虛擬現實技術在濱海景觀中的應用

陸莎

（海南熱帶海洋學院 海南省三亞市 572000）

1 引言

1.1 項目的研究意義

濱海景觀設計響應時代的號召，試圖告別傳統的設計方式。即將數字媒體技術前沿技術與虛擬現實技術相結合。虛擬現實技術的特點在于其沉浸感強交互體驗佳，而這些體驗都可以被利用起來，從而幫助設計師更好地完成設計。使濱海景觀設計集趣味性、易操作性和生動性于一體，將其試用于海南三亞的濱海景觀設計，這些無疑都發揮了較好地輔助作用。但目前仍沒有一個合適的軟件可以適用于濱海景觀設計。

本項目利用虛擬現實技術創造一個集成化的、有著友好操作界面的景觀設計編輯系統。通過計算機的計算，給人視覺、聽覺、嗅覺等可視化的、感官真

實的體驗，可以在濱海景觀項目施工前根據甲方的需求修改，景觀設計師可以

借助虛擬現實技術進行濱海景觀設計，對于景觀設計行業的發展十分有益，為三亞的旅游宣傳造勢搭建軟件平臺，也為海南自由貿易區（港）的建設扛起創新發展的擔當，同時推進三亞經濟轉型升級，加快建設成為世界級濱海旅游城市。

1.2 國內外研究現狀分析

目前，國內外的學者們都很重視景觀設計中虛擬現實技術的應用。尤其是在濱海景觀設計中，國內學者的研究主要集中在景觀模型搭建、植被模型搭建、可視化表達等[1]。在進行景觀設計時，特別是在濱海景觀體驗過程中，濱海景觀將其獨特魅力吸引人的探索，最后通過運用人類的感知來傳達情感訴求。VR 技術作為一種利用人類感知和概念的計算機技術，具有逼真的、三維的表現能力和較佳的互動性，從而很好地完成現實模擬。

通過VR 技術創造一個虛擬的世界，不僅有效拓展了人類的感知能力，實際上還增加了人們的生存空間，亦改變了人們的生活方式。虛擬現實技術實際上還不受時間和空間的束縛，提供了一種強烈的、逼真的體驗手段。

自從20 世紀80年代美國的專家提出虛擬現實這一概念以后，就開始被人們廣泛關注，國際上陸續有許多專家學者開始著手研究并關注虛擬現實技術的優勢以及其應用。到了上世紀90年代末期，計算機技術和軟件系統開發技術得到了快速發展，恰好是這一時代背景促進了虛擬現實技術的成長[2]。計算機技術出現并普及以后，改變了原有的設計方法，將濱海景觀設計從紙質化的方式轉變成運用計算機軟件工具進行輔助設計的方式，這一歷史性變革為虛擬現實技術的應用和發展帶來了新機遇，利用該技術使濱海景觀設計變得便捷而真實。自從VR 技術應用到濱海景觀設計中之后，不僅大大提高了設計效率也保證了項目設計的質量。

2 實施方案及實施計劃

圖3：虛擬現實設計系統結構圖

鑒于虛擬現實技術的推廣，用最前沿的信息科學技術去解決濱海景觀設計中遇到的實際問題，更好地突破傳統方法，貫徹“對接、發展海洋文化創意產業”的教育方針，為培養更多應用型高素質人才做出自己的貢獻。

2.1 虛擬現實技術特征及軟件系統

圖1：Unity 3D 植物模型

圖2：Unity 3D 中植物的設定

虛擬現實技術包括沉浸性、交互體驗性和想象力三大特征。首先，沉浸式可以理解為讓人產生一種身臨其境之感。虛擬現實技術的迅猛發展使觀者沉浸在計算機仿真模擬的虛擬世界中，不辨真假，這樣可以使人們變被動觀察為主動參與[3]。其次，虛擬現實技術強調人機交互的自然性。此外，虛擬現實技術具有十分開放的構想性。使用者可以想象一些客觀不存在的超越自然的環境，能夠使學習者增加興趣，提高學習效率 。

實現虛擬現實必須硬件和軟件相互配合，軟件系統是實現VR技術的關鍵。諸如以下幾款軟件：VR—Platform 這款軟件在計算機硬件配置不是特別高的情況下也可運行，運行效果流暢無明顯卡頓[4]。能夠滿足基本的3D 浸入和360 度視角觀察。EON Studio 這款軟件的優點在于處理復雜3D 模型時較便捷，同時也可在導入模型時更改設定的參數[4]。Wire Fusion 在網頁中應用較廣，不需要設計師擁有程序基礎，而是采用簡潔的界面前端操作，可以輕松地實現3D 網頁的動態效果。Unity 3D 能夠讓設計師輕松建立虛擬建筑和虛擬城市，還可以制作實時三維動畫等，專業性和綜合性較強。

2.2 虛擬現實技術在“園林植物景觀設計”中的應用

VR 技術在“濱海景觀設計”中的應用是計算機科學技術發展產生的一種新形式。與傳統的二維紙質設計手法不同，VR 技術具有明顯的優勢。以下將VR技術應用的實際情況，按照前期項目分析、中期方案設計、后期施工圖設計等幾個不同階段進行闡述。

