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摘要：闡述了園林設計與三維軟件相結合,通過計算機輔助分析和設計,進行交互式交流,進行空間實體與平面圖形統一的設計方法。介紹了多角度的分析空間分布關系,綜合功能的需要、藝術的要求和環境條件等因素的設計優勢,對比了二維平面設計與三維空間設計在分析、修改中的差別,并提出園林設計必將從二維圖紙進入到三維空間的發展前景。

關鍵詞：園林設計;三維制作軟件;3DMax;SketchUp(草圖大師)

計算機已經應用于社會生活的各個方面,計算機輔助設計技術應用于園林設計也有很長一段時間,但大多僅限于二維圖形制作,三維軟件大多是在設計結束后進行效果圖制作時才參與進來,即目前的設計仍是在二維的平面中設計三維的空間實體。但是隨著計算機技術的不斷進步,三維軟件的發展成熟,目前的技術條件已經可以使設計從二維圖紙進入到三維空間,而三維軟件的發展也可以滿足設計中各個過程的要求,該文主要對三維軟件在園林景觀設計中參與輔助的各項過程作初步的探究。

1園林概況及三維制作軟件簡介

園林經過漫長的發展,已經成為人類文明、生活及精神情感都離不開的一部分空間,并且園林的范圍也早已超越狹義上的庭院、莊園,而是擴大到城市環境、風景保護區、大地景觀等領域,涉及人類生活的各個方面。自從19世紀下半葉,美國造園大師歐姆斯特德(Fredericklowolmsted)規劃了紐約中央公園、波斯頓和華盛頓綠地系統,第一個把自己的職業稱為風景園林師(landscapearchitect),自此園林擴大到城市整體綠化的范疇,逐漸形成一門獨立的專業和具有特定內涵的專業學科,并標志現代風景園林學的建立[1]。概括的說,園林就是在一定地域,運用工程技術和藝術手段,通過整地理水、植物栽植和建筑布置的途徑,創造出一個供人們觀賞、游憩的優美環境。

三維也稱3D(three-dimensional),即三維圖形。顯示3D圖形,實際是在平面里顯示三維圖形,形成立體感。計算機屏幕是平面二維的,人們之所以能欣賞到真如實物般的三維圖像是由于人眼產生視覺上的錯覺。而三維制作就是在計算機中建立一個虛擬的世界,設計師在這個虛擬的三維世界中按照要表現的對象的形狀尺寸建立模型以及場景,并且根據要求設定模型的各種屬性參數。制作各種模型或場景的軟件就是三維制作軟件。由于其精確性、真實性和無限的可操作性,已經被廣泛應用于醫學、教育、軍事、娛樂等許多領域中[2]。

2傳統園林設計概況及存在問題

中國是一個園林歷史十分悠久的國家,無論是在園林植物的選育、栽培,還是在創作的園林精品上都有極大的特色,對世界產生了重大影響,被譽為“世界園林之母”(E.H.Wilson)[3],是世界三大園林發源地(西亞、希臘和中國)之一,但由于多種多樣的原因,我國的園林教育事業和學科發展起步較晚,在很多方面存在欠缺和不足,所以應當充分了解、學習世界先進的設計思想和設計方法。

傳統的設計手段,主要是使用手繪的方式繪制設計圖、施工圖、效果圖、立面圖等,當CAD這種矢量制圖軟件出現后,因其標準化、高效化等多方面的優勢,人們大都已經在繪制設計圖、施工圖中使用CAD軟件來進行制圖,并且在各種設計行業里廣泛使用。但是由于CAD是主要面向兩維平面設計制圖的軟件,因此在某些方面仍有平面制圖局限所帶來的問題。

2.1空間比例不明確

由于是在平面上通過平面構圖設計立體的物體景觀,因此往往會造成在平面布局設計時忽略立面額空間上的數比關系,而出現雖然平面上十分優美,而實際中卻十分古怪的設計,更有些初學者會設計出10m多長的桌子、幾十米寬的小路等笑話。

2.2設計形象不具像

由于在進行平面設計時看到的僅是平面圖標,其立面、三維形象大多是在腦中形成的模糊形象,更不用說全面地考慮其物與物、物與地形等的相互關系,而由于腦中并未對實體形象進行深入、認真的思考,在畫透視效果圖時,僅按照好看美觀來繪制,而根本脫離了自己在平面設計的位置關系,這樣就造成了在平面設計時看似很好的搭配,在立面或施工中卻發現十分不協調乃至根本無法實現的情況。

