山东英才学院 山东济南 250104
摘要：随着计算机技术的飞速发展，虚拟技术得到越来越多的重视，虚拟现实技术成为当下最热门的技术之一。为了提高城市景观虚拟现实设计的三维配准性能，降低城市景观虚拟现实设计误差，采用三维激光扫描和虚拟呈现技术进行城市景观虚拟现实设计，提出一种基于三维激光扫描的帧重组和纹理映射的城市景观设计技术。为了更好地研究计算机虚拟现实技术，本文从概念到其趋势进行研究探讨，通过计算机虚拟现实技术的广泛应用，将其最大的潜力和价值深度挖掘出来。
关键词：虚拟现实技术；景观；设计；医院；前景
1导言
随着以互联网为主的信息技术迅速发展，各式名样的高新技术不断出现。许多领域都因虚拟现实技术的出现而迎来了新的发展动力和机遇。据调查，国内多处城市公园绿地、附属绿地中乔木的种植密度过大，导致多年后由于树冠之间的交织影响植物的生长而不得不被砍伐，既造成了经济上的损失，又降低了植物景观的观赏价值。因此，在数字化时代的今天，如何利用现有的资源，将虚拟现实技术与园林植物景观设计教学或科研相融合，为设计过程提供更直观、更便捷的方法，为风景园林学生培养及行业人员与其他行业人员的沟通搭建桥梁，值得风景园林行业教育工作者和研究者探讨。
2虚拟现实技术
2.1虚拟现实技术的特点
2.1.1多感知性
虚拟现实技术具有多感知性，即该技术可以通过某种途径使使用者具有多方位感知的能力，分别从视觉、听觉、触觉、嗅觉以及味觉这五个方面来获得感知，从而得到更加真实刺激的体验感。这种多感知的特点打破了真实与虚拟之间的界限，使人们可以通过科技来探索一个更加未知的空间。
2.1.2沉浸性
沉浸性是指人们可以通过该技术沉浸在营造出的虚拟空间或环境之中。不同的沉浸程度会为体验者带来不同的感受，参与者既可以在体验虚拟场景时感受周围真实环境带来的影响，又可以选择完全沉浸而完全不受外界影响。
2.1.3交互性
虚拟现实技术能够使使用者在近似真实的虚拟空间中得到互动，通过该技术实现与人的交流，影响人的行为，从而令参与者有真实的互动感受。
2.2计算机虚拟现实技术的发展现状和趋势
虚拟现实技术是一种以计算机技术为平台的新兴技术，其有着足够大的进步空间和强大资源。现阶段，计算机行业的进步突飞猛进，带动了虚拟现实技术也飞速发展，但是目前虚拟现实技术的发展时间较短，应用率不高，而且产生的成本费用比较高昂等，所以虚拟现实技术还处于发展初期。虚拟现实技术的研究和摸索还停留在硬件和软件以及互动感知等方面，虚拟现实技术还没有达到成熟阶段。比如我们在建模和绘制过程中，会找到关于如何提高绘制的速度以及建模质量的平衡点，这两方面直接影响着用户的感知。随着虚拟现实技术的不断完善，遇到的挑战和困难也是在所难免的，但是同时也会遇到一些机遇，这些都是并存的。虚拟现实技术是一种比较前卫先进的技术，其是多种技术融合与应用所产生的先进技术。
3未来的问题和挑战
3.1五感型设计有待完善
虽然现有的虚拟现实技术已经允许高质量的视觉和听觉的输出，但仍然有待提高，例如移动虚拟景观时，照片级逼真的虚拟环境实时渲染，以及对有声景观设计时，立体声场的准确模拟等。此外，虚拟现实对其他三种感官：触觉、嗅觉、味觉的设计还处在有限阶段，在未来更全面的五感型景观设计背景下，现有技术还有待发展。
3.2输入输出技术多样化发展
随着虚拟现实技术的不断发展，虚拟现实技术的呈现方式、表现力以及交互方式可能会远远超出目前使用的输入输出设备，如虚拟现实侵入性技术、脉冲发射数据传输、脑信号神经传感等技术的研究，可能进一步促进虚拟现实景观与建筑设计的变革。
3.3“新奇效应”的干扰
在参与式景观设计中，使用者可能会被虚拟现实的新颖性所说服，而不是方案本身呈现的设计优点，因此，虚拟现实技术甚至可以被故意利用来左右观察者接受设计。
4虚拟现实技术（VR）在景观设计中的应用
4.1植物群落可视化
a~d.分别为模拟调整后植物景观的春、夏、秋、冬效果图
图 1现有植物调整后的季相变化图
