環(huán)境藝術設計中VR技術應用淺析

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摘要：環(huán)境藝術設計涵蓋生態(tài)學、建筑學、設計學、園藝學等諸多學科領域，設計師運用vr（虛擬現(xiàn)實）技術，可以通過現(xiàn)代軟件手段模擬真實的環(huán)境，為用戶提供視、聽、觸等多方面的感知體驗。該文探討VR技術的特點，分析其在環(huán)境藝術設計中的應用價值，以某主題公園為例探討VR技術的應用。結果顯示，VR技術能夠為環(huán)境藝術設計提供較高滿意度的使用效果，且對增強工程預算的準確性具有重要的參考價值。

關鍵詞：環(huán)境藝術設計;VR技術;應用價值;工程實例

現(xiàn)代科技背景下，越來越多的軟件技術被應用于環(huán)境藝術設計。VR是基于多維化的信息空間處理技術，是可以實現(xiàn)人的感性與理性相結合的綜合環(huán)境承載技術。建立在互聯(lián)網、多媒體、三維制圖、數(shù)據庫等信息技術基礎上的VR技術，以其強大的信息感知、信息交互與視覺呈現(xiàn)方式，為現(xiàn)代環(huán)境藝術設計提供了有力支撐。越來越多的環(huán)境藝術設計師利用VR技術構建具有沉浸感、逼真視覺體驗效果的環(huán)境藝術設計方案，為用戶提供身臨其境的多維感知體驗。VR技術依靠現(xiàn)代軟件技術影響人腦中的神經系統(tǒng)，經由想象和知覺兩個過程，實現(xiàn)對虛擬場景的模擬與創(chuàng)造，再利用外接傳感設備，實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境之間的交互[1]。環(huán)境藝術設計融合了多學科領域的知識，兼顧室內與室外環(huán)境設計的諸多空間元素和裝飾陳列手法，具有跨域整合的實用藝術特點。在環(huán)境藝術設計實踐中，考慮到系統(tǒng)的綜合性、復雜性、多元性，設計師需要全面整合與梳理物理信息、客觀事實和設計要素，工作量十分龐大。在環(huán)境藝術設計領域引入VR技術，拓展了環(huán)境藝術設計的廣度。設計師依托VR技術感知環(huán)境，為用戶提供良好的浸入感，將新奇、獨特的環(huán)境藝術設計以多種互動方式與用戶直接交流，通過交互技術滿足用戶的需要，提升了環(huán)境藝術設計工作的效率和質量。

一、VR技術的基本特征

VR技術通過軟件手段實現(xiàn)對真實環(huán)境的模擬仿真，為設計師提供了多種技術承載環(huán)境藝術設計內容和展示方式。將VR技術應用于環(huán)境藝術設計，其特征體現(xiàn)在三方面。

1.沉浸性

應用VR技術最直接的效果是為用戶提供沉浸式的代入感。設計師通過軟件手段營造環(huán)境藝術設計場景，這一虛擬的場景空間可使人具有身臨其境的真實感。VR技術可以逼真、形象地重建環(huán)境藝術的各個模塊，體驗者可以通過佩戴專門的視覺、聽覺、觸覺等虛擬設備工具，感知三維空間的環(huán)境變化。在整個體驗過程中，體驗者全身心地投入虛擬環(huán)境中，不受外界的侵擾，從而提升體驗效果[2]。如,利用360度全景顯示儀，可以讓體驗者自主調整視角，體驗環(huán)境藝術空間場景。

2.實時性

5G技術的全面應用為VR技術應用提供了支撐。利用VR技術，可以獲得更加舒適的實時性數(shù)據傳輸顯示效果，減少人對畫面延遲產生的暈眩感。同時，通過提高實時畫面刷新率，能夠為體驗者營造高速率的多維化信息交互體驗。在環(huán)境藝術設計中，設計師修改和改變應用方案都需要以極快的實時刷新率滿足環(huán)境藝術設計的需要。

3.交互性

在信息技術應用中，交互性是重要指標。VR技術的交互性是利用傳感設備接收人的指令完成相應的數(shù)據傳輸，在軟件計算控制中心處理各類信息數(shù)據。在環(huán)境藝術設計中，交互性體現(xiàn)了體驗者與虛擬環(huán)境之間、人與技術設備之間的數(shù)據交互[3]。在設計師利用鍵盤、鼠標設計、修改相關環(huán)境藝術要素后，體驗者能夠快速獲得不同的感受。利用VR技術的交互性，可以為體驗者提供身臨其境的體驗感。

二、環(huán)境藝術設計中應用VR技術的價值

考慮到環(huán)境藝術設計的復雜性，在整合各類客觀事實的過程中，利用VR技術可以依托軟硬件，在以視覺或其他感知為基礎的環(huán)境改造項目中搭建虛擬的三維空間環(huán)境。這一技術可以將設計理念融入環(huán)境要素的合理規(guī)劃，以更好地改造自然環(huán)境，其價值體現(xiàn)在三方面。

