其次，利用高度圖表現(xiàn)地形起伏。利用高度圖可以打造場(chǎng)景地形的高低起伏，因此高度圖在創(chuàng)建地形的過(guò)程中異常重要。高低起伏的地形需要借助于高度圖中灰度值的變化，假如灰度值的差別很小，地形就會(huì)相對(duì)平坦。因此，高度圖中灰度值的大小與地形的起伏呈正相關(guān)，改變灰度值能創(chuàng)建出高低起伏的地形場(chǎng)景。最后，用裝飾貼圖表現(xiàn)地形的質(zhì)感。高度圖僅僅與地形起伏相關(guān)，無(wú)法展現(xiàn)場(chǎng)地的顏色、紋理、質(zhì)感等屬性。要想展現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)感就需要設(shè)置材質(zhì)貼圖。例如：通過(guò)材質(zhì)貼圖表現(xiàn)草地、砂石、泥土等地表肌理，展現(xiàn)地表材質(zhì)、顏色搭配及紋理效果。

（三）園林植物群落設(shè)計(jì)中建筑模型的構(gòu)建

虛擬場(chǎng)景中，建筑模型是場(chǎng)景展現(xiàn)的另一個(gè)重要部分，要想將虛擬植物群落展示好，就必須要有真實(shí)度極高的建筑模型來(lái)襯托。場(chǎng)景中的建筑模型比較復(fù)雜，需要先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照，而后根據(jù)照片和建筑相關(guān)書(shū)籍資料來(lái)創(chuàng)建模型，并且所有模型創(chuàng)建完畢后，需要對(duì)模型細(xì)部進(jìn)行細(xì)化，以此來(lái)增加建筑模型的真實(shí)度。同時(shí)，建筑模型材質(zhì)貼圖的制作需要查閱大量與古建筑相關(guān)的書(shū)籍資料，這樣才能制作出具有真實(shí)感的貼圖。在渲染時(shí)，為了使建筑的細(xì)節(jié)表現(xiàn)更加逼真、畫(huà)面更加清晰，需要使用環(huán)境阻光功能。材質(zhì)貼圖需要反復(fù)在VRay渲染器中進(jìn)行渲染測(cè)試，然后調(diào)整、修改，以此來(lái)達(dá)到更逼真的效果。除此之外，古建筑貼圖的分辨率一定要合適，一般要將貼圖大小控制在2048×2048像素以內(nèi)，以此來(lái)避免材質(zhì)貼圖文件過(guò)大影響系統(tǒng)運(yùn)行速度。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種新型的人機(jī)交互手段，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入園林植物群落設(shè)計(jì)，能為用戶提供基于現(xiàn)實(shí)的仿真虛擬場(chǎng)景的新體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)植物群落設(shè)計(jì)過(guò)程中的互動(dòng)和交流、公眾參與和動(dòng)態(tài)體驗(yàn)、植物群落設(shè)計(jì)的資源節(jié)約。通過(guò)系列植物群落模型的創(chuàng)建，力求通過(guò)后續(xù)的研究構(gòu)建常州地區(qū)城市園林植物的素材庫(kù)，為后續(xù)的植物景觀設(shè)計(jì)的虛擬展示提供資料。

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作者單位：

江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院