虛擬現實技術在園林綠化設計中的應用

宋 揚

（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

虛擬現實技術在園林綠化設計中的應用

宋 揚

（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

介紹了虛擬現實技術對園林綠化設計的意義、虛擬現實技術輔助園林綠化設計的優勢及在園林綠化設計中的應用及其關鍵技術，結合園林綠化設計的特點，分析了目前主流的建模軟件和虛擬現實平臺，得出最適合園林綠化虛擬現實場景創建的系統組合，并敘述園林綠化基本要素建模和虛擬現實場景創建的流程。

虛擬現實技術；園林綠化設計；計算機輔助設計；SketchUp；Lumion；SpeedTree

1 虛擬現實技術在當前園林綠化設計上的應用缺失

如今，園林設計師繪制場景效果圖的過程基本分成兩種：一種是設計師繪制方案草圖或AutoCAD平立剖圖，接著綠化配置設計師完成AutoCAD的植物配置，然后交給建模師利用3DSMAX等軟件進行建模，設計師對建好的模型提出修改意見，最后建模師根據意見完善模型并貼圖和渲染。另一種是設計師經過草圖和cad分析后，在SketchUp上直接進行方案設計，接著后續的步驟和第一種都一樣。前者在效果圖繪制過程中，園林設計師并沒有太多的機會真正融入進去。后者較前者要先進些，有利用三維建模軟件真正輔助園林設計，融入效果圖繪制，雖然基于SketchUp與3DSMAX效果圖風格上的區別，時常還要建模師重新出圖。值得注意的是，這兩種情況下繪制的效果圖常常和我們實際設計施工完成后呈現的效果大相徑庭。究其原因，是因為綠化配置設計師在這兩種情況下始終未能真正融入效果圖繪制。園林綠化設計作為園林設計的重要內容，卻始終游離在虛擬現實技術之外，導致效果圖參考價值部分缺失。

目前在國內，關于虛擬現實技術輔助城市規劃、建筑設計和園林規劃設計的研究比較多，對于輔助園林綠化設計的研究還不是很多或是還不夠深入，加之方案設計、綠化配置和效果圖制作各有分工，效果圖中的植物配置與實際植物種植設計有時會風馬牛不相及，導致景觀設計實地實施驗收效果與委托方從效果圖得到的期望值不符，甚至由于缺乏虛擬現實技術的幫助，植物配置與方案設計師乃至綠化配置設計師本人原來的想法相去甚遠。虛擬現實技術應用于園林綠化設計迫在眉睫，本文主要是研究計算機輔助園林綠化設計的快速高效的應用方法。

2 虛擬現實技術在園林綠化設計中的應用分析

2.1 虛擬現實技術對園林綠化設計的意義

虛擬現實技術對園林綠化設計來說具有重要意義，虛擬現實技術的交互性、想象力、沉浸感和多感知性可以輔助優化園林綠化方案設計和強化方案表現。在園林綠化設計階段運用虛擬現實技術，設計師的空間體驗更具交互性和直觀性，給設計師提供了一個方案創作的新途徑，使方案設計更趨合理和完美。在方案的表現上，委托方可以多角度、更接近真實、互動地來理解和感受設計師的設計意圖，達到身臨其境的感覺。更進一步，運用虛擬現實技術模擬園林綠化施工現場，有利于合理安排施工進度、科學指導施工過程、全局控制施工場地，最大限度節約成本等。虛擬現實技術輔助園林綠化設計，可更好地幫助設計師進行方案設計，可以與地理信息系統相結合，以多維全景、實時互動的方式展示方案，有效地實現公眾參與，有效地節約展示和溝通的成本，輔助園林綠化設計的教學乃至園林綠化施工，有很大的發展前途。

2.2 虛擬現實技術在園林綠化設計中運用的技術可行性

2.2.1 具備面向設計的虛擬現實平臺 園林綠化設計師不能花費很多的精力把時間過多地用在建模上，軟件的建模方式要適合輔助設計師的創意構思。SketchUp區別于以往的三維建模軟件，它是完全為設計師的創作過程而開發的，它雖然不是虛擬現實軟件，但滲透了虛擬現實的開發理念。Lumion是一款面向設計師，面向設計過程的軟件，園林綠化設計師完全可以在軟件上直接進行綠化方案設計，軟件平臺完全可以跟得上設計師的思路。