1.變革設計方式，深度解析環(huán)境空間設計要素

從專業(yè)視角看，環(huán)境藝術設計涵蓋的學科知識體系多樣、繁雜。設計師在設計前需要深入了解和全面收集相關素材、資料，開展環(huán)境分析，優(yōu)化環(huán)境藝術設計風格。設計師要綜合評估環(huán)境藝術設計，還要融入靈感，讓設計展現(xiàn)獨特的環(huán)境藝術效果。借助VR技術，設計師可以革新設計模式，利用三維化數(shù)字模型手段，基于用戶的不同需要，搭建多視角的模擬體驗環(huán)境。這種高仿真、虛擬化、可交互的立體環(huán)境藝術空間，能夠滿足用戶視、聽、觸等多重感官的體驗需求。設計師利用三維仿真、數(shù)字技術、大數(shù)據分析等手段，可以對環(huán)境藝術設計各空間要素進行動態(tài)、多樣的設計。整個設計過程的工作損耗低，展示效果直觀，解決了煩瑣的人工繪圖帶來的精度不足等問題。特別是現(xiàn)代計算機技術提供了強大的渲染引擎，可以實現(xiàn)對VR場景的高精度展示，提高了工作效率和成單率。

2.利用預演方式，增強環(huán)境藝術設計的可行性

設計師在采集項目周邊環(huán)境、資源信息之后，可利用VR技術預演整個項目方案，評測該項目的安全性、環(huán)保性、空間適應性等指標。設計師可以在預演方案設計中利用VR技術測試整個環(huán)境藝術設計的關鍵技術、核心要點，從中發(fā)現(xiàn)可能存在的設計缺陷或疏漏。預演方案有助于預先驗證設計可行性，減少項目實施過程中可能存在的設計隱患。在此過程中運用VR技術，可以分為前端輸出模擬和后臺數(shù)據處理兩部分。依托高性能軟硬件技術，可以建構環(huán)境藝術設計的虛擬仿真模型；利用后臺數(shù)據處理中心，可科學預測和綜合分析項目實施過程，檢查環(huán)境藝術設計方案的科學性、可行性。

3.提高交互輸出，降低環(huán)境藝術設計成本

在環(huán)境藝術設計中，設計師需要提前采集與項目有關的信息、數(shù)據、圖樣資料。設計師利用VR技術，可以分析整個環(huán)境藝術設計的預算，從而節(jié)省項目成本，降低不必要的開支。設計師利用VR技術的交互功能，可以根據用戶的需要，動態(tài)地改進和優(yōu)化設計方案，凸顯VR技術的實時性、交互性、沉浸性優(yōu)勢，逼真地展示設計效果。設計師利用計算機輔助設計技術可節(jié)省設計時間和人力成本，改善環(huán)境藝術設計的直觀展示效果。用戶和設計師可針對項目展示效果互動交流，避免因溝通不暢或設計思維指向不準確帶來的設計偏差。這可以更好地滿足用戶的設計需求，提升環(huán)境藝術設計的綜合經濟效益。

三、VR技術在環(huán)境藝術設計中的實施流程

在環(huán)境藝術設計領域，VR技術的應用范圍十分廣泛。VR技術可以為設計師提供多樣、快速、高效的環(huán)境藝術設計軟件環(huán)境，也便于為用戶塑造更具真實感的視覺體驗空間。設計師可以利用VR技術細化、完善整個環(huán)境藝術設計方案，彌補可能存在的不足，提升環(huán)境藝術設計工程的經濟效益。

1.構建環(huán)境藝術設計整體設計方案

在環(huán)境藝術設計中應用VR技術之前，設計師需要采集和整理整個項目所在區(qū)域的真實空間信息，為制訂整體設計方案奠定基礎。環(huán)境藝術設計要體現(xiàn)細節(jié)，通過引入遙感技術、高分辨率攝影技術獲取現(xiàn)場的圖景信息。在構建環(huán)境藝術設計模型的過程中，設計師通常采用1：1000的比例尺，將地形圖與正面拍攝的影像圖匹配。利用3dsMxa軟件，將地形圖設置為模型的基底，將點云生成的DSM與DOM圖像疊加，使其與地理信息吻合；同時，引入不同角度的建筑物高度測量數(shù)據信息，求其算術平均值，得到建筑高度值。設計師對環(huán)境藝術設計中的各個部件進行細化處理，利用CAD提取相關部件的精細圖像，并精細設置其紋理，然后提取CAD數(shù)據中的高程點，實現(xiàn)對地表TIN（不規(guī)則三角網）模型的模擬，為后續(xù)構建DEM（數(shù)字高程模型）提供保障。最后，對三維模型中的各要素進行設計，檢查模型中各要素的準確性、完整性，確保與周邊環(huán)境有效整合。在運用VR技術的過程中，設計師還需要完善軟硬件環(huán)境，為環(huán)境藝術設計提供技術保障。