选取东北农业大学研究生楼南侧入口的建筑附属绿地作为研究对象，采用虚拟现实的方法对场地上的植物群落进行景观改造。从现状照片和平面图来看，研究生楼南侧入口两侧建筑附属绿地中的植物景观有待改善：连翘与毛樱桃之间缺少关联，没有形成统一感和韵律感；3 株连翘被夹在红皮云杉和研究生楼之间，其光照质量、生长空间和景观效果均受到不同程度的影响；建筑前的红皮云杉植株与窗户的距离过近，几年后植株长大其体量会不同程度地影响建筑一层室内的采光，而且红皮云杉的夏天遮阳效果也较差，冬季还挡光；整形绿篱是钥匙图案，但位于研究生楼主入口，其种植形式及平面布局均与入口环境不太协调。实践中，采用虚拟现实技术与方法，对东北农业大学研究生楼南侧入口的建筑附属绿地上的植物群落进行了改造设计，结果如图 1 所示。由图 1可知，在研究生楼入口处，将贴近窗户的云杉植株栽植位置进行了距离调整，使其与窗户保持 5 m 以上的距离或将云杉植株进行移植，同时将钥匙构图的绿篱部分进行移植处理，然后采用毛樱桃、连翘等花灌木拟对称的种植形式，以体现研究生楼建筑入口植物群落春花灿漫、夏荫浓郁、秋色绚丽、冬景苍翠的四季景观效果。通过反复调整植物种植方法，使植物群落不断优化完善，进而发挥出具体的生态和景观效果。
4.2用于保护建筑遗产数字化资料
通过利用虚拟现实技术来实现历史建筑与文物的保护，可以使其得到全面的保护而不会造成损坏从而向公众完整的展示其原面貌。国内外利用数字化技术对历史建筑进行保护也早已有了实例，如国际上通过虚拟现实技术实现了德国FrauenKirche和中国兵马俑等历史文化遗产的虚拟模型制作，将其以数字化的形式将建筑完整的存储在计算机之中，实现了三维立体的数字化存档，为建筑遗产保护与修复提供的更好的发展空间；美国维吉尼亚大学基于虚拟现实复原的意大利古罗马城；我国的数字紫禁城和数字圆明园项目都通过数字化技术进行保护。
4.3丰富建筑展示形式
由于虚拟现实技术具有多感知性、交互性以及构想性的特征，其在建筑保护的展示方面有着较大的优势，首先它利用该技术，参观者可以得到关于历史建筑的多种感官体验，不仅将其完整的展现给参观者同时增添了其参与体验感；其次由于利用虚拟技术相对来说较自由，人们可以体验建筑保护的成果展示不受任何时间与空间的限制，另外，虚拟现实技术将场景与数字动画技术相结合增强了虚拟空间的画面感，增加了艺术创造性及空间场景体验感。
4.4三维可视化技术
三维可视化技术就是将复杂的数据转化为图形的技术。发展至今，它已经为科研、教育、信息、地理、医学等领域带来了彻底的改变。三维可视化技术也有狭义和广义上的区分。狭义上的三维可视化技术的分类大体有 4 种：几何造型、视频影像制作、几何视频影像制作、图像覆盖。本研究的园林植物模型库的构建就是利用几何造型可视化技术来实现的。广义上的三维可视化技术应用分类包括表达可视化、分析可视化、过程可视化、设计可视化和决策可视化。本研究的虚拟系统构建思路就是趋向于这种设计过程可视化，利用数据资料的先进处理技术来实现园林植物景观在虚拟环境中的设计过程和方法。实物虚化是实现虚拟现实的基础。利用虚拟现实技术营造的虚拟环境，是需要基于真实的地理数据信息，并结合计算机图形技术创建的数字三维模型。三维可视化技术作为数据的分析、处理的高级手段，是实现虚拟现实中各方面内容的基础方式，也是虚拟现实技术的核心所在。可视化技术的发展产生了虚拟现实技术，后者是前者的高级阶段。虚拟现实技术的诞生也为三维可视化的发展指明了方向。可视化实现并打破了人的视觉欣赏与二维数据之间的界限，使人与数据之间的联系更加紧密，并且使人与人之间的图像通信变为可能。
4.5对虚拟空间的利用形式单一
