基于數字技術的城市景觀可視化交互空間設計研究

南京理工大學 譚振 陳文露

20 世紀末隨著信息革命的發展，以計算機為核心的技術發展對社會各領域產生了一定影響，數字技術在設計中的應用不斷拓展。隨著 GIS、參數化設計、運算生成設計、BIM 等數字技術的發展[1]，信息數字技術在景觀領域的應用越來越廣泛，主要體現在人機交流、數字模型創建、多媒體表現等方面。用數字化的手段處理景觀設計中的問題，不但改變了景觀設計師的設計思維方式，也改變了人們在空間中的生活和體驗方式[2]。數字技術以圖形圖像信息的形式，直觀、形象地表達事物，并能進行交互式處理，以便于人們進行理解和感知，這是一個嶄新的技術領域[3]。基于數字技術的設計方法為建筑、景觀、室內設計提供了新的思路，它們并非傳統設計方法的替代品，而是其有益的延伸[4]。

1 城市景觀的數字技術概述

20 世紀 90 年代，微型計算機的出現，產生了一個全新的計算機圖形學領域，此項領域的出現及發展，突破了數字化技術在設計中難以運用的問題。計算機的快速發展，使得新的計算機輔助設計系統得到更為廣泛的應用。在此背景下，景觀設計軟件也更加全面化、系統化、效率化，其方便快捷及高效的屬性讓數字技術開始占據景觀設計的主要市場，成為景觀設計公司主要的設計手段之一。

數字技術作為當代城市景觀設計中的重要工具，其意義主要是以表現形式的工具而存在，這對于景觀設計而言是一種新興的技術手段，在景觀設計中的影響又不只限于形式的表現功能上[5]。近年來，隨著新材料、新技術的不斷革新，以及互聯網的普及，數字技術已經融入人們的生活，人們也越來越關注數字技術，同時隨著經濟的發展，人們的生活水平也在不斷提高，更加關注生活環境質量，這對數字技術在景觀上的應用與呈現形式也有了新的需求（見圖1）。

圖1 數字技術的景觀應用歸納

2 基于數字技術的城市景觀可視化交互空間設計案例

在以往的景觀設計與施工之中，常用景觀材料的設計意圖能夠通過施工圖紙和規范有效地傳達，但對于非標準的景觀材料而言，例如形狀不規則的景觀石材（見圖 2），就很難將其藝術性、可施工性和順序性準確地概括出來。

圖2 景觀石3D 掃描分類

在此項目中，景觀設計師借助3D 掃描、建模和打印技術開發出了一種巧妙的設計傳達方法，能夠更加有效地彌補設計師的理念、客戶的預期，以及施工方的建造方法和步驟之間產生的差異，創造出一種全新的溝通形式。同時，通過對數字技術的精準運用，將可預測性的模型灌輸到設計和施工過程當中。首先，團隊開發了一款用于設計小品的數字3D 模型，再將景觀造型石以攝影的方式進行數字掃描（見圖 3），掃描以后的景觀石會同步到設計軟件之中，每塊景觀造型石會被拍攝數張照片并加以編號，生成一系列精確的、擁有各自獨特形狀、裂痕和顆粒狀紋理的3D 模型。再把模型導入到專門的景觀設計軟件之中，景觀設計師通過景觀造型石與景觀周邊環境進行搭配設計，使得景觀造型石達到景觀空間設計中最合理的布景位置，最終確定設計方案。這一新技術手段的使用不僅降低了未知的施工成本風險，減少了工期延誤，還使得最終的設計成果能夠最精準、最大化地與預期的設想相一致。

圖3 攝影測量捕獲

3 基于數字技術的城市景觀可視化交互空間設計原則

3.1 體驗性原則

技術的發展都是為人服務的，體驗性最重要的原則就是景觀與人要產生多方面的互動。讓用戶不僅能夠通過視覺體驗積極參與，還能夠通過觸覺及嗅覺等感官意識積極參與，與景觀產生行為上的互動[6]。在網絡視頻發達的當下，許多用戶都可以通過手機與電腦平臺去感覺可視化交互空間，這一媒介僅僅滿足了用戶五感體驗中的視覺體驗。在城市景觀可視化交互空間的設計中，需要加強用戶對空間的切身感受與真實體驗，讓其與空間產生交融，感受交互空間帶來的獨特體驗。