2.VR技術在園林景觀設計中的應用

在園林景觀設計中引入VR技術，可以模擬逼真的園林景觀設計方案，為城市環(huán)境建設提供可視化參考。園林景觀藝術設計的重點是對各類園林景觀要素的技術渲染。通常，園林景觀中樹木的品種較多，建筑房屋相對較少，建模難度更大。設計師可利用VR技術完成設計方案的建模和動態(tài)貼膜設計。園林景觀模型包括靜態(tài)和動態(tài)兩類景物。VR技術可以利用相機鏡頭代替人的視線，借助虛擬環(huán)境構成不同的視覺瀏覽線路。用戶通過這些瀏覽線路，可以全面、直觀、動態(tài)地感知園林景觀設計方案的特點?？紤]到用戶需求的多樣性，依靠VR技術還可以實現(xiàn)用戶自定義園林景觀瀏覽線路，使園林景觀中的所有要素能夠契合用戶的瀏覽線路和視角，展現(xiàn)逼真的園林景觀。由此，VR技術帶來的視覺沉浸感和臨場感，為用戶提供了多樣化的瀏覽選擇。

3.VR技術在城市交通環(huán)境藝術設計中的應用

城市化建設對城市交通環(huán)境的設計需求越來越大。城市交通建設的主要功能在于提供便捷、高效的交通服務。引入VR技術，可以實時、動態(tài)地監(jiān)管整個城市的交通運輸狀況，更有效地緩解交通壓力。城市交通環(huán)境藝術設計首先要采集整個城市的所有道路交通信息，形成基礎數(shù)據庫；其次，根據交通環(huán)境實際情況，對不同道路采用不同的空間關系組合；再次，明確城市核心交通網絡，作為交通模型的基礎框架，再由此延伸對其他道路的位置關系的設定；最后，形成整個城市交通環(huán)境大數(shù)據。通過VR技術打造的城市交通環(huán)境網絡，可以為身處城市街道的任何一個點提供最新、最快捷、最高效的道路交通選擇方案，包括對路口、道路交通信號燈、往來車輛狀況以及道路交通其他參考物等進行仿真設計和布置，以提升城市交通環(huán)境服務水平。4.VR技術在社區(qū)環(huán)境藝術設計中的應用社區(qū)環(huán)境藝術設計建設為美化社區(qū)環(huán)境，營造健康、和諧的社區(qū)生活創(chuàng)造了條件。在社區(qū)環(huán)境藝術設計中利用VR技術，可以虛擬建模社區(qū)內各類建筑物、自然環(huán)境等要素，以滿足社區(qū)環(huán)境改造的需要。VR技術將社會環(huán)境規(guī)劃與設計融入虛擬環(huán)境，便于人們獲得直觀、真實的視覺體驗效果。另外，VR技術可以漫游社區(qū)的各個地點，還能實時監(jiān)控和管理社區(qū)各項基礎設施和綠色區(qū)域。

四、環(huán)境藝術設計對VR技術的應用方法

環(huán)境藝術設計對VR技術的應用，可以通過采集項目環(huán)境真實數(shù)據，利用軟硬件技術塑造虛擬現(xiàn)實環(huán)境藝術場景。其設計方法如下。

1.采集數(shù)據，構建三維景觀模型

在環(huán)境藝術設計中，數(shù)據采集是首要任務。設計師可以利用GoogleSketchup平臺采集項目所在地的地形、影像數(shù)據等信息，該平臺有助于建立項目環(huán)境的三維景觀模型，其流程如下。測繪項目周邊環(huán)境，得到二維矢量圖，再利用圖像處理軟件抓取原圖關鍵信息，如樹木、建筑、湖泊、草坪、道路等塊狀環(huán)境形態(tài)數(shù)據。利用軟件技術提高數(shù)字虛擬環(huán)境模型的視覺整體效果，并確保各環(huán)境形態(tài)要素處于閉合狀態(tài)，轉角線不能相交。利用專業(yè)相機全面拍攝整個真實環(huán)境，構成基礎數(shù)據庫。利用GoogleSketchup平臺，從原始環(huán)境圖片中提取相應的紋理信息、環(huán)境層數(shù)。設計師需要將全部圖片編號、存儲，并對部分圖片進行適當修改、處理，確保整個場景紋理信息的完整性。設計師要注重小角度拍攝，獲得正面、準確的紋理信息，解決可能存在的遮擋物，確保環(huán)境圖片真實、完整、有效。接著，在得到環(huán)境藝術設計環(huán)境圖像信息后，設計師要增強VR模型的真實性，對三維模型進行貼圖管理。方式有兩種：其一，編輯真實的環(huán)境圖像紋理，利用Photoshop處理后直接應用到三維模型中；其二，對于重要部位，直接將真實的環(huán)境貼圖應用于模型，對于其他部分采用軟件處理紋理貼圖。利用GoogleSketchup平臺的紋理和材質編輯器，可以快速處理相關環(huán)境圖片，紋理貼圖讓整個VR場景畫面更逼真。最后，將二維矢量圖嵌入三維模型，豐富場景的地形和影像效果。在三維環(huán)境模型的建構中，設計師要整合初步模型與其他輔助模型，共同嵌入三維景觀模型，以SKP格式存儲，再將之嵌入GoogleSetchup平臺，k這樣就可以通過平臺View瀏覽器瀏覽。

