计算机视觉在环境艺术设计的应用

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在计算机产业快速发展的时代，计算机视觉技术也越加完善，作为_门综合型学科，计算机视觉研究范围广泛，涉及视光学、计算机、自动化、图像处理等众多领域。在现代设计中，学习运用技术与提升视觉美感同样重要，好的环境艺术设计作品可借助计算机视觉技术，营造模拟现实的视觉环境，使设计方案更加科学化、合理化，增加设计方案与环境的兼容性，也可在作品中运用辅助设计工具融入秩序美感，通过借助程序规则加强设计者对各类设计元素的灵活把控，为后期设计方案的搭建提供更高效率的辅助作用。上图是一家西班牙酒店设计公司打造的可移动生态酒店，该酒店采用微建筑形态，夕卜观简约，贴合自然，酒店房间形似一个个独立的模块化的"茧"，满足现代人追求隐私感及现代感的居住需求。这家酒店的特点在于酒店房间可放置于不同的地点，模糊室内外界限，可以随时随地感受自然，且房间安装简便，拆除可不留痕迹，在满足旅店式住房需求的同时，降低对环境的污染及对周边土壤的干扰。可移动式设计方案使得酒店的建设前期需要大量的考察工作，但鉴于酒店的选址及考察过程过于复杂繁琐，仅靠人工难以在短期内选择多个满足需求的地点，因此可引入计算机视觉技术，构建虚拟酒店模型，完成酒店房间及周边环境搭建，模拟真实场景，并在后续的工况监视、质量控制等过程中发挥作用，如材料尺寸测量、建设环境探访、地面平整度勘测等。这家生态酒店外表简约，多采用木材、玻璃及钢化材料搭建，仅通过金属支脚与地面连接，支脚可灵活调节，方面应对各种不平整的地面情况，安全实用。可移动的特点使得设计方案在材料选择上需以轻便、耐用、不易形变、不影响环境为主，尤其木材的选择需比一般木材的开采、运输损耗要低，环保且保暖性好，大量多类型的材料辨别可依靠材料感知系统，基于计算机视觉技术的材料感知系统可通过采集目标材料的图像，明确材料的种类、材质、颜色、夕卜形等特点，分析材料的表面光滑度、柔软度、光泽度等属性特征，智能筛选目标材料，降低人力、经费损耗，提升材料选择的高效性与准确性，并可在长期使用中，建立材料类別库，方便在同类型设计方案进行材料的辨识与选择。

酒店房间内部简单大方，整体面积约30平方米，拥有一到两个卧室，兼具客房、卫生间、厨房、室外露台等房间的功能，可在不影响环境的基础上随意调整卧室数量，并设计各类精巧的弹出式附加结构，增加储物空间，提升房间利用率，保证居住空间排布的合理性和开阔性。为保证房间的宽敞明亮，应着重考虑不同光线条件下，物品位置带来的阴影变化，不同阴影效果会给房间带来不同的视觉感受，如窗边强烈的明暗对比会产生充满生机的视觉效果，而角落处大面积的阴影则会产生制造一种强烈的悬疑视感。在运用计算机视觉技术搭建虚拟三维场景时，可使用点光源模拟光线效果，观察不同光线角度形成的光影效果，并考虑到不同玻璃材质透光性的区别及酒店的实际应用地区，参考当地的四季光线变化，尽可能模拟多种天气效果，力求延长房间展现良好阳光效果的时间。可见，运用计算机视觉技术可以依据环境特点做出相应的设计调整，大大提升设计应用的准确性和科学性。上图是浙江安吉横源里村民居改造图，近年来人们越发热衷乡村生态游，也为乡村发展带来了新机遇，打造乡村宜居地，既要保留乡村本土文化，又要融合现代生活理念，让人们感受乡村生活的同时，也能舒适安然。浙江省安吉县位于群山环抱中，地势低矮，雨水充沛、环境优美、资源丰富，当地乡村气息浓厚，但建筑物普遍质量较差，部分屋顶、墙体出现严重损毁。在践行改造计划的势头下，如何巧妙的利用原有墙体基础，设计出符合村内特殊韵味的方案成为改造工程的重中之重。仅按照传统思路进行设计未免失去了改造的意义，在现代建筑设计中，可利用计算机视觉技术创建3D模型，参照当前的地理环境创建地形模型，明确建筑与环境关系，将原有墙体的图像导入模型中，在此基础上进行单体建筑设计，可以直观的反映规划建筑的位置、体量、色彩、相对关系及建筑体自身的各项数据，形成数据库，方便以任意角度观察建筑模型，设计元素丰富，制作成本低，易保存，易修改，可短期内形成一个真实建成效果，模拟真实的改造建筑的表现力。

3D模型同样适用于整片城区的规划，在改造前，村内房屋之间排布紧密，为避免互相干扰，相邻两户通常避免同时开窗或尽量减少开窗，而对于临街的房屋，虽然可以随时看到青山绿水，但难免会受到道路干扰，因此在方案设计中，可尽量避免此类问题，如在房顶增加天窗，扩大房屋间隔，增加防噪音设计等，对此，计算机视觉技术可以在分析模型的构成元素时，借助数据信息进行重新规划，等比缩放模型中各建筑物的大小和比值，明确建筑、人物及周边设施的比例关系，并融入景观环境设计，增强改造工程的协调性，提高房屋设计的独立性，设计出符合人们审美规律的比例感。此外，对于房屋内部，计算机视觉技术同样可以模拟真实房屋内部的视角变化、光照变化、形态变化等，立体化展示建筑物的内部结构，可随时调整家居摆放、模拟灯光效果；使居家环境的视觉美感呈现的更加自然、协调。在建筑改造的施工过程中，工人除建造任务外，还需处理各类现场监测、工程监督等任务，保证通讯设备畅通，确保现场作业的安全性，并随时排除不安全因素及施工问题，但人工检测难免出现纰漏，对此，计算机视觉技术有着较大的应用潜力，该技术可实现对多个不同对象主体进行分类和定位，并基于人工特征进行背景识別、动作识别和对象识别，依据现场作业的视频数据，实时观测现场的施工情况，观测建造工艺是否偏离设计方案，分析施工效果，识别建筑外观缺陷。在安全方面，该技术可识別作业人员是否佩戴好安全装备、设置好安全保护措施，如安全帽、护目镜、安全绳、防护栏等，在发生紧急情况时还可及时发出警示，保证现场人员的生命安全。此外，该技术可实现一个或多个目标对象的跟S宗，识别现场工作人员的运动轨迹，协助规划和跟进人员的现场活动，优化施工流程，减少协调和等待时间，提升施工进度，降低工程成本。总而言之，计算机视觉技术丰富了环境艺术设计的概念及形式，使设计本身不再受空间和时间上的束缚，做到艺术设计与环境的自然融合，对提升环境艺术设计水平具有一定的现实意义。

作者：张舜 单位：广西交通职业技术学院