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摘 要： 摘 要：為了解決環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)無法讓用戶切實(shí)地感受真實(shí)、清晰的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)效果，研究三維虛擬 VR 技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過分析三維虛擬 VR 技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用情況，研究三維虛擬 VR 技術(shù)的實(shí)施流程、城市三維模型構(gòu)建以及具體應(yīng)用，其中城市三維
摘 要：為了解決環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)無法讓用戶切實(shí)地感受真實(shí)、清晰的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)效果，研究三維虛擬 VR 技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過分析三維虛擬 VR 技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用情況，研究三維虛擬 VR 技術(shù)的實(shí)施流程、城市三維模型構(gòu)建以及具體應(yīng)用，其中城市三維模型的實(shí)現(xiàn)通過構(gòu)建建筑模型、城市部件、地形模型以及真實(shí)三維模型一系列操作共同實(shí)現(xiàn);分析三維虛擬 VR 技術(shù)在城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、交通環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)以及小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三維虛擬 VR 技術(shù)能提高環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)效果且用戶滿意度較高，提高了城市建筑施工的經(jīng)濟(jì)效益，說明三維虛擬 VR 技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中具有可行性。
關(guān)鍵詞：三維虛擬;VR 技術(shù);環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì);城市環(huán)境;三維模型;建筑工程
0 引 言
隨著城市信息化的發(fā)展，帶動(dòng)三維虛擬 VR 技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，該技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及三維制圖技術(shù)，具備較強(qiáng)的綜合信息交互和感知能力。近幾年，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)在我國已取得明顯的進(jìn)步，人們對(duì)環(huán)境藝術(shù)的需求逐漸增強(qiáng)，因此將該技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代環(huán)境藝術(shù)的設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)人員與使用者的交流溝通[1] ，打破以往環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的局限性，設(shè)計(jì)出更符合人們需求，更加有融入感、沉浸感的環(huán)境藝術(shù)作品。三維虛擬 VR 技術(shù)具有良好的代入感，使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺，豐富的交互性能使用戶能主動(dòng)進(jìn)行多種方式互動(dòng)，新奇的構(gòu)思促使用戶在不同的環(huán)境中獲取新的知識(shí)，提高自我認(rèn)知。本文研究三維虛擬 VR 技術(shù)對(duì)城市環(huán)境藝術(shù)的具體應(yīng)用，提高了城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的工作效率和工作質(zhì)量。
1 三維虛擬VR技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用
城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的許多方面都與三維虛擬 VR 技術(shù)有關(guān)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅能夠向用戶提供大量的現(xiàn)實(shí)信息，還能讓用戶感受到身臨其境的沉浸感[2] ，是因?yàn)槿S虛擬 VR 技術(shù)是基于事物的真實(shí)數(shù)據(jù)，在相關(guān)的設(shè)計(jì)要求和規(guī)定上塑造出一個(gè)真實(shí)感較強(qiáng)烈的視覺體驗(yàn)。三維虛擬 VR 技術(shù)塑造的這種逼真的視覺體驗(yàn)，有利于設(shè)計(jì)人員對(duì)細(xì)節(jié)漏洞的補(bǔ)缺，提高建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。
1.1 三維虛擬 VR 技術(shù)的實(shí)施流程
三維虛擬 VR 技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)中具體的實(shí)施流程包括以下幾個(gè)步驟：對(duì)城市的環(huán)境實(shí)施三維虛擬 VR 時(shí)，確定整體的設(shè)計(jì)方案為第一要?jiǎng)?wù)，確認(rèn)方案后在 AutoCAD 三維軟件中對(duì)城市中的場(chǎng)景進(jìn)行基本的描繪，整理好的各種線條導(dǎo)入 SketchUp 中對(duì)線條進(jìn)行三維虛擬模型創(chuàng)建和貼圖處理;模型構(gòu)建完成后，將模型導(dǎo)入三維虛擬 VR 技術(shù)平臺(tái)對(duì)各種細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整[3] ，在三維虛擬 VR 技術(shù)平臺(tái)內(nèi)對(duì)物體進(jìn)行大小、材質(zhì)等細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整并分析不同調(diào)整結(jié)果的應(yīng)用效果;最終得到具體的方案、三維效果圖等供選擇使用。圖 1 為三維虛擬 VR 技術(shù)的實(shí)施流程。