2.融入創(chuàng)意觀念，開展景觀模型形態(tài)創(chuàng)作

在環(huán)境藝術設計中，設計師需要融入主觀的審美意象，展現(xiàn)環(huán)境藝術設計作品的創(chuàng)意。對于三維環(huán)境景觀模型，設計師應通過對不同部位進行環(huán)境形態(tài)創(chuàng)作，展現(xiàn)環(huán)境藝術設計的審美性、藝術性、技術性特征。一方面，設計師要結合主觀認識，融入求新、求變、求奇思維，改造與創(chuàng)新景觀模型。另一方面，設計師要修飾和美化物體的形態(tài)、大小、材質，增強景觀環(huán)境的沉浸性、交互性和多感知性，使用戶獲得真實的體驗感受。在客觀藝術層面，設計師通過時間拼貼、空間重構、虛實互融等手段增強虛擬三維模型的精準性、完整性，讓用戶能夠從中獲得逼真的可視化體驗效果。

3.引入混沌式生成法，提升環(huán)境藝術設計質量

在三維景觀模型設計中應用VR技術，可以引入混沌式生成法，即立足環(huán)境藝術設計的環(huán)境形態(tài)，整體上由最下層開始，逐步展開到最上層。洛倫茲將氣象數(shù)據嵌入相位空間圖，得到雙螺旋線圖，該混沌模型對初始條件具有很高的辨識度，可以根據用戶體驗環(huán)境的過程建構環(huán)境形態(tài)。以某城市主題公園環(huán)境藝術設計為例，該項目占地72.3萬平方米，預算成本400萬元。為了增強環(huán)境形態(tài)的逼真效果，設計師先設計主要景觀形態(tài)，包括園區(qū)道路、樹木、健身器材、草坪、湖泊等，完成環(huán)境數(shù)據采集，構建三維環(huán)境模型。這樣得到的主題公園三維建模誤差低于1.2%，具有較高的精度，為構建VR環(huán)境藝術景觀模型提供了數(shù)據支撐。設計師引入ZBrush三維建模軟件評估整個環(huán)境藝術設計的施工、成本等。結果顯示，引入VR技術提高了整個環(huán)境藝術設計的逼真度，設計效率提升約33%，相較于單獨利用ZBrush三維建模軟件，設計成本降低超過35%。

五、結論與展望

在現(xiàn)代環(huán)境藝術設計中融入VR技術，提高了環(huán)境藝術設計的逼真度和效率，降低了設計成本?？傮w而言，未來隨著VR技術的不斷更新，其在環(huán)境藝術設計中的優(yōu)勢會更加突出。第一，VR技術能夠有效彌補傳統(tǒng)設計的缺陷。VR技術不受制于場地、經費，可以在虛擬環(huán)境下完成設計方案，為用戶提供直觀、動態(tài)、高仿真度的沉浸式感知環(huán)境。第二，VR技術能夠突破時間、空間的局限，為融入設計師的創(chuàng)意創(chuàng)造條件。VR技術可以模擬任何場景，如，模擬中生代的環(huán)境，給人提供中生代的虛擬仿真體驗，近距離接觸恐龍，等等。VR技術營造的虛擬仿真環(huán)境為設計師注入設計創(chuàng)意提供了有利條件。第三，VR技術可以防范可能存在的設計缺陷。環(huán)境藝術設計要素十分復雜，存在一定的風險。利用VR技術，可以在虛擬環(huán)境中營造身臨其境的體驗氛圍，規(guī)避相關風險。第四，VR技術有助于促進用戶與設計師之間的雙向有效互動。在VR技術搭建的虛擬仿真環(huán)境中，設計師可以根據用戶的需求及時地修改和完善各種設計要素，直觀地展示三維空間效果，這樣能夠增進雙方的有效溝通，提高用戶對環(huán)境藝術設計的滿意度。

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作者:李文芳 單位:江西軟件職業(yè)技術大學