人工智能圖像生成在環(huán)境設(shè)計中的應(yīng)用

摘 要：人工智能圖像生成在環(huán)境設(shè)計中的應(yīng)用研究的目的是提高環(huán)境設(shè)計效率和質(zhì)量。本文通過回顧人工智能圖像生成技術(shù)和設(shè)計實踐探討人工智能圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，人工智能圖像生成技術(shù)可以有效提高環(huán)境設(shè)計的效率，但依舊存在無法滿足設(shè)計細節(jié)表現(xiàn)等不足。人工智能圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計中雖然具有廣泛的應(yīng)用前景，但也體現(xiàn)了在內(nèi)容表現(xiàn)力、原創(chuàng)性等方面的局限性。

關(guān)鍵詞：人工智能；圖像生成；環(huán)境設(shè)計

近年來，隨著人工智能技術(shù)和計算機視覺技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能圖像生成技術(shù)在圖像合成、圖像修復(fù)、圖像翻譯等領(lǐng)域取得了顯著進展。在環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域，人工智能圖像生成技術(shù)的應(yīng)用尤其引人注目。通過對大量的圖像數(shù)據(jù)進行深度學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，AI不僅能夠生成各種風(fēng)格和特征的圖像，還能夠根據(jù)設(shè)計師的需求和指導(dǎo)，創(chuàng)造出符合特定設(shè)計理念的視覺作品。這種技術(shù)的應(yīng)用極大地豐富了設(shè)計師的創(chuàng)作工具箱，為他們提供了前所未有的創(chuàng)作自由和效率，使得設(shè)計的過程更加靈活、新穎和高效。數(shù)字智能化技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)計的價值凸顯，設(shè)計成為新技術(shù)的集合點和對新技術(shù)最敏感的領(lǐng)域，高新科技給設(shè)計創(chuàng)意創(chuàng)新提供了無限的空間和可能性[1]。然而，在這個領(lǐng)域中，人工智能圖像生成技術(shù)的應(yīng)用還存在許多值得探索和研究的問題和潛力。本研究將結(jié)合環(huán)境設(shè)計和人工智能圖像生成技術(shù)，探討人工智能圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計中的應(yīng)用和發(fā)展前景，旨在為環(huán)境設(shè)計的創(chuàng)新和發(fā)展提供新的思路和方法，為環(huán)境設(shè)計帶來更多創(chuàng)新和突破[2]。

一、環(huán)境設(shè)計表現(xiàn)手段概述

環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域的表現(xiàn)手段發(fā)展歷程，從最初的手繪技術(shù)、到輔助工具的廣泛應(yīng)用，再到最近人工智能（AI）技術(shù)的融入，反映了技術(shù)革新如何推動設(shè)計方法的演變和創(chuàng)新。

在計算機技術(shù)尚未普及的早期，環(huán)境設(shè)計主要依靠手繪完成。設(shè)計師通過鉛筆、墨水、彩色鉛筆、馬克筆等傳統(tǒng)繪圖工具，在紙張上進行創(chuàng)作。這一時期的設(shè)計工作高度依賴于設(shè)計師的繪畫技能和空間想象能力，手繪圖紙和效果圖是設(shè)計表達和溝通的主要手段。盡管手繪具有獨特的藝術(shù)魅力和個性表達，但在修改、復(fù)制和傳播等方面存在局限。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，各種計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件和圖形處理工具成為環(huán)境設(shè)計師的重要助手。軟件如AutoCAD、SketchUp、Photoshop等的使用，大大提高了設(shè)計的效率和精確度。設(shè)計師可以在電腦上快速繪制設(shè)計圖紙，輕松修改設(shè)計方案，并通過三維建模和渲染技術(shù)，生成逼真的效果圖和動畫，這些都極大地豐富了設(shè)計的表現(xiàn)手段和溝通效果[3]。此外，數(shù)字化工具還促進了設(shè)計協(xié)作和資料共享，使得設(shè)計過程更加高效和協(xié)同。最近幾年，人工智能（AI）技術(shù)的發(fā)展為環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域帶來了新的變革。AI圖像生成技術(shù)如Midjourney、Stable Diffusion等，能夠根據(jù)文本描述自動生成高質(zhì)量的設(shè)計圖像和效果圖，為設(shè)計師提供豐富的創(chuàng)意啟發(fā)和快速的視覺原型。AI技術(shù)還被應(yīng)用于設(shè)計方案的優(yōu)化、用戶體驗的模擬分析、項目數(shù)據(jù)的智能管理等方面，提高了設(shè)計的科學(xué)性和創(chuàng)新性[4]。AI的融入不僅提升了設(shè)計的效率和質(zhì)量，也開啟了更加個性化、智能化的設(shè)計新紀元。