3.2 可持續性原則

在以往的景觀可視化交互空間設計中，出現了許多快閃形式的交互空間，此類空間往往在城市場所中出現一段時間就需要拆除與報廢，不僅會浪費材料資源，還會造成了環境污染。當下景觀可視化交互空間的設計需要考慮設計空間的可持續性，強調生態文明的理念，保護環境，減少污染，避免在城市景觀交互空間營造過程中造成材料的過度浪費與損耗，同時也要考慮后期空間的拆卸重組，提高空間回收循環的利用率。

3.3 在地性原則

不同地區有著其不同的文化屬性，中國古人在城市空間營造過程中講究因地制宜、因勢造物。在城市景觀可視化交互空間的設計中，要考慮不同城市的文化背景，在空間營造的過程中要加入當地的文化元素。例如，當地的城市歷史發展脈絡、城市歷史名人、旅游景點、城市獨特IP 等，體現當地的人文與環境特色，有利于激發城市本地居民對城市文化的歸屬感與對景觀空間的設計體驗感，也有利于讓外來用戶感受當地城市的文化魅力，增加對城市文化的認同感。

4 基于數字技術的城市景觀可視化交互空間設計思路

公共藝術伴隨著社會的發展與科技的進步，從私域性藝術走向了屬于大眾的公共藝術[7]。景觀空間作為一種藝術與技術的表現載體，它表達了當下人們的精神訴求與時代的審美標準。通過對基于數字技術的城市景觀可視化交互空間設計原則的梳理，筆者提出了以下設計思路。

4.1 增強景觀空間與城市人文的聯系

在傳統城市設計中，景觀創作與城市的管理模式關聯性較弱，此類景觀僅是作為城市環境的一部分存在，難以實現景觀與城市的交流互通[8]。景觀空間作為人與城市交流的重要媒介，對于用戶了解當地城市文化不可或缺。城市景觀承載著表現城市形象的歷史使命，更是反映城市發展的歷史文化符號，在進行城市景觀的設計過程中，需要運用數字技術將可視化景觀交互空間所在城市的人文元素連接起來，并在交互空間中表達城市文化，用可視化的手法去體現城市文化印記，再通過恰當的設計方式與設計語言進行表現，優化城市景觀空間中各要素的文化聯系，滿足城市景觀發展的多樣化需求，表達當地城市景觀獨特而精彩的地域性、人文性與時代性。

4.2 提高城市景觀的生態經濟性

在進行城市景觀可視化交互空間設計時，需要把生態、和諧、綠色的理念作為設計主題，并在設計過程中始終貫徹。在設計材料的選擇上應盡量使用生態環保、能耗少、污染小、易維護的材料，促進空間的節能減排效益，突出空間構建的綠色屬性。在空間設計上，臨時性的構建應采用經濟型的可拆卸、易回收、模塊化的裝配材料，方便后期維護與重組使用。長期性的空間需要采用堅固耐勞、耐腐蝕的建筑材料，減少空間的保養與維護成本。

4.3 增強景觀空間的五感體驗

數字技術的發展突破了傳統靜態景觀設計與建造的限制，讓景觀空間賦予用戶多重體驗的可能。在城市景觀設計過程中需要注重五感體驗的設計，通過數字技術去實現人景體驗的互動。增強使用者的視覺、觸覺、聽覺，甚至是味覺與嗅覺的體驗感，使景觀空間能夠與人產生身體上和精神上的共鳴。同時，讓景觀空間獲得用戶的認可與使用，營造出具有特色的景觀環境與生活空間，為用戶提供優質的休閑、娛樂、交流服務，增加用戶的使用樂趣。

4.4 增強人景交互的契合性

交互性是可視化景觀交互空間的重要特征之一，是景觀空間作為人與城市空間交流的重要媒介。在設計階段，需要保證景觀空間的服務業態符合用戶的使用需求，在前期設計中可通過大數據的收集、獲取、問卷、分析等功能對用戶的需求進行分析歸類，了解更真實的用戶體驗信息，實現城市景觀空間設計與用戶需求的高度契合。在用戶進入可視化景觀交互空間的過程中，需要讓用戶實時獲取空間信息，增強用戶與空間的互動參與性，實現人景的實時互動交流。在用戶使用之后，通過用戶建議訪談，改善可視化交互空間的設計內容，提高景觀空間的服務品質。