1.2 城市環(huán)境三維模型構(gòu)建
依照城市環(huán)境藝術(shù)的整體設(shè)計(jì)要求和地區(qū)的面積大小，本文所構(gòu)建的模型應(yīng)具有真實(shí)的空間信息以及地理信息，同時(shí)細(xì)節(jié)的紋理能準(zhǔn)確地表現(xiàn)模型的具體特點(diǎn)。為滿足模型的細(xì)節(jié)需求，進(jìn)行遙感拍攝得到的影像的分辨率應(yīng)在 0.5 m 以上，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的要求更為精確，建模所需的 CAD 數(shù)據(jù)來自測(cè)繪局比例 1∶1 000，建筑物表面的紋理信息由單反獲取。
1.2.1 建筑模型構(gòu)建
將 1∶1 000 的大比例尺地形圖與從正方向拍攝的影像進(jìn)行匹配，在 3ds MAX 中從 1∶1 000 大比例尺地形圖中獲取建筑物是基底，如圖 2 所示，再將點(diǎn)云生成的 DSM 與 DOM 圖像進(jìn)行疊加后的圖像與地理信息進(jìn)行結(jié)合，從不同角度對(duì)待測(cè)量建筑高度實(shí)施多次測(cè)量[4] ，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行算數(shù)平均求值，得到較為準(zhǔn)確建筑高度，并于 3ds MAX 軟件中進(jìn)行建模。
1.2.2 城市部件
根據(jù)從圖 2 中獲取的 CAD 數(shù)據(jù)對(duì)精細(xì)部件的具體位置進(jìn)行提取，其屬性特征來源于實(shí)地采集的紋理圖像。由獲取的城市部件信息在三維虛擬 VR 軟件中構(gòu)建三維模型，并對(duì)其實(shí)施貼圖操作使獲取的紋理數(shù)據(jù)真實(shí)可信。圖 3為具體城市部件的圍墻的三維模型。
1.2.3 地形模型提取
CAD 數(shù)據(jù)中的高程點(diǎn)，高程點(diǎn)即為攜帶高程值的點(diǎn)，根據(jù)高程點(diǎn)對(duì)地表的 TIN 模型進(jìn)行模擬[5] ，下一步 依 照 生 成 的 TIN 模 型 生 成 數(shù) 字 地 面 模 型 DEM，從 DEM 圖中分析該區(qū)域的地形情況。
1.2.4 真實(shí)三維模型
本文通過對(duì)真實(shí)的三維模型實(shí)施包括準(zhǔn)確性、針對(duì)性以及完整性等檢查，并將其與周圍的環(huán)境進(jìn)行整合，得到真實(shí)的三維場(chǎng)景，圖 4 為構(gòu)建的三維模型的整體概況。
從圖 4 三維模型的整體概況可以看出，采用三維虛擬 VR 技術(shù)將一定范圍內(nèi)的所有模型整合在一個(gè)相同的環(huán)境下，顯示整體模型的可視化效果較好。
通常三維虛擬 VR 技術(shù)的研究?jī)?nèi)容一方面為其自身的軟件及硬件能力，另一方面為該技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用情況。下文重點(diǎn)研究該技術(shù)在城市環(huán)境藝術(shù)規(guī)劃中的應(yīng)用情況，從不同角度分析城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用。
1.3 城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中園林景觀設(shè)計(jì)采用三維虛擬 VR 技術(shù)來對(duì)真實(shí)的園林景觀進(jìn)行模擬，對(duì)城市園林景觀建設(shè)具有關(guān)鍵作用。城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中需對(duì)園林景觀進(jìn)行渲染[6] ，是設(shè)計(jì)者重點(diǎn)考慮的問題，園林環(huán)境藝術(shù)中具有較多品種的樹木，房屋建筑較少，造成對(duì)園林環(huán)境建模的難度較大。三維虛擬 VR 技術(shù)多利用面片建模和動(dòng)態(tài)貼膜手段實(shí)現(xiàn)對(duì)園林景觀藝術(shù)的設(shè)計(jì)。圖 5為城市園林環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)建模流程。
構(gòu)建城市園林環(huán)境藝術(shù)模型包括靜態(tài)景物和動(dòng)態(tài)景物。三維虛擬 VR 技術(shù)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將人視覺用先進(jìn)的相機(jī)鏡頭代替，在虛擬的環(huán)境藝術(shù)中依照設(shè)定的園林路線構(gòu)成一定游覽路線，較大程度上體驗(yàn)整個(gè)園林空間的意境氛圍，使用戶充分感受園林環(huán)境藝術(shù)。用戶也能夠在園林環(huán)境藝術(shù)中隨意選擇園林游覽路線，將園林中所有的景觀要素與用戶的動(dòng)態(tài)游覽路線相結(jié)合，得最佳園林游覽路線。采用三維虛擬 VR 技術(shù)在城市園林環(huán)境藝術(shù)中能讓用戶充分感受城市園林環(huán)境藝術(shù)整體設(shè)計(jì)，沉浸感較高[7] 。
