基于增強現實技術的園林植物群落設計研究

馬兆衛

（江蘇城鄉建設職業學院，江蘇 常州 213147）

2012 年美國巴特爾研究機構一項調查報告顯示，增強現實（Virtual－Reality，簡稱AR）技術及其應用研究是未來10 年內影響全球范圍一定時期的社會發展特征。近年來，增強現實領域的研究是國內外相關商業機構、專家學者正在積極投入的一項熱點課題，當前微軟、谷歌、華為等IT 巨頭都在布局增強現實，也許它將是下一個顛覆人類生活的新技術之一。

數字化時代的來臨，園林植物群落進行增強現實的設計已成為趨勢，這種設計是園林規劃設計和數字技術相集合的升級版、是傳統技術和現代科技的繼承與發展、是未來園林植物形態的新型的設計方式。我們采用增強現實技術為核心基礎，集成計算機圖形圖像、多媒體技術、數字動畫、等現代科技手段，將虛擬現實技術作為一種設計工具，解決目前園林景觀中植物名稱混雜，難以辨認的現實問題，為園林植物群落信息展示全面以及內容高傳達做相應的幫助。

1 增強現實技術在園林植物群落設計中的表現特征

園林景觀的存在的意義是滿足人的精神需求，園林景觀在傳統意義上的空間形式是靜態的，人感受到的是景觀設計師已經確定下來的意象，然而增強現實技術的發展，將會使園林景觀變為動態的，植物在園林中的展示也會變得更加靈動、隨意。通過參與園林植物虛擬展示的設計實踐，我們總結出基于增強現實技術展示設計的表現特征：

（1）實時交互性。增強現實（AR）中人機的交互方式和傳統人機交互有所不同，它是一種將虛擬影像與真實場景相互融合，即在實際環境中疊加用戶感知不到的信息，并對展品進行信息補充與解釋說明。增強現實（AR）通過讓使用者親自接觸到植物的3D 模型來實時進行增強學習體驗，用戶能夠通過多種不同的視角來與植物3D 模型進行互動，從而增強對現實實物的理解。用戶可以在設備上進行交互操作，與虛擬影像進行實時互動，及時獲取影像反饋回來的結果。利用3DMAX 軟件和unity工具，制作園林植物虛擬化信息，并由用戶通過點擊平板、手機上的虛擬影像和真實場景進行實時交互獲取植物屬性的詳細信息，同時享受互動操作帶來的交互體驗。實證研究結果表明，采用這款基于增強現實的體感教軟件，能夠很好的增加園林景觀游覽的趣味性和知識性。這些增強現實的元素所產生的可視化效果，能夠大大克服對植物種類繁雜、難以區分的現象。

（2）虛實結合性。虛實結合主要體現的是現實空間中的人與虛擬環境中的物體之間交互時產生的特性。增強現實系統利用人類視覺、聽覺的生理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像，用戶使用顯示器進行查看虛擬影像之時便將自己置身于虛擬空間中，在成為環境中的欣賞著。在實踐過程當中充分運用虛實結合的呈現特性，不僅保證了受眾與真實環境的直觀感知，還能近乎完美地解決園林中植物存在的現實問題。園林游賞者可以通過拿出手機，將自己所想了解的植物進行掃描，用戶雖然身處現實，但是自己感覺已經在增強設備高度互動的環境下進入到了虛擬的場景中。此時，手拿著的手機是現實的，有實實在在的質感和觸感，但是視覺所感知的卻是一種虛擬影像存在著，在沉浸的過程中，已經分不清虛與實的關系，虛實的結合意境意境讓用戶獲得“真實”的感覺

（3）多感官體驗。多感官體驗是在當今藝術創作領域中從人們的情感訴求出發，使設計作品成為人們情感交流的紐帶。心理學發現，人腦是通過不同感官通道接收外界信息的，并沒有將世界感知為碎片化的圖像、聲音等，而是將同一感官通道內的不同信息和不同感官通道內的不同信息進行整合，形成整體知覺[1]。景觀除了目之所及的視覺感受之外，本身就是依托于聽覺、嗅覺、觸覺、味覺甚至時間覺、位置覺等多感官的綜合性體驗與感知[2]，由此引發觀賞者聯想和衍生的意境，這正是風景園林審美中的精華所在。增強現實技術的亮點在于能運用融合諸如文字、圖像、音頻與視頻等多種傳播媒介在虛擬空間環境中，參與者在與虛擬空間中更好地滿足用戶視覺、聽覺、觸覺等感官體驗，為用戶帶來全方位的視聽效果。增強現實技術將園林植物群落的虛擬影像疊加到物體表面，創作出一種立體的感覺，雖然獲得的感知信息并不是來源于現實世界的客觀對象，而是來自于對現實世界的仿真或者是幻想。但是，我們通過應用增強現實技術，感受到園林植物群落帶來的情感陶冶，公眾感受效果是其他戰神方式無法比擬的。因此我們在進行園林景觀植物虛擬創作過程中，必須清晰認識到增強現實的多感官體驗訴求，最終體驗者通過近距離的視覺、聽覺與觸碰，真實感受到園林景觀的植物影像所來帶的虛擬空間之境。