2.2.1 前期項目分析

在濱海景觀設計過程中，因為各種原因設計師常常無法親自前往項目現場。這時VR 技術的優勢就顯現出來了，他們可以利用VR 技術替代親臨現場來進行場地分析和環境測評等，利用網絡平臺進入虛擬的場地環境，對場地周邊進行宏觀把控[5]。

2.2.2 中期方案設計

進入中期方案設計階段，設計師需要詳細的定位并準確表達項目中的一些景觀節點，如植物配置平面圖、立面圖和局部效果表現圖等。通過使用虛擬現實技術設計師可以直觀地進入虛擬的空間環境，甚至可以直接調整各種植物景觀的位置、大小、形態和數量，綜合比對不同種類的植物景觀效果和空間組合形式，彌補傳統設計中設計師無法綜合感知植物空間和環境的遺憾，將天馬行空般的設計付諸實踐。

2.2.3 后期施工圖設計

在此階段，虛擬現實技術可以用于濱海項目的植物生長和空間組合，高度仿真,模擬植物的栽種位置、形態大小和類型，完成植物在實際濱海景觀中的平面圖、高程圖和剖立面豎向圖、植物和各種景觀元素相融合的立面圖……可以直觀地顯示濱海景觀的景觀特征和空間綜合形式。

2.3 虛擬現實技術在“濱海景觀設計”中應用的難點

濱海景觀中還需考慮海水的季相變化，同一地點的景觀會產生不同的效果。為此，在濱海景觀項目中時如何編寫基于VR 技術的程序來應對這類時效性問題成為一個“痛點”。目前，動畫技術嫻熟，但每一幀動畫效果是相對固定的，設計編輯時會減少VR 技術的實時性和交互體驗性。同樣，動畫無法提供體驗者與水系景觀之間的物理交互，因此“身臨其境”的體驗感大打折扣[6]。

各種植物的三維模型是由許多面數組成的。要達到理想的虛擬效果，需要計算機具有強大的計算能力。一棵枝葉茂盛的景觀植物模型可能產生上千萬、上億的面，對于計算機硬件的壓力是十分巨大的 ，通過使用Untiy 3D 這款軟件工具來繪制植物模型具有明顯優勢（圖1、圖2）。

在VR 技術應用中要求使用者既具備較高的專業素養又要兼備較強的計算機操作能力[7]。然而，目前兼具兩類教育背景的人員真是鳳毛菱角，這嚴重制約了虛擬現實技術在濱海景觀設計中的使用與推廣。

3 特色與創新之處

在濱海景觀設計中，三維軟件繪圖早已應用在其中，但在實踐中只能利用三維繪圖軟件來完成濱海景觀的設計與表現。3D 繪圖軟件只能給人靜態的視覺體驗，無法完成動態的交互體驗。虛擬現實有效地改變了這一現象，利用Unity 3D 虛擬現實技術創造一個集成化的、操作界面友好的景觀設計編輯系統。借助儀器數字化的人機接口，不僅實現三維畫面，還有感官體驗。將用戶從以往的觀測者轉變為參與者，通過與儀器的聯系，產生身臨其境的感覺。

為了提高濱海景觀運用虛擬現實技術的可能，三維軟件工具配準性較強，降低濱海景觀設計的門檻及誤差，采用三維激光掃描和虛擬現實呈現技術對濱海景觀進行設計，提出一套基于Unity 3D的圖像幀重組3 D 技術和滿足設計師身臨其境體驗的設計方法（圖3）。利用三維實景復制技術,在濱海景觀中重建三維動態結構，將Multi-wavelet 細分技術用于虛擬圖像重建和濾波處理技術。

介個適應濱海景觀特征的分解方法進行濱海景觀圖像的點掃描和動態識別，采用紋理映射方法對景觀設計對象逐層遍歷，采用三維激光掃描技術進行濱海景觀設計中的虛擬現實實景仿真，實現濱海景觀運用VR 技術進行設計，設計效果表明，采用該方法進行濱海景觀的三維虛擬現實設計的效果較好，設計的景觀逼真度較高，景觀設計的自動展示能力較好，受眾互動體驗較好。

其次，采用多元化的推廣平臺，如熱門APP、微信公眾號等非傳統媒體的加入。最后，將產學研一體化，推進數字創意創業的發展與研究，大力發展數字文化等新興文化消費，促進傳統文化消費升級研究，以全球為視角，當好海南自由貿易區（港）建設的排頭兵，也是本項目的出新之處。

4 結論

虛擬現實技術應用于眾多領域，對其應用于濱海景觀項目所面臨的的問題是不同的利益訴求。但基本的運算方法是共通的、統一的。將VR 技術應用于濱海景觀項目設計的方法，即不僅可以運用Unity 3D 軟件工具實現三維仿真效果，還可以允許用戶進一步定制更多的特效效果。允許用戶基于它的特定語言，使用該系統編輯設計并執行。該技術整體運算復雜度相對較低，門檻較低。