1.4 城市交通環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)城市車輛數(shù)量急速增長(zhǎng)，導(dǎo)致了巨大的城市交通壓力，既影響城市交通秩序又威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。利用三維虛擬 VR 技術(shù)構(gòu)建城市交通環(huán)境系統(tǒng)有利于緩解城市交通壓力，三維虛擬 VR 技術(shù)采用各種感知設(shè)備對(duì)城市道路進(jìn)行有效的監(jiān)管。城市交通環(huán)境設(shè)計(jì)以真實(shí)的道路對(duì)基礎(chǔ)、對(duì)城市交通中各條街道進(jìn)行三維虛擬仿真。設(shè)計(jì)者能針對(duì)不同的道路交通狀況對(duì)城市交通環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，尋求最佳的城市交通環(huán)境實(shí)現(xiàn)合理的交通規(guī)劃。城市交通環(huán)境藝術(shù)中虛擬道路的設(shè)計(jì)，不同的對(duì)象之間采用不同的空間位置關(guān)系進(jìn)行組合[8] ，首先需要構(gòu)建其中一個(gè)對(duì)象，其余對(duì)象的位置關(guān)系根據(jù)該對(duì)象進(jìn)行放置。綜合整個(gè)城市交通環(huán)境，建立街道路口為最優(yōu)選擇，因?yàn)槁房诔鳛榛緦?duì)象外，還能起到基線作用。應(yīng)以路口實(shí)際交通狀況來構(gòu)建虛擬道路，接著以其他參考物為參照，把交通信號(hào)燈、往來的車輛情況等分別放在合適的位置;對(duì)道路發(fā)生的不同情況，利用 Java Script進(jìn)行腳本語言修改[9] 。圖 6為三維虛擬單交通路口設(shè)計(jì)流程圖。
1.5 城市小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
將三維虛擬 VR 技術(shù)應(yīng)用于城市小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)建模階段要準(zhǔn)備的內(nèi)容包括小區(qū)內(nèi)各種建筑特征以及自然環(huán)境特征，采用三維虛擬 VR 技術(shù)改變傳統(tǒng)小區(qū)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中與周邊環(huán)境無法融合、突兀性強(qiáng)的弊端[10] 。將規(guī)劃建設(shè)好的建筑安置于三維虛擬環(huán)境中，達(dá)到要求即可進(jìn)行真實(shí)城市小區(qū)環(huán)境建設(shè)，縮短環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)間。采用三維虛擬 VR 技術(shù)構(gòu)建的虛擬小區(qū)，隨時(shí)可對(duì)小區(qū)任何地點(diǎn)進(jìn)行漫游，對(duì)綠化建設(shè)以及設(shè)施配置等進(jìn)行監(jiān)控和管理。
2 實(shí)驗(yàn)分析
實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證本文三維虛擬 VR 技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果，現(xiàn)對(duì)采用三維虛擬 VR 技術(shù)設(shè)計(jì)的某東部沿海城市的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行分析。
實(shí)驗(yàn)通過對(duì)某城市的用戶發(fā)放問卷調(diào)查的形式，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)獲得的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)效果圖以及該城市當(dāng)前的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行調(diào)查，從而分析三維虛擬 VR 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。
實(shí)驗(yàn)在該城市的某小區(qū)附近向居民發(fā)放 100 份調(diào)查問卷，其中為得到不同年齡段居民對(duì)城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)，調(diào)查問卷向青年、老年以及青少年三種年齡段的居民進(jìn)行發(fā)放，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后收回 100 份調(diào)查結(jié)果，調(diào)查結(jié)果的有效率為 100%;評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為百分制，調(diào)查問卷中包括居民對(duì)設(shè)計(jì)成果的直觀感受、方案簡(jiǎn)潔性評(píng)價(jià)、環(huán)保性評(píng)價(jià)、實(shí)用性評(píng)價(jià)以及可實(shí)施評(píng)價(jià)。將收回的 100 份調(diào)查問卷每 10 份為一組，統(tǒng)計(jì) 10 組的調(diào)查問卷的平均分。
用表 1 和表 2 分別描述不同的調(diào)查結(jié)果，對(duì)比兩個(gè)表中數(shù)據(jù)可知，采用三維虛擬 VR 技術(shù)的城市環(huán)境藝術(shù)的各項(xiàng)評(píng)分結(jié)果均優(yōu)于該小區(qū)過去的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)效果，說明三維虛擬 VR 技術(shù)在提高城市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的滿意度較高。
對(duì)城市的建筑工程進(jìn)行環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用三維虛擬 VR 技術(shù)，能夠提高對(duì)建筑工程材料和建筑框架成本預(yù)算的準(zhǔn)確度，降低預(yù)算出錯(cuò)造成的大量額外的支出，有效避免因預(yù)算出錯(cuò)而誘發(fā)的各種問題。
3 結(jié) 論
本文研究三維虛擬 VR 技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，分析三維虛擬 VR 技術(shù)的具體實(shí)施流程，并對(duì)城市環(huán)境三維模型進(jìn)行構(gòu)建，增強(qiáng)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的真實(shí)感。結(jié)果表明，實(shí)際應(yīng)用的滿意度較高且提高了對(duì)建筑工程環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)工程預(yù)算的準(zhǔn)確度。——論文作者：王 鵬
參 考 文 獻(xiàn)
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