4.5 增強空間場景的多元性

景觀可視化交互空間的設計是將科學、藝術和技術融合重構的過程。可視化空間營造常用的四種技術為：聲、光、電和機械傳動技術，傳感器與智能互動技術，全息投影數字場景技術和聲、光、電互動景觀技術，創造動態的、數字化的與時代相符合的現代景觀交互空間。可視化景觀交互空間的本質屬性決定了空間展示形態的形成脫離不了物理設施與信息設施的相互作用。因此，此類空間對內部環境及展示技術有更高的需求，需要增強可視化交互空間的靈活性。

5 基于數字技術的城市景觀可視化交互空間設計實踐

5.1 設計實踐模型的結構組成

為印證可視化交互技術在景觀中運用得是否合理，筆者進行了可視化交互空間模型（可視化交互集裝箱）的構建。其整體結構由四個部分組成（見圖4），底部是容納裝置中的電源設備、操控設備、后臺處理等硬件的基座，中層是輕鋼龍骨架構，起到集裝箱的承重作用。將投屏器安裝于龍骨架之上，用于數字信號的傳輸，兩側與頂部是三維成像板，負責信號的可視化虛擬成像，整體空間裝置呈現為長方體結構，酷似集裝箱。

圖4 可視化交互集裝箱結構圖

5.2 設計實踐模型的運行技術原理

可視化交互集裝箱是基于可視化的圖像處理技術，在集裝箱頂部安裝3D 全息投屏器，投屏器可以通過傳輸不同數字信號反映到成像板之上。這些數字信號既可以是系統自帶輸入的數字信號，亦可是體驗者使用手機WIFI 信號連接，通過屏幕成像反向控制（見圖5），體驗者將自己手機中的場景投屏到成像板。這些數字信號通過投屏映射到反射板，生成三維影像，為人們營造多場景的沉浸式交互空間體驗。

圖5 屏幕成像反向控制原理

5.3 設計實踐模型的空間效果展示

用戶進入可視化交互集裝箱空間中，系統會隨機生成不同場景通過投屏器傳輸，成像板會根據不同場域的情況展示各類虛擬場景，如科幻、自然、歷史等場景。同時，通過成像板大面積的可視化成像，用戶可以身臨其境地進入原始森林的虛擬空間之中（見圖6），通過動植物之間的場景變換，帶領用戶走進現實中并不存在的虛擬空間里面，體驗者觸碰不同位置的成像板，觸發相對應的場景裝置，使得場景影像會發生不同的交互反應，再加以音樂、燈光、氣味等元素的環境氛圍渲染，令用戶全身心地體驗并沉浸在空間之中，為用戶帶來視覺、聽覺、觸覺等豐富而獨特的感官享受。

圖6 可視化交互空間展示

可視化交互集裝箱裝置采用的是輕量的材質組裝而成，裝置體量較輕，每個構件之間都是通過固定的塊面裝配搭建，方便裝置所有者自由拆卸移動，并轉移到不同的城市區域（見圖7），在各大城市的公園、商業街、城市社區等人群活動豐富的區域安裝使用，為城市居民提供更好的交互服務，為其帶來可視化技術營造的交互體驗空間，增加城市空間設計文化的魅力。

圖7 可視化交互集裝箱空間的景觀應用

6 結語

文章對數字技術背景下的可視化交互景觀進行研究，呈現了藝術與技術的關系探討，技術是單向的開發，而城市景觀的空間設計是多維度的思考，有其特有的語言，也有其獨特的思維、深層的哲學思考，雖然技術是冰冷的且不具有屬性，但將城市景觀與可視化的交互數字技術相結合，能實現更多元的景觀空間營造，使得景觀作品更具藝術性與科技性，實現景觀空間的環境升華，從而體現景觀學科對社會的關注與景觀設計師對公共設計的人文關懷。