2 AR/VR 在園林景觀植物設計中對比分析

總所周知，增強現實（AR）和虛擬現實（VR）兩者的關系非常的緊密，增強現實技術是在虛擬現實基礎之上應運而生，兩種之間可以說同根同源，均涵蓋了圖形學、圖像處理技術、多傳感器技術、顯示技術、人機交互等多個領域[3]。在園林植物群落的虛擬展示方面兩者之間是有一些相同之處：首先，兩者在呈像方式上都需要通過計算機手段生成相應的虛影像息；其次，無論是增強現實還是虛擬現實技術，兩者在使用時都需要用戶使用顯示設備進行觀看計算機產生的植物虛擬影像信息；最后，在設備應用上增強現實和虛擬現實都需要通過相應設備與計算機產生的虛擬植物影像信息進行實時互動交互。雖然兩者在園林植物群落展示中有很多相同之處，但是兩者之間區別也顯而易見，增強現實與虛擬現實技術的差異主要體現在以下三個方面：

（1）營造的沉浸感不同。虛擬現實（VR）系統可以使用戶的觸覺、視覺、聽覺等多種感官完全浸沒到一個由計算機生成的虛擬空間中，在虛擬空間內的沉浸體驗通常需要用戶使用顯示設備進行虛擬空間與現實環境的相通。一般情況下虛擬現實系統采用浸沒式頭盔顯示器設備居多，用戶使用浸沒式頭盔可以沉浸在頭盔內部的虛擬影像空間中，完全無法看到外部的園林植物群落的現實環境，進而達到完全沉浸的效果。而與之不同，增強現實（AR）系統不需要隔離周圍的園林植物環境，反而強調用戶與周圍環境的關聯性，增強現實系統致力于將計算機產生的虛擬環境與真實環境相互疊加的融為一體，這種情況下需要借助能夠將虛擬環境與真實環境融合的顯示設備，使用者可以借助于設備更加清楚的了解真實信息?？傊?，增強現實技術與虛擬技術在園林植物群落中營造的沉浸感區別即在于AR 技術的實現是以現實為基礎，呈現于虛擬影像與現實環境之間，而VR 技術的應用則是完全呈現于虛擬空間的基礎之上，與現實世界實現完全的分割。

（2）“注冊”的精度要求不同。在虛擬現實（VR）系統中，“注冊”是指用戶感官與虛擬環境的匹配關系。舉例來說當一條狗由遠及近的跑向我們，我們聽到的狗吠聲就應該是由遠及近的發生音量的變化，當用戶用手推開一扇房門時，用戶所看到的場景就同步地更新為一個房間內場景，總之，虛擬現實系統中我們所討論的注冊精度是視覺系統與虛擬環境系統之間的關系。而在增強現實（AR）系統中，“注冊”主要是指計算機產生的虛擬影像與真實環境全方位對準關系。通過AR 技術與現實中園林植物群落存在環境正確對準，來進行標注園林中的每一株植物，而此時通過之前豐富的后臺資源：圖片、視頻、3D 模型等全方位的展示給用戶面前，通過增強現實的“注冊”精度的智能標識，將讓人們對知識印象深刻，并且樂于參與其中。

（3）虛擬環境系統實現難易程度不同。一般來說通過虛擬現實系統將我們周圍的環境進行再現，需要付出較高的代價，而且結果的呈現效果也未必達到我們的理想要求，其逼真程度總于人的感官或多或少存在不相匹配的現象。與之相反的是增強現實技術是在充分利用周圍環境的基礎上加以實現，這就大大降低了對計算機圖形效果的要求，其在最終結果的呈現也更加生動、逼真。

3 結語

快速發展的數字技術為園林植物群落設計提供了發展新契機，基于增強現實系統的展示形式，憑借虛實結合、實時交互、多感官體驗的展示特征，使植物在園林中的展示也會變得更加靈動、隨意。通過AR/VR 在園林植物群落中營造的沉浸感不同、“注冊”的精度要求不同、虛擬環境系統實現難易程度不同三方面的分析，我們得出AR 增強現實技術在園林景觀設計中更具有真實性，這就賦予了AR 增強現實技術一定較強的信息及反應功能。在未來園林植物群落設計中，我們有望借助AR 技術來為人類營造更有活力的景觀空間，為人們提供更奇妙的景觀體驗。