2.2.2 具備完美對接方案設計軟件的虛擬現實平臺 園林綠化設計在工作程序上是繼方案設計之后，故而選用的虛擬現實平臺需要與目前園林設計師建模的最佳選擇 SketchUp完美對接。目前，許多虛擬現實平臺都能與3DSMAX、CINEMA4D對接，但卻很難與SketchUp完美對接，或是需要多次轉換才能勉強與SketchUp對接。幸而許多廠商開始意識到SketchUp的行業地位，紛紛開始將自己的產品與SketchUp對接，從而出現了Lumion、iClone和炫影烘焙巨匠等都能與SketchUp無縫對接虛擬現實平臺。尤其是Lumion不僅能與SketchUp無縫對接，而且繼承了Quest3D的強大功能，操作界面異常簡潔，做到了“所見即所得”。

2.2.3 具備豐富的可擴充的植物種類庫的虛擬現實平臺 植物設計作為園林場景的重要組成部分，設計過程一直沒能使用虛擬現實技術助力，主要是因為每棵植物的本身就有成千上萬片樹葉，做成三維模型后形成的面數可能會達到百萬的數量級，而一個園林場景通常會有幾十棵、上百棵甚至上千棵樹，這對于一般的計算機來說負擔是很重的。園林綠化設計要實現虛擬技術，植物建模就必須根據場景需要，采取不同的建模和表達方式。

SkctchUp為植物建模提供了三維表達和二維樹木三維表達兩大方式。Lumion自帶的樹庫模型來自SpeedTree，SpeedTree是一款專門的三維樹木建模軟件，帶有強大的樹木庫，基本包括了世界各個地區的典型喬木、灌木和花草。設計師還可以利用 SpeedTree創建所需的植物模型，將樹葉插入軟件中，根據樹形創建需要的三維樹木，建模速度快，效果逼真，且可加載風力，形成隨風擺動的動態效果。把 SpeedTree所建模型導入Lumion，就進一步豐富Lumion的植物庫，實現植物種類庫的可擴充。

3 虛擬現實技術在園林綠化設計中的實現方法

3.1 軟硬件要求

3.1.1 硬件要求 SketchUp硬件要求較低，Lumion的最低配置為硬件要求基于2GB以上內存，Windows XP、Vista或者Windows7 32位或64位操作系統（3.0開始的Lumion軟件已經不支持32位系統），NVidia GeForce 8800或相近ATI、AMD顯卡（Lumion是在NVIDIA GTX 260顯卡的基礎上開發的，NVIDIA是通過Lumion測試的最佳品牌），同時配備最低512MB顯存。SpeedTree硬件要求基于Intel奔騰4，2GHz以上（或同主頻兼容CPU），512MB以上的內存，Windows2000/XP/VISTA（不支持98和me）的操作系統，1.5 G空間以上的硬盤，64MB顯存以上，兼容Directx 8.1的顯卡，4倍速CD-ROM以上的光驅。

3.1.2 軟件要求 創建虛擬場景使用Lumion；植物建模表達使用SpeedTree；如若前期設計方案建模軟件使用SketchUp，植物配置可使用 SketchUp＋Lumion，不過建議植物配置只使用 Lumion，操作方便且效果更好。雖然Lumion幾乎支持當下流行的所有3D模型格式，但SketchUp由于面向設計的操作界面成為設計師首選，故而筆者提出的快速高效的植物配置方法將基于SketchUp的平臺。

3.2 基本流程

3.2.1 把 SketchUp建立的三維場景導入到 Lumion首先按照設計方案制作出SketchUp的模型，并賦上相應的材質貼圖然后導出DAE格式的文件，再根據需要在 Lumion中選擇一個合適模型作為基準場景，接著導入從SketchUp導出的模型到場景中，接著編輯模型材質，設置場景環境，并及時保存場景。