環(huán)境設(shè)計在表現(xiàn)手段上的發(fā)展，從手繪到輔助工具的使用，再到人工智能技術(shù)的融入，反映了技術(shù)進步如何不斷推動設(shè)計領(lǐng)域的變革和發(fā)展。每一次技術(shù)的革新都為設(shè)計師提供了更多的可能性，使設(shè)計過程更加高效、創(chuàng)意更加豐富多樣。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)進步，環(huán)境設(shè)計將繼續(xù)朝著更加智能化、個性化的方向發(fā)展，為人們創(chuàng)造更加美好的生活環(huán)境。

二、主流軟件概述

（一）Midjourney

Midjourney是一款革命性的人工智能軟件，它利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，特別是變換型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Transformer Neural Networks）和大規(guī)模語言模型，來解析用戶提供的文本描述，并據(jù)此生成高質(zhì)量的視覺圖像。該軟件專注于利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)來探索和創(chuàng)造視覺藝術(shù)。它通過結(jié)合最新的機器學(xué)習(xí)算法和豐富的數(shù)據(jù)集，能夠根據(jù)用戶的指令生成獨特且引人入勝的圖像和視覺作品[5]。Midjourney在生成獨特和藝術(shù)化圖像方面表現(xiàn)出色，特別是在風(fēng)景、抽象藝術(shù)和概念藝術(shù)等領(lǐng)域。它能夠根據(jù)用戶的簡短提示，創(chuàng)造出具有深度和情感的圖像，適合在藝術(shù)創(chuàng)作和設(shè)計探索中使用。Midjourney的核心特點在于其能夠解讀并實現(xiàn)用戶復(fù)雜的創(chuàng)意指令，將抽象概念轉(zhuǎn)化為具體的視覺表達，從而開辟了一條連接人類創(chuàng)造力與人工智能潛能的新途徑。該軟件的開發(fā)背后是對深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深入研究和優(yōu)化，使其不僅能夠模仿人類藝術(shù)家的風(fēng)格，還能創(chuàng)造出前所未有的視覺效果。

（二）Stable Diffusion

Stable Diffusion是一種先進的深度學(xué)習(xí)模型，它在圖像生成領(lǐng)域內(nèi)引起了廣泛關(guān)注，它能夠根據(jù)文本描述生成高質(zhì)量、高分辨率的圖像。該技術(shù)基于變分自編碼器（VAE）和擴散模型的結(jié)合，通過一個精心設(shè)計的訓(xùn)練過程，使模型能夠?qū)W習(xí)到從一個簡單分布（如高斯分布）到復(fù)雜數(shù)據(jù)分布（如真實圖像的分布）的映射。Stable Diffusion的一個關(guān)鍵特點是其“穩(wěn)定性”，這意味著模型能夠在不犧牲圖像質(zhì)量的情況下，有效地控制生成過程，從而產(chǎn)生與輸入文本描述高度一致的圖像，另一特點是作為一個開源項目，Stable Diffusion鼓勵開發(fā)者和研究人員參與其中，不斷改進開發(fā)模型和擴展其應(yīng)用[6]。此外，Stable Diffusion采用了一系列創(chuàng)新技術(shù)來提高效率和減少所需的計算資源，這使得它不僅適用于高性能計算環(huán)境，也能在一般的消費級硬件上運行。隨著人工智能和計算機視覺領(lǐng)域的不斷發(fā)展，Stable Diffusion已經(jīng)在藝術(shù)創(chuàng)作、游戲開發(fā)、虛擬現(xiàn)實等多個領(lǐng)域展示了其巨大的應(yīng)用潛力，被視為開啟創(chuàng)意和視覺內(nèi)容生成新紀元的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（三）軟件對比

Midjourney側(cè)重于使用深度學(xué)習(xí)模型來解析用戶的文本提示，它通過優(yōu)化的算法和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠產(chǎn)生高分辨率和視覺上引人入勝的圖像。Midjourney的算法和模型細節(jié)不完全公開，但其強大的圖像生成能力受到了廣泛認可。特別是在風(fēng)景、抽象藝術(shù)和概念藝術(shù)等領(lǐng)域。它能夠根據(jù)用戶的簡短提示，創(chuàng)造出具有深度和情感的圖像，適合在藝術(shù)創(chuàng)作和設(shè)計探索中使用。