2.3在展示給業主等非專業人士時不便

由于沒有形成真實完整的空間實體,傳統方式只有靠一張張的手繪圖給他人進行展示,并且由于手繪方式自身的特性局限,造成了大多僅能展示一部分的視點視域,且需要花費大量的時間和精力,而且當設計有一點改動時,這些原來繪制的圖畫將會完全失效,全部都要重新繪制。

3三維軟件的優勢

在傳統的園林景觀設計中,景觀設計師完全通過手繪圖來表達其設計理念,既費時費力,又難于修改,隨著計算機技術的不斷發展,三維軟件的成熟,園林設計的過程可以與三維軟件相結合,通過讓計算機輔助分析,一邊觀察、感受設計效果,一邊進行相應的設計和修改,這樣的設計方式有許多優勢。

3.1通過三維建模準確確定空間比例

在三維空間中建立虛擬場景,并在場景中進行各項設計,可以準確而直觀的看到所設計的物體與環境的比例是否合適,地形的高低起伏、樹木的大小、建筑物的體量都一目了然,并且可以以人體模型為參照,對比體量的合理性,乃至進行準確的尺度設定。這樣就會讓在平面設計里粗枝大葉、毫不考慮比例關系的設計充分地暴露出來,使設計更加準確,達到“比例與尺度”這一園林設計的基本要求。

3.2具像化具體化物體形象

通過平面設計確定物體的設計位置,通過三維建模確定物體的的空間三維形象是三維輔助設計的重點優勢,對于園林來說山水地形、植物、建筑,是重中之重且不可或缺的要素,平面設計由于受到本身特性的局限,在實體設計上明顯先天不足[4],而三維輔助設計就可以很好地解決這一問題。通過三維建模可以確定物體的空間具體形態,并且可以立即看到與環境的色彩、形態等搭配是否和諧,還可以進行具體修改,避免了平面與立體的相互獨立與沖突。

3.3以現實游人視角觀察分析

無論是園林設計,還是環境設計,其根本目的都是為人服務,設計首先應當考慮的是人的感受,脫離了具體使用人的設計一定無法成為一個成功的設計,而平面設計站的角度是平面的,沒有從游人的角度來思考問題,這樣的設計方法往往造成不知所云的局面,如一個以鳳凰圖案為總體布局,總體立意是鳳凰,并且以鳳凰為名的廣場,卻讓游人在游覽過后找不到鳳凰在哪。

在三維場景中,設計人員可以在設計時以游人的視角進行觀察,看所設計的景觀是否與思考中的效果相同,其高低、位置對游人是否有不方便的影響,其設計思想從游人角度是否可以理解,這種設計不僅是對設計方式上的改進和優化,更主要的是在設計理念上改變那種脫離受眾、空來空往的設計理念,從而滿足“舒適和美觀的需要”的設計。

3.4方便直觀的展示

景觀三維輔助設計從平面到立體,從圖紙到場景的一系列三維輔助設計過程,在設計結束后得到的不再是以往設計方式所產生的一張平面圖紙,而是有對比、有色彩、有質感的一個完整仿真的三維場景,這樣無論是景點效果圖,還是整體鳥瞰圖,電腦都可以很好表現出來,并且還可根據需要進行動態畫面的制作,及其3D引擎的自由的動態空間。

4三維輔助設計流程

在進行園林三維輔助設計的具體實踐中,不同設計要求的設計過程不盡相同,但大體上有以下幾個步驟:

4.1基礎資料的調查和分析

主要任務是對要設計的地形、植被等各項條件進行全面的了解,通過收集圖紙和其他材料,了解地形地貌特征,分析植物氣候條件、土壤類型,明確設計要求,使其設計建立在實際地形地貌等條件上。

4.2方案設計

對整體園林的用地進行規劃或布置,并進行立意的構思,是采取探索性的的方法產生很粗略的框架。方案設計往往會做出多個方案,然后綜合比較分析,最終產生一個最優秀的方案。

4.3CAD平面初步設計

在CAD軟件環境下進行平面初步設計,園林設計圖主要是平面圖,但其是將立體景物通過正投影以平面圖的方式畫出來,所以此階段的設計不只是設計地形、建筑、植物等平面布局,同時也要考慮立體的景象。

4.4CAD導入三維軟件,在三維場景中初步建立場景環境

CAD是廣泛被使用的設計軟件,幾乎所有的三維軟件都兼容支持dwg格式(CAD文件的存儲格式)的文件,可以導入如“3DStudioMax”,“SketchUp(草圖大師)”等軟件,將二維平面轉化為三維環境,在三維虛擬空間中初步建立場景環境,并把平面設計的景物按照思考的景象在三維空間中建立模型,使之具體、清晰。

