增強現實技術在景觀設計中的應用與發展前景

張譯雯 羅海智 趙曉銘

(華南農業大學林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642)

隨著移動互聯時代的到來，虛擬現實技術逐漸運用于各個領域。增強現實(AR)技術作為虛擬現實技術的一個分支，代表著計算機技術與現實景觀的融合，將對景觀設計的發展產生重要影響。

1 增強現實(AR)技術原理與發展過程

1.1 增強現實(AR)技術原理

AR全稱Augmented Reality，是VR的一個分支，AR系統主要包括了實時追蹤攝像機定位、虛擬模型渲染、三維注冊和融合現實三部分。是一種通過計算機生成虛擬信息應用到現實世界中，實現對現實世界“增強”的技術(見圖1)。VR與AR最大的不同在于VR無法使虛擬場景與現實世界實現交互，而AR則可以同時顯示虛擬和現實兩種信息，能夠達到更好的交互效果。

1.2 增強現實(AR)技術的發展過程

在二十世紀五六十年代，攝影師Morton Heilig設計出一臺可模擬布魯克林街道場景的機器人；1968年，第一臺虛擬現實的原型機問世，隨后便是對VR顯示系統的不斷更新，對顯示系統進行了更改，利用透明的設備或者顯示屏實現交互作用[1]；1990年增強現實一詞問世。2010年之前，AR始終處于發展的沉淀期。2018年之后，VR/AR行業逐漸進入了上升期，同時，5G時代的到來為VR/AR提供了覆蓋更廣、速度更快的物聯網基礎，將進一步推動VR/AR行業的發展[2]。現如今，AR已廣泛運用于各個領域，如圖書出版行業、旅游業、游戲與動漫產業等，但在景觀設計領域還只處于初探階段，AR在景觀設計領域的發展還有待進一步推進。

2 增強現實(AR)技術的特點

AR是一種將虛擬信息與現實世界融合的技術，根據它所應用的領域以及帶給體驗者的效果，可將AR的特點概括為以下三點：1)虛實結合性：AR和VR最大的不同就在于AR具有虛實結合性，能夠同時顯示虛擬世界和現實世界的信息，其中運用到的關鍵技術是三維注冊跟蹤，通過三維注冊跟蹤使虛擬場景與現實場景實現無縫疊加[3]。2)實時交互性：AR強調的是人機交互的自然性，不再局限于傳統鼠標鍵盤等基于一維或二維的操作體驗[4]。3)沉浸性：AR可以提供給使用者超逼真的虛擬場景，讓使用者充分沉浸在體驗中，這也是AR最突出的特點。

3 AR在景觀設計中的應用案例分析

根據AR的三個特點，景觀設計師逐漸將AR運用在輔助設計、豐富文化體驗、修復遺址等方面。

3.1 One Melbourne Quarter頂篷裝置：基于AR制作的空間裝置

One Melbourne Quarter頂篷裝置是由開發商Lendlease委托UAP設計的一種懸浮式的裝置結構。該裝置位于One Melbourne Quarter商業區的入口大廳，形成了獨特的景觀效果。

由于該設計形態多變，室內頂篷的材質問題也需要著重解決，設計團隊采用了AR進行輔助設計施工：設計團隊利用設計前期計算機生成的模型導入AR系統，利用三維注冊跟蹤技術作為關鍵技術，通過三維繪圖軟件建立多視角的CAD模型視圖。在營造過程中，將CAD模型的“全息圖像”投射在實體的框架上，提取輪廓邊緣信息或點特征，進行數據信息匹配，使制作團隊能夠直觀的識別和標記出每個連接點，從而既提供了完成的速度，也保證了預期效果的實現。這是UPA首次在項目中實施該技術，為實現復雜的設計提供了創新且高效的辦法。

AR作為一項新技術，它的實時交互性及虛實融合性的特點可以很好的幫設計師直觀地觀察到設計的效果，通過AR輔助建造，更能夠提高效率，降低施工難度，也可以更好地使設計實現預期效果。

3.2 2019年北京國際設計周墨城室覺展館：利用AR感受人文生活

墨城室覺展館是2019年北京國際設計周的設計作品之一，它展示了墨西哥城的場所、傳統、習俗，以及這座城市無盡多彩的生活瞬間。

墨城室覺展館設計利用AR作為交互方式進行展示：采用傳統的基于標志物的跟蹤注冊技術，將含有標志物的真實場景或提前標記的影像音頻輸入計算機中，通過標志物識別，頂點提取完成跟蹤注冊，再與現實場景結合，達到增強現實的作用。在墨城室覺展館中，人們通過掃描二維碼或通過將手機攝像頭對準小窗上的圖像可以觀看AR系統中標志物對應的視頻或音像，使觀賞者可以化身身居其中的墨城居民，親眼目睹這座城市的多彩文化，親身體驗墨城的文化和生活。