Stable Diffusion是一個開源的圖像生成模型，它使用了變分自編碼器（VAE）和UNet架構(gòu)的組合，專注于生成高質(zhì)量的圖像。Stable Diffusion的一個顯著特點是其開源性，這意味著開發(fā)者和研究人員可以自由地訪問、修改和改進模型，促進了技術(shù)的快速發(fā)展和創(chuàng)新。由于其開源特性，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整模型參數(shù)，甚至訓(xùn)練自己的模型以滿足特定的圖像生成需求。這使得Stable Diffusion非常適合科研、教育和個性化項目開發(fā)[7]。

相較于Midjourney軟件在既定空間形態(tài)設(shè)計無法操控的缺點，Stable Diffusion軟件的參數(shù)設(shè)置進行了較大范圍的簡化，并在圖像生成速度、細節(jié)和空間形態(tài)的表現(xiàn)力上實現(xiàn)了一定的提升，因此本文最終選擇Stable Diffusion進行設(shè)計實踐。

三、人工智能圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計中的效果

（一）設(shè)計任務(wù)描述

為了深度了解圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計中的效果，通過與傳統(tǒng)設(shè)計方法的比較，評估AI技術(shù)在提高設(shè)計效率、設(shè)計產(chǎn)出方面的貢獻。研究以“南工大校史館”環(huán)境設(shè)計為例，利用主流算法技術(shù)的軟件進行設(shè)計實踐，分析效果表現(xiàn)，總結(jié)AI圖像生成技術(shù)在實踐中遇到的問題，探討解決方案，并對未來在環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用前景進行展望[8]。最終圖像生成使用SU軟件繪制校史館的基礎(chǔ)線框圖（如圖1、圖2），確立設(shè)計的基本框架和空間結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計需求和語言描述，使用AI圖像生成技術(shù)最終生成校史館的環(huán)境設(shè)計圖像，包括內(nèi)部空間、整體風(fēng)格等多個方面。本研究旨在深入探索AI圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為環(huán)境設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展提供新的視角和方法。

（二）設(shè)計效果分析

通過整理和分析人工智能圖像生成技術(shù)訓(xùn)練完成的校史館圖像，可以更加深入地探究環(huán)境設(shè)計圖像生成效果的圖像質(zhì)量和視覺效果等問題，這將有助于推動基于人工智能技術(shù)輔助的圖像生成技術(shù)的不斷深入和完善，從而為人工智能藝術(shù)的發(fā)展提供更多的可能性。

由圖3、圖4可見，sd在整體環(huán)境的設(shè)計表達和氛圍體現(xiàn)上有顯著優(yōu)勢，擁有良好的審美和藝術(shù)特性的表達，創(chuàng)造出相對傳統(tǒng)建模快速且多樣化的設(shè)計，但sd也存在明顯的不足，生成的設(shè)計缺乏特定歷史文物或主題進行定制的靈活性，例如展墻、展示柜等內(nèi)容的缺失，無法體現(xiàn)設(shè)計師所想要的內(nèi)容表達與空間特性的體現(xiàn)，缺乏了校史館空間的真實性和歷史魅力。這一缺陷的根本原因在于缺乏專門針對展覽展示場景的數(shù)據(jù)庫支撐，從而導(dǎo)致生成的圖像無法滿足展覽展示細節(jié)的高品質(zhì)需求。

為了解決這一問題，建議的改進方向包括進行針對性的大規(guī)模模型訓(xùn)練以及獲取或構(gòu)建專門的數(shù)據(jù)庫。通過開發(fā)適合于展覽展示的人工智能圖像生成的大模型，可以顯著提高生成圖像的質(zhì)量及其細節(jié)的表現(xiàn)力，使之更加符合展覽展示的高標準要求。這一改進不僅需要在技術(shù)層面上的創(chuàng)新，例如算法和模型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，也需要在數(shù)據(jù)收集與處理方面進行深入的工作，確保模型訓(xùn)練依賴的數(shù)據(jù)既豐富又具有高質(zhì)量。通過這樣的技術(shù)進步，未來的圖像生成技術(shù)將能夠更加有效地服務(wù)于展覽展示等特定領(lǐng)域，為用戶提供更加精細化和豐富化的視覺體驗。

