基于虛擬現實技術的園林景觀規劃效果模擬系統設計

李喜群

摘 ?要： 為保證園林景觀設計的合理性，對其進行規劃效果模擬具有重要的現實意義。針對傳統中兩種園林景觀規劃效果模擬系統存在的問題，在虛擬現實技術的基礎上設計一種新的園林景觀規劃效果模擬系統。該系統整體框架由用戶層、應用層以及顯示層三層結構組成;根據系統框架結構選用采集設備、主控設備、輸出及顯示設備等硬件;根據系統框架結構設計系統軟件運行主程序。經驗證，利用基于虛擬現實技術的系統進行園林景觀規劃效果模擬，真實感達到95%以上，要比傳統系統的模擬效果好。由此可見，基于虛擬現實技術的系統性能更好。

關鍵詞： 虛擬現實技術; 園林景觀; 規劃效果模擬; 系統設計; Unity3D; 性能測試

中圖分類號： TN911?34; TP561 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）20?0149?03

Design of landscape planning effect simulation system based on virtual reality technology

LI Xiqun

（Hunan University of Humanities， Science and Technology， Loudi 417000， China）

Abstract： In order to ensure the rationality of garden landscape design， it is of great practical significance to simulate the effect of landscape planning. A new simulation system of garden landscape planning effect is designed based on virtual reality technology to solve the problems existing in two landscape planning effect simulation systems proposed in tradition system. The whole system framework is composed of three layers： user layer， application layer and display layer. Acquisition equipment， main control equipment， output device and display device are selected according to the system framework structure. The system software running main program is designed also according to the system framework structure. The verification results prove that the landscape planning simulation effect （realistic sense） of the system based on virtual reality technology is more than 95%， which is better than that of tradition system. Thus， the system performance based on virtual reality technology is better.

Keywords： virtual reality technology; garden landscape; planning effect simulation; system design; Unity3D; performance testing

隨著國民經濟的發展，現代化的大都市逐漸形成。與此同時，人們的生活節奏加快，精神世界受到影響，優質的自然環境建設可以緩解城市人民的精神壓力。園林景觀是現代化城市的重要組成部分[1]，對園林景觀規劃進行效果模擬具有重要的現實意義。本次針對文獻[2]和文獻[3]中園林景觀規劃模擬效果差的問題，基于虛擬現實技術設計一種新的園林景觀規劃效果模擬系統。該系統分為四個部分：第一，設計系統整體組成框架;第二，選擇系統組成硬件;第三，模擬軟件運行程序;第四，系統仿真實驗，驗證系統設計的有效性。結果表明，本系統真實感達到95%以上，系統性能更好，更能有效輔助園林景觀建設工作 [4]。

1 ?基于VR的園林景觀規劃效果模擬系統

利用計算機來產生一個三度空間的虛擬世界[5]。圖1為虛擬現實技術原理示意圖。從圖1中可以歸納出虛擬現實技術的交互性、沉浸感以及想象力三個基本特性，見圖2。

1） 交互性：用戶輸入相關指令操作計算機構建虛擬場景，計算機完成場景模擬并將結果反饋給用戶。

2） 沉浸感：又稱為參與感，指用戶在構建的虛擬場景中感官感覺到真實程度[6]。

3） 想象力：是指當用戶置身虛擬場景中，通過判斷、想象等思維過程產生對虛擬場景的想象力。

1.1 ?系統整體框架

高質量的虛擬現實系統需要各項技術的參與。本次研究的基于VR技術的園林景觀規劃效果模擬系統主要由三層結構組成，如圖3所示[7]。

1） 用戶層：為用戶提供輸入指令窗口，并將指令傳遞給計算機，指揮計算機模擬園林景觀。

2） 應用層：按照指令生成三維園林景觀圖像[8]。

3） 顯示層：將生成的園林景觀圖像反饋給用戶。

1.2 ?系統硬件設計

根據上述系統整體框架組成，系統硬件主要包括采集設備、主控設備、輸出及顯示設備等。

1） 輸入設備

園林景觀規劃的首要環節是三維建模，其需要大量數據，因此需要數據信息采集設備。

激光雷達是以發射激光束到地面，然后根據反射回來的激光束，利用脈沖測距法得到地形地貌等情況[9]。脈沖測距法原理公式如下：

傳感器能夠感受到被測量目標的相關信息，并將其轉換為可用信號，如圖4所示。

2） 主控設備

主控設備是核心硬件，在相關數據采集之后，將數據傳輸到主控芯片當中，并利用完成園林景觀三維建模。選用ATMEL公司的AVR 單片機作為系統控制器[10]。

3） 輸出及顯示設備

輸出設備是進行園林景觀規劃效果感受的設備，主要包括立體眼鏡、立體聲耳機等。

1.3 ?系統軟件設計

根據系統框架，設計園林景觀規劃效果模擬系統軟件運行程序，如圖5所示。

主程序運行流程：首先采集數據，然后利用無線傳輸設備傳輸到計算機。在計算機中運行程序代碼，處理后，運用處理好數據和圖像生成三維立體園林景觀。最后將生成效果模擬圖像傳輸到輸出及顯示設備當中，以便用戶進行效果體驗[11]。

2 ?系統性能測試

園林景觀規劃模擬最理想的效果是使得用戶無法分辨出是否為虛擬場景。然而，目前無法達到100%相同。本次系統仿真測試就圍繞該目標進行。

首先構建實驗平臺見圖6，其主要參數設置如表1所示。

從表2中可知，本系統模擬真實性達到95.7%，而文獻[2]和文獻[3]分別為90.1%和87.3%。可知，本系統的模擬水平要高于文獻[2]和文獻[3]系統。

3 ?結 ?語

園林景觀在城市建設中有重要作用，對其進行園林景觀規劃效果模擬十分必要。為此，設計一個基于虛擬現實技術的園林景觀規劃效果模擬系統，來提高系統模擬的真實性，為園林設計和建設提供重要的參考，同時節省了大量的人力、物力。

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