圖1 創建場景Figure 1 Sketch up

創建虛擬現實場景時應做到下面幾點：

（1）對SketchUp支持最好的格式DAE格式，導出的設置路徑和 DAE格式文件名都需要用英文字母命名，否則模型貼圖會丟失。

（2）SketchUp模型在建模中必須保證與原點距離很近，Lumion模型定位是根據SketchUp與其坐標原點的距離，否則導入DAE文件時會發現在Lumion場景中找不到或操作不便。

（3）SketchUp文件導出為DAE，導出選項必選三項：全部平面分為三角形、保留組件層次結構和導出紋理地圖。

（4）SketchUp文件導出為DAE格式時，模型中有過多反面無法調整，或是簡模，導出模型時都需要勾選導出雙面材質選項，但由于這可使反面在Lumion中正常顯示故而會讓導出模型數量增加一倍，建議在SketchUp中先檢查模型是否存在反面，將反面先行翻轉.

（5）DAE模型如發現地面部分不停閃爍，是由于導入的模型地面與Lumion地面太近的緣故，只需將模型向上移動一小段距離。

（6）SketchUp文件由于材質或者模型量過大，在導出DAE文件并導入到Lumion時遇到內存溢出無法導入的現象，這時就需要將模型拆分為多部分導出，然后分別導入Lumion。為了讓分開的模型在Lumion中方便的對接，這里有個便捷的技巧，就是利用SketchUp的保存鏡頭創建場景（即SketchUp 6之前的頁面），讓每個場景只顯示一個組，其他組隱藏，需要多少個DAE文件就設置多少場景，一組一場景，一場景一DAE。

3.2.2 虛擬場景中植物和水體、地形等種植設計相關要素的添加

3.2.2.1 植物 綠化配置最重要的就是植物，Lumion自帶豐富的動態植物庫，這些植物來源于 SpeedTree，品種豐富，造型逼真，隨風擺動。這些植物的添加只需要在組件面板中選取想要的樹種后輕擊鼠標左鍵在需要種植的位置直接添加，就可直接看到種植效果，所見即所得，植物的成組種植和種植群落效果立刻見分曉。大量添加樹木也只需配合Ctrl鍵輕點鼠標左鍵，十分快捷。背景樹只需框選大量的樹，在組件面板的高級菜單中的隨機參數下調整角度和大小的數值，就可以保證樹木的大小和角度隨機。另外，SketchUp的三維植物模型也可以導入Lumion。我們還可以直觀地在Lumion的水下世界做水生植物的配置，觀察到我們挺水植物、浮水植物、沉水植物與魚蝦悠然和諧的水下世界。

3.2.2.2 地形 作為與種植設計相適應的重要要素，Lumion提供了三種地形制作方式。第一種：通過地形面板中的工具直接擠壓地面形成高低錯落的地形；第二種：導入已經創建好的地形實體模型，為模型賦予材質；第三種是導入黑白地形圖來直接生成地形。

3.2.2.3 水體 植物種植常常會與水環境相關，Lumion有兩種水體做法，一種通過放置水體工具創建邊界為正方形和長方形的平面水體。另一種是對導入模型賦予水的材質，相比于前一種具有靈活控制水的邊緣形狀和水體反射的優勢。Lumion的瀑布材質還可供做跌水和瀑布。

3.2.2.4 光 夜間，植物的種植效果就需要燈光的匹配，在素材組件庫選擇燈光與特殊項目就可選擇燈光類型，照射較高植物的射燈和現實中一樣是由下往上投射的，燈光顏色也可調節成與植物本身相似的顏色，營造絢麗的夜間氣氛也顯得植物生機勃勃，夜間的植物效果也一并速覽。

圖2 添加要素Figure 2 Addition of elements

3.2.3 在SpeedTree創建需要的三維樹木 美國IDV公司研發制作的SpeedTree是一款專門的三維樹木建模軟件，支持大片的樹木的快速建立和渲染，其本身還帶有豐富的樹木庫。樹木庫可通過插件導入到其他的三維建模軟件中使用，也可為游戲、電影與電視行業提供強大的樹庫支持。