墨城室覺展館充分利用了AR實時交互性和沉浸性的特點，能讓參觀者在景觀中尋找到當地的文化歷史痕跡，使整個設計不再單單是一個景觀，更成為了一個文化的載體。

3.3 圓明園現場還原：基于AR技術的現場數字重建

圓明園是一個世界著名的歷史遺跡，但由于修復難度大導致至今未修復。在北京市海淀區政府部門的支持下，北京理工大學信息科學技術學院承擔了基于增強現實的數字圓明園的研究項目。

針對這一項目，研究組針對西洋樓大水法景區設計了AR系統，這一系統具有“真實、虛擬、增強”3種工作模式[5]，在人工控制下對實體場景與虛擬場景進行同步變焦，進而實現虛實融合，重現圓明園歷史宏景。

4 發展前景及策略

根據AR的三大特點以及在案例中的運用可以看到，AR對于設計各環節都有著不可替代的輔助作用，可以有效提高建造效率和景觀品質，并且隨著5G時代的到來，計算機技術的發展，AR將更加廣泛地運用于景觀設計領域。

4.1 貼近實地設計，利用AR輔助設計建造

通過分析One Melbourne Quarter頂篷裝置的案例，可見AR已經逐漸運用于設計建造的環節。在未來，AR應應用于更多的設計環節：為復雜的構筑建造提供輔助，節省工時，大大提高施工效率；幫助設計師更直觀地觀察設計效果，幫助設計更好落地。有學者提出一種虛擬平臺設計功能的理念，該平臺可對準場地現狀現場進行素材添加、挪動以及大小調節等操作，這一操作可以有效地觀測到設計效果以及場地的季節變化，能夠很好地輔助前期設計[4]。利用AR進行實地觀察設計建造，將會成為未來景觀設計領域的熱點。

4.2 提升文化內涵，利用AR進行文化藝術導覽

園林是一個很強烈的文化載體，景觀設計師應該利用好這一有利載體，承擔起文化復興的責任。利用AR將會是一種手段創新，也能夠讓更多的人更加容易感受到園林景觀的歷史文化內涵。

但在目前AR在展示文化方面的應用來看，形式還是趨于單一，大多數停留在提供圖像音頻信息的階段。筆者認為可以有更多新穎的形式，例如增強游客與景觀的互動性，進一步達到文化教育的目的。

4.3 重現歷史宏景，利用AR虛擬修復遺跡景觀

除了現代城市的景觀設計，歷史遺跡和一些鄉村古跡的修復也應該得到景觀設計師的關注。目前，一些歷史遺跡遭到了破壞無法修復，然而，利用AR就可以一定程度地彌補這種遺憾。景觀設計師可以在系統中預先構建好將歷史遺跡修復后的藍圖，當地的居民可以通過手機看到歷史遺跡的原景，更好地了解該遺跡承載的歷史文化。這一方法可廣泛應用到鄉村設計中，通過這種方式可更好地復興村落文化，增強村民對鄉村的歸屬感，營造美好幸福的鄉村，從而推進鄉村振興。

歷史遺跡承載著巨大的歷史文化內涵，弘揚這些歷史文化，對這些歷史遺跡的修復是一個可行的手段。在現實無法滿足的情況下就可以利用AR在虛擬中實現，可大力推動歷史文化的復興。

5 結語

在5G時代萬物互聯傳感器存在的情況下，生理性連接、心理性連接，甚至人的情緒連接都可以進行數據顯示[6]。人們對于與機器或信息交互的欲望將越來越強烈，這將更有利于AR系統的構建以及AR的運用，AR的應用將會越發廣泛，在景觀設計領域也將飛速發展。景觀設計師需要有對未來發展趨勢的預判，將AR應用到設計的各個環節中去。在發展的同時也應該要關注發展的方式和質量，AR的使用不應該局限于單一的方式，應該進行更多地創新，讓AR和設計更自然地融合，為人們提供更佳的體驗感。另外，還應該利用AR提升景觀文化品質，利用AR科普宣傳歷史文化，修復歷史遺跡，讓園林景觀成為一個自然課堂，每個人都可以學在其中。