对于虚拟技术在建筑与景观设计的应用与研究，大多数都是用于展示建筑设计成果以及用于存储数字化资料，而对于创造出来的虚拟空间形式的利用较为单一。虚拟空间的营造相对来说较为复杂，需要大量复杂的数据信息、各个平台领域的参与以及各种技术上的合作，通过收集三维信息、优化三维模型制作再到场景的构建与信息补充等一系列复杂的流程，从而建出极具真实感的场景，但对于创造出的虚拟空间，不能将运用形式仅仅局限于体现建筑自身的展示，而要考虑运用在建筑的整个建筑空间环境之中。建筑空间的虚拟营造是基于对建筑空间环境构建之上的，通过对建筑自身以及建筑环境的构建与结合才能形成一个整体的虚拟空间，从而才能实现对于历史建筑保护的整体性。
4.6空间环境
建筑空间环境对于建筑的形成有着最直观的影响，不同的空间环境可以孕育出不同风格的建筑，并且带给人们不一样的感受与体验。在注重人文环境的大背景，要考虑建筑的保护与更新，首先应该考虑其所在的空间环境。对于历史建筑空间环境的体验性设茸，其意义主要在于维护建筑的历史氛围，重塑历史建筑空间，增强人们在环境中的体验感。一般来说，建筑的空间环境是由城市、景观、道路、人等一系列物质因素各种信息的相互作用之下融合而成，而所说的更新也就是对这些因素中所蕴含的信息进行解读，提取，并将它们重组这一系列的过程。
4.7建筑材料
建筑材料的应用体现了建筑设计的风格与实用性，不同建筑材料与色彩可以体现出不同的建筑形象，因此建筑材料的体验性设计也是至关重要的。建筑外部所运用的建筑材料具有一定的物理性质，在进行历史建筑材料在再设计时，应该考虑到建筑材料本身所具有的特性是否应该保留，以什么样的形式保留，如果不保留又应该以什么样的形式来代替或者与其相融合。由于虚拟现实技术营造出的空间是全方位多感知的，可以利用其来展示材料更新与再利用的过程并确定建筑材料的利用形式。
4.8虚拟现实技术由断触卜观设计中的运用
虚拟现实技术在建筑外观设计中有着良好的发展前景，首先，在以往对建筑外观设计.的过程中，需要不断地往返于项目施工现场对设计方案进行优化，而虚拟现实技术可以把相关的一些数据信息通过计算机转化为信息化背景，将整个建筑的外观在虚拟空间内建立相应的模型，设计者可以轻松地在虚拟环境中进行设计、修改等操作，不用频繁到现场进行考察。并且，设计者还可以通过虚拟模型看到更加准确的设计效果。其次，在设计完成后能够添加一些辅助信息如动画、图像、声音等，使作品更加生动形象，能够让用户更加直观地看到作品的效果，能够提供给用户更加准确的数据信息。总之，虚拟现实技术能够大大地提高建筑外观设计的工作效库环口资源利用率。
4.9虚拗现实技术在室内设计中的运用
虚拟现实技术在室内iii十的运用主要体现在室内设计的3个份假。首先，虚拟现实技术对室内空间环境的展现，需要利用虚拟现实技术的三维建模技术在虚拟环境中构建出室内空间和室内物体的虚乡}}漠型，并且使这个虚#侧型可以利用外部操作设备进行操控，吸引用户积极参与。其次，可以利用虚拟现实技术的三维渲染技术将模型中的物体或者空间进行渲染，将室内的空间和物体通过渲染变得真实感更强，能够让用户体验更加真实的虚拟场景。最后，利用虚拟现实技术中的三维动画技术，将声光电结合起来，设计出动态的虚拟环境，让用户在其中尽晴畅流。
结束语
综上所述，VR技术是一种借助计算机及最新传感器技术创造的一种新型的人机交互手段，以其独特的沉浸式的体验感和可视化的操作过程等特点深得开发者和研究者的青睐，具有良好的发展前景和研究价值。建筑与景观设计对多种类型的体验和视觉之外多维度的体验接触需求，将进一步推动虚拟现实技术在建筑与景观设计中的深层次应用，也将设计技术与方法论提升到一个新的高度。
参考文献
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论文作者:孙彤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/25
标签：虚拟现实论文; 技术论文; 建筑论文; 环境论文; 景观论文; 空间论文; 植物群落论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;