4.5二維與三維結合分析

通過觀察三維場景中的虛擬景觀(這里建議在Sketch-Up軟件環境中進行),可以直觀地觀察景觀的效果,多角度地分析空間分布關系,進行深入考慮。然后綜合功能的需要、藝術的要求和環境的條件等因素,逐步進行設計修改。在這一過程中,圖紙改動的工作量很大,如果是原始的圖紙,就會有很大麻煩,每一點改動都意味著圖紙的重新繪制,所以電腦制圖的優勢就十分明顯了。

4.6詳細更改設計平面圖并完善三維場景

這一步與第5步幾乎是在同一時間完成的,但為了強調分析的重要以及一邊分析一邊改進的要點,所以寫成了兩步。在分析之后核對得出改進的想法,然后修改平面圖與三維空間,這樣一步步分析,一步步改進,最終得到經過虛擬現實分析的設計,換句話說就是已經“建成并考察”的園林景觀設計了。

4.7綜合平面設計圖與三維場景進行豎向設計圖、種植設計圖、立剖面圖

由于三維場景的建立完善,設計人員已經對所設計的園林景觀環境有了充分了解,并且三維模型建立也使立面尺寸基本明確,所以豎向設計圖、種植設計圖、立剖面圖等豎向圖紙就可以十分方便地畫出來。如果是在“天正建筑TArch”這個建立在CAD平臺上的設計軟件中繪制的話,可以利用“生成立面圖”這個功能直接產生出來。

4.8以三維軟件輸出效果圖、效果動畫等

不同的三維軟件輸出圖的方式方法不一樣,統一軟件也有不同的渲染器(例如3DMax可以使用默認渲染器、V-Ray渲染器、巴西渲染器等),但是無論是什么軟件,其基本出圖方式都是一樣的,首先是調整視角,然后進行光源等設置,最后渲染輸出。這樣的圖紙效果是手繪很難比擬的,如果是以動態視角輸出的圖,則更有如現實場景的效果。

4.9進行設計匯報

由于是多媒體的文件,既可以以圖紙打印的方式形成圖紙文件,更可以結合電腦的多媒體方式對業主進行完整多角度的介紹。由于有虛擬的三維場景,所以可以很直觀的展現給非專業人士的業主,這樣避免了傳統方式非專業人士難以理解的缺憾,讓業主可以充分理解設計并與設計人員交流,提出自己的想法,使設計能真正成為滿足業主需求的設計。

5常用三維軟件介紹

5.13DMax

3DStudioMax,簡稱為3DMax或MAX,是Autodesk公司開發的基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。具有以下特點:①功能強大,擴展性好。3DMax建模功能強大,在角色動畫方面具備很強的優勢,豐富的插件是一大亮點。②操作簡單,容易上手。3DMax可以說是最容易上手的3D軟件。③與其他相關軟件配合流暢。是世界上應用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件,完全滿足制作高質量動畫、最新游戲、設計效果等領域的需要[5]。

5.2SketchUp

SketchUp是一個極受歡迎并且易于使用的3D設計軟件,官方網站將它比喻為電子設計中的“鉛筆”。它的主要賣點就是使用簡便,人人都可以快速上手。并且用戶可以將使用SketchUp創建的3D模型直接輸出至多種三維軟件中[6]。而作者也強烈推薦園林設計人員使用這款軟件,因為GoogleSketchup是一套直接面向設計方案創作過程的設計工具,其創作過程不僅能夠充分表達設計師的思想,而且完全滿足與客戶即時交流的需要,它使得設計師可以直接在電腦上進行十分直觀的構思,是三維建筑設計方案創作的優秀工具。

6結語

設計是對未來的描繪,設計師是創造未來的人,每個時代的軟件、硬件的技術發展進步都對設計產生了深遠的影響,作為21世紀信息技術時代的園林設計人員更應該積極探索,通過新技術、新方法的應用,推進園林設計的進步。三維軟件在設計過程中的輔助與應用是一種具有極大優勢的新方法,應大力推廣和應用。

7參考文獻

[1]李嘉樂.現代風景園林學的內容及其形成過程[J].中國園林,2002,18(4):3-6.

[2]龐可.三維設計技術應用及前景展望[J].電力建設,2003,24(5):4-7.

[3]羅桂環.西方對“中國──園林之母”的認識[J].自然科學史研究,2000,19(1):72-86.

[4]付芩.二維設計與三維設計的分析比較與圖形轉換[J].江漢大學學報(自然科學版),2009,37(3):72-74.

[5]袁紊玉,楊麗,徐正坤.3DMax7.0&Photoshopcs園林設計風暴[M].北京:兵器工業出版社,2005.

[6]劉嘉,葉楠,史曉松.SketchUp草圖大師:園林景觀設計[M].北京:中國電力出版社,2006.