通過這些技術(shù)上的改進和創(chuàng)新，未來的AI圖像生成技術(shù)有望在展覽展示等特定領(lǐng)域提供更加精細化和豐富化的視覺體驗。

總地來說，從生成的結(jié)果看，雖然設(shè)計具有一定的空間屬性，但在內(nèi)容處理、細節(jié)表現(xiàn)及空間特性的展示上仍然難以滿足專業(yè)設(shè)計的需要。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)進步和專門數(shù)據(jù)集的構(gòu)建，AI圖像生成技術(shù)將能夠更好地服務(wù)于設(shè)計領(lǐng)域，為設(shè)計師提供更加強大的工具，為觀眾創(chuàng)造更加豐富和深刻的視覺與空間體驗。

四、局限性與發(fā)展?jié)摿?/p>

（一）人工智能圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計中的局限性

從人工智能圖像生成的結(jié)果來看，主要依賴于大量現(xiàn)有圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)與模仿。這種依賴性可能導(dǎo)致生成的設(shè)計缺乏原創(chuàng)性和創(chuàng)新性，因為它們在很大程度上是對已有視覺元素和設(shè)計風(fēng)格的再現(xiàn)。盡管人工智能圖像生成技術(shù)能夠展現(xiàn)出快速生成圖像、提供多樣化設(shè)計方案的能力，以及在大多數(shù)情況下能夠?qū)崿F(xiàn)理想的視覺效果，但其在內(nèi)容表現(xiàn)力方面的局限性不容忽視，主要表現(xiàn)在無法充分體現(xiàn)設(shè)計師對細節(jié)的表達需求和空間特性的展示，從而影響了設(shè)計的完整性和深度[9]。其原因可能是人工智能模型在訓(xùn)練過程中可能未能充分考慮到空間特性和地域特色。AI圖像生成技術(shù)的效果在很大程度上依賴于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量和多樣性。如果訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中存在偏差或不夠全面，那么生成的圖像也可能反映出這些限制，導(dǎo)致設(shè)計方案無法覆蓋更廣泛或更具特色的視角。此外，AI目前還無法像人類設(shè)計師那樣深入理解復(fù)雜的設(shè)計理念和文化背景。它的生成過程更多是基于數(shù)據(jù)模式的識別和復(fù)現(xiàn)，而非對設(shè)計理念的深刻理解和創(chuàng)造性解釋。這意味著AI生成的圖像可能在傳達深層設(shè)計意圖和文化含義方面存在局限。

（二）人工智能圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計中的潛力

在當(dāng)代設(shè)計實踐中，人工智能（AI）圖像生成技術(shù)正日益成為一種不可或缺的工具。這項技術(shù)通過提供快速的視覺原型和無限的設(shè)計迭代，不僅極大地加速了設(shè)計過程，而且鼓勵設(shè)計師跳出傳統(tǒng)的設(shè)計思維模式，從而解放設(shè)計師的創(chuàng)造力，使其更多地聚焦于設(shè)計的審美與思維層面。隨著技術(shù)的不斷進步和優(yōu)化，AI圖像生成技術(shù)的易用性和訪問性正在迅速提高，這為設(shè)計師提供了前所未有的可能性和靈活性[10]。人工智能圖像生成技術(shù)的發(fā)展不僅僅是技術(shù)層面的突破，更是推動了設(shè)計思維和創(chuàng)作方法的革新。隨著這項技術(shù)的不斷成熟和普及，其在促進創(chuàng)新、提高效率和拓展創(chuàng)作邊界方面的潛力將會得到更加充分的發(fā)揮。此外，AI圖像生成技術(shù)在提升設(shè)計質(zhì)量和細節(jié)處理方面展現(xiàn)出巨大潛力。通過深度學(xué)習(xí)算法，AI能夠生成高分辨率、高質(zhì)量的圖像，這些圖像在細節(jié)上的準確度和豐富度遠遠超過傳統(tǒng)手繪或計算機輔助設(shè)計。AI還能夠基于大量的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，自動優(yōu)化設(shè)計中的細節(jié)，如材料質(zhì)感、光影效果等，從而提高整體設(shè)計的真實感和吸引力。未來，我們可以期待AI圖像生成技術(shù)在更多領(lǐng)域中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為人類社會的發(fā)展貢獻新的動力[11]。