植物來源于 SpeedTree的意義不僅在于造型和動感，更大的潛力是基于實時幾何體建模技術的樹葉制作，植物配置設計師可以從SpeedTree中直接制作和導入更多的植物進行使用，也可進一步豐富Lumion植物庫。創建植物可使用Photoshop、繪圖板或鼠標直接在窗口中繪制出樹枝的結構；可截斷或接上樹枝，折斷的面將自然的被面覆蓋起來，無多余的光線接縫或分支交叉；可使用外力來卷曲、轉動樹瘤或樹木的任一部分；可用不會影響樹木的其他部分的節點編輯方法調整或刪除任何樹支、樹叢或葉子；讓樹木朝著周遭或向內生長；可以不影響你的模型形狀而快速縮放面數的細節；可實時測試樹木與物理作用如風的互動；可直接從Modeler輸出大量樹木栽種的位置（此功能不包含在SpeedTree Studio以及SpeedTree Architect中）。SpeedTree Cinema 7包含了更人性化的工具，能夠使用一個控制滑條來按照四季變化轉換模型的顏色跟樹葉，創建各種形態的結構變化或中間樹葉的過渡形態，最終渲染出更多的隨機效果，允許你去做植物或者樹木的生長動畫。SpeedTree做好的SPM格式組件導出為DAE文件就可引入到Lumion植物庫。

圖3 創建樹木Figure 3 Sketch up trees

3.2.4 輸出文件 Lumion在導出動畫時有許多視頻濾鏡，可以有簡單行走動畫、剖面動畫、高級位移動畫、天空掉落動畫、景深動畫、雨雪動畫和季節變化多種動畫。這些濾鏡效果還都可以通過靜幀出圖導出為圖片，形成豐富的圖片效果。

4 結語

SketchUp、Lumion、SpeedTree讓我們利用現有的軟硬件設備已經制作出一些園林景觀設計的虛擬現實作品。然而我們發現，雖然Lumion建立了完美對接方案設計軟件的面向設計的虛擬現實平臺，SpeedTree提供了可以被Lumion使用的豐富的喬木、灌木、草本和其他性質模型，加之SpeedTree提供了可適應植物種植設計中植物新品種開發的基本無障礙解決方式；園林景觀設計中植物配置這個占很大比例的特殊性工作，卻在實際設計中并未用到以上虛擬現實軟件來實現更科學的設計，而是依然以 CAD、Photoshop平立剖的陳舊方式來工作。相信在計算機技術高速發展的今天，只要廣大園林景觀設計者的積極更新觀念和技術，虛擬現實技術在園林綠化設計上的應用必將普及。

[1]李國松，楊柳青. 虛擬現實技術在風景園林規劃與設計中的應用研究——幾種常見虛擬現實技術的應用評價分析[J]. 中國園林，2008（2）：32-36

[2]祝曉. 虛擬現實技術輔助園林規劃設計研究[D]. 南京：南京林業大學，2011.

[3]袁勛，許超，包志毅. Lumion軟件在植物景觀設計中的應用[J]. 福建林業科技，2013（4）：114-116.

[4]曾峻峰，邱翠菊. 虛擬現實技術在園林設計方面的應用[J]. 中國園林，2004，20（5）：69-71.

Landscaping Design with Virtual Reality Technique

SONG Yang
（Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Hangzhou 311231, China）

Analysis were made on landscape design with virtual reality techniques by modeling software and virtual reality platform. Procedure of virtual reality was described with basic factors for modeling landscape design.

virtual reality; landscaping design; computer aided design; SkctchUp; Lumion; SpeedTree

S731

C

1001-3776（2015）04-0092-05

2015-0312；

：2015-06-15

2014年度高校國內訪問工程師校企合作項目“綠色節能鄉村塘河溝渠生態景觀設計關鍵技術研究與試點”（FG2014191）；2014年度浙江省水利廳科技計劃項目“美麗鄉村背景下鄉村塘河溝渠生態景觀設計與技術研究”（2013044）；2015年度高等教育課堂教學改革項目“立體化教學平臺設計的《園林綠化設計》課堂教學改革研究與實踐”（KG2015966）

宋揚（1983-），女，浙江杭州人，講師，碩士，從事園林景觀設計與教學。