五、結(jié)語

在當(dāng)代環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域，人工智能（AI）圖像生成技術(shù)的應(yīng)用開啟了技術(shù)創(chuàng)新與創(chuàng)意實踐相結(jié)合的新紀元，預(yù)示著設(shè)計領(lǐng)域未來發(fā)展的新趨勢。人工智能圖像生成技術(shù)在環(huán)境設(shè)計中的作用遠超過簡單的效率提升和流程自動化，它的真正價值在于為環(huán)境的視覺創(chuàng)作和空間塑造開辟了前所未有的可能性。通過人工智能圖像生成技術(shù)輔助的圖像生成，設(shè)計師能夠打破傳統(tǒng)設(shè)計的局限，跨越習(xí)得思維的藩籬，推進向更加個性化、定制化的設(shè)計方向演進[12]。這種高度定制化的設(shè)計能夠快速適應(yīng)市場變化和用戶需求，甚至能夠在一定程度上預(yù)見并引領(lǐng)未來的設(shè)計趨勢。此外，AI圖像生成技術(shù)還能夠根據(jù)大量的數(shù)據(jù)分析，預(yù)測未來的設(shè)計趨勢，為設(shè)計師提供前瞻性的設(shè)計靈感。這種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)計方法，能夠使設(shè)計作品更加貼近用戶需求和市場趨勢，提高設(shè)計的商業(yè)價值和社會影響力。對于設(shè)計師而言，在人工智能技術(shù)高速發(fā)展的今天，設(shè)計師只有不斷提高自身的業(yè)務(wù)能力、審美水平、鑒賞能力以及綜合素質(zhì)，才能在當(dāng)下乃至未來依然領(lǐng)跑于行業(yè)，不可取代[13]。

總而言之，人工智能圖像生成技術(shù)的發(fā)展，將為設(shè)計領(lǐng)域帶來深遠的影響，它不僅提升了設(shè)計的效率和質(zhì)量，更重要的是，它為設(shè)計創(chuàng)新開辟了新的道路，推動設(shè)計領(lǐng)域向更加智能化、個性化和未來化的方向發(fā)展。在未來，我們將看到一個更加多元化、智能化和創(chuàng)新性的設(shè)計領(lǐng)域，AI圖像生成技術(shù)將在這一過程中扮演至關(guān)重要的角色。

參考文獻：

[1]朱和平.數(shù)字和智能化時代的“新設(shè)計”及設(shè)計教育[J].湖南包裝，2023（5）：176-179，197.

[2]司佳，陳思平，袁洲，仇亞駿.基于圖像識別與生成技術(shù)的人工智能技術(shù)應(yīng)用[J].科技資訊，2023（22）：47-50.

[3]解健.人工智能圖像生成技術(shù)與交互技術(shù)結(jié)合的包裝設(shè)計教學(xué)探索研究[J].上海包裝，2023（11）：178-180.

[4]龐靜.基于Z世代虛擬社群用戶評價的AIGC動畫新生產(chǎn)機制——以《犬與少年》為例[J].電腦知識與技術(shù)，2023（27）：1-4，8.

[5]楊雅儒.人工智能圖像生成技術(shù)背景下的高校平面設(shè)計教學(xué)研究[J].鞋類工藝與設(shè)計，2023（2）：63-65.

[6]Huang，Siyu et al.The pen is mightier than the machine-artificial intelligence image generators in urology[J].BJU international，2024（3）：10-12.

[7]程楊，林峰.視覺藝術(shù)創(chuàng)作領(lǐng)域人工智能技術(shù)應(yīng)用探析[J].電腦知識與技術(shù)，2023（32）：21-23.

[8]鄭凱，王菂.人工智能在圖像生成領(lǐng)域的應(yīng)用——以Stable Diffusion和ERNIE-ViLG為例[J].科技視界，2022（35）：50-54.

[9]賀芳.人工智能生成內(nèi)容的發(fā)展趨勢、風(fēng)險與善治[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2023（12）：104-108.

[10]弋語可，高登科.人工智能：藝術(shù)最致命的敵人？[J].藝術(shù)市場，2023（3）：31-33.

[11]陳鶴夫.AI技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計中的融合應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023（15）：172.

[12]許娜.人工智能輔助汽車造型設(shè)計方法綜述[J].包裝工程，2021（18）：35-41.

[13]王伶羽，胡潔.人工智能驅(qū)動的藝術(shù)形態(tài)的認知與創(chuàng)新[J].湖南包裝，2020（6）：7-11.

作者簡介：

謝柯燁，南京工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院在讀碩士研究生。

陳諾，南京工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院在讀碩士研究生。

通訊作者：錢鳳德，博士，南京工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師。