探求三维软件在园林景观设计中的运用论文

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摘要：阐述了园林设计与三维软件相结合,通过计算机辅助分析和设计,进行交互式交流,进行空间实体与平面图形统一的设计方法。介绍了多角度的分析空间分布关系,综合功能的需要、艺术的要求和环境条件等因素的设计优势,对比了二维平面设计与三维空间设计在分析、修改中的差别,并提出园林设计必将从二维图纸进入到三维空间的发展前景。

关键词：园林设计;三维制作软件;3DMax;SketchUp(草图大师)

计算机已经应用于社会生活的各个方面,计算机辅助设计技术应用于园林设计也有很长一段时间,但大多仅限于二维图形制作,三维软件大多是在设计结束后进行效果图制作时才参与进来,即目前的设计仍是在二维的平面中设计三维的空间实体。但是随着计算机技术的不断进步,三维软件的发展成熟,目前的技术条件已经可以使设计从二维图纸进入到三维空间,而三维软件的发展也可以满足设计中各个过程的要求,该文主要对三维软件在园林景观设计中参与辅助的各项过程作初步的探究。

1园林概况及三维制作软件简介

园林经过漫长的发展,已经成为人类文明、生活及精神情感都离不开的一部分空间,并且园林的范围也早已超越狭义上的庭院、庄园,而是扩大到城市环境、风景保护区、大地景观等领域,涉及人类生活的各个方面。自从19世纪下半叶,美国造园大师欧姆斯特德(Fredericklowolmsted)规划了纽约中央公园、波斯顿和华盛顿绿地系统,第一个把自己的职业称为风景园林师(landscapearchitect),自此园林扩大到城市整体绿化的范畴,逐渐形成一门独立的专业和具有特定内涵的专业学科,并标志现代风景园林学的建立[1]。概括的说,园林就是在一定地域,运用工程技术和艺术手段,通过整地理水、植物栽植和建筑布置的途径,创造出一个供人们观赏、游憩的优美环境。

三维也称3D(three-dimensional),即三维图形。显示3D图形,实际是在平面里显示三维图形,形成立体感。计算机屏幕是平面二维的,人们之所以能欣赏到真如实物般的三维图像是由于人眼产生视觉上的错觉。而三维制作就是在计算机中建立一个虚拟的世界,设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景,并且根据要求设定模型的各种属性参数。制作各种模型或场景的软件就是三维制作软件。由于其精确性、真实性和无限的可操作性,已经被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等许多领域中[2]。

2传统园林设计概况及存在问题

中国是一个园林历史十分悠久的国家,无论是在园林植物的选育、栽培,还是在创作的园林精品上都有极大的特色,对世界产生了重大影响,被誉为“世界园林之母”(E.H.Wilson)[3],是世界三大园林发源地(西亚、希腊和中国)之一,但由于多种多样的原因,我国的园林教育事业和学科发展起步较晚,在很多方面存在欠缺和不足,所以应当充分了解、学习世界先进的设计思想和设计方法。

传统的设计手段,主要是使用手绘的方式绘制设计图、施工图、效果图、立面图等,当CAD这种矢量制图软件出现后,因其标准化、高效化等多方面的优势,人们大都已经在绘制设计图、施工图中使用CAD软件来进行制图,并且在各种设计行业里广泛使用。但是由于CAD是主要面向两维平面设计制图的软件,因此在某些方面仍有平面制图局限所带来的问题。

2.1空间比例不明确

由于是在平面上通过平面构图设计立体的物体景观,因此往往会造成在平面布局设计时忽略立面额空间上的数比关系,而出现虽然平面上十分优美,而实际中却十分古怪的设计,更有些初学者会设计出10m多长的桌子、几十米宽的小路等笑话。

2.2设计形象不具像

由于在进行平面设计时看到的仅是平面图标,其立面、三维形象大多是在脑中形成的模糊形象,更不用说全面地考虑其物与物、物与地形等的相互关系,而由于脑中并未对实体形象进行深入、认真的思考,在画透视效果图时,仅按照好看美观来绘制,而根本脱离了自己在平面设计的位置关系,这样就造成了在平面设计时看似很好的搭配,在立面或施工中却发现十分不协调乃至根本无法实现的情况。

2.3在展示给业主等非专业人士时不便

由于没有形成真实完整的空间实体,传统方式只有靠一张张的手绘图给他人进行展示,并且由于手绘方式自身的特性局限,造成了大多仅能展示一部分的视点视域,且需要花费大量的时间和精力,而且当设计有一点改动时,这些原来绘制的图画将会完全失效,全部都要重新绘制。

3三维软件的优势

在传统的园林景观设计中,景观设计师完全通过手绘图来表达其设计理念,既费时费力,又难于修改,随着计算机技术的不断发展,三维软件的成熟,园林设计的过程可以与三维软件相结合,通过让计算机辅助分析,一边观察、感受设计效果,一边进行相应的设计和修改,这样的设计方式有许多优势。

3.1通过三维建模准确确定空间比例

在三维空间中建立虚拟场景,并在场景中进行各项设计,可以准确而直观的看到所设计的物体与环境的比例是否合适,地形的高低起伏、树木的大小、建筑物的体量都一目了然,并且可以以人体模型为参照,对比体量的合理性,乃至进行准确的尺度设定。这样就会让在平面设计里粗枝大叶、毫不考虑比例关系的设计充分地暴露出来,使设计更加准确,达到“比例与尺度”这一园林设计的基本要求。

3.2具像化具体化物体形象

通过平面设计确定物体的设计位置,通过三维建模确定物体的的空间三维形象是三维辅助设计的重点优势,对于园林来说山水地形、植物、建筑,是重中之重且不可或缺的要素,平面设计由于受到本身特性的局限,在实体设计上明显先天不足[4],而三维辅助设计就可以很好地解决这一问题。通过三维建模可以确定物体的空间具体形态,并且可以立即看到与环境的色彩、形态等搭配是否和谐,还可以进行具体修改,避免了平面与立体的相互独立与冲突。

3.3以现实游人视角观察分析

无论是园林设计,还是环境设计,其根本目的都是为人服务,设计首先应当考虑的是人的感受,脱离了具体使用人的设计一定无法成为一个成功的设计,而平面设计站的角度是平面的,没有从游人的角度来思考问题,这样的设计方法往往造成不知所云的局面,如一个以凤凰图案为总体布局,总体立意是凤凰,并且以凤凰为名的广场,却让游人在游览过后找不到凤凰在哪。

在三维场景中,设计人员可以在设计时以游人的视角进行观察,看所设计的景观是否与思考中的效果相同,其高低、位置对游人是否有不方便的影响,其设计思想从游人角度是否可以理解,这种设计不仅是对设计方式上的改进和优化,更主要的是在设计理念上改变那种脱离受众、空来空往的设计理念,从而满足“舒适和美观的需要”的设计。

3.4方便直观的展示

景观三维辅助设计从平面到立体,从图纸到场景的一系列三维辅助设计过程,在设计结束后得到的不再是以往设计方式所产生的一张平面图纸,而是有对比、有色彩、有质感的一个完整仿真的三维场景,这样无论是景点效果图,还是整体鸟瞰图,电脑都可以很好表现出来,并且还可根据需要进行动态画面的制作,及其3D引擎的自由的动态空间。

4三维辅助设计流程

在进行园林三维辅助设计的具体实践中,不同设计要求的设计过程不尽相同,但大体上有以下几个步骤:

4.1基础资料的调查和分析

主要任务是对要设计的地形、植被等各项条件进行全面的了解,通过收集图纸和其他材料,了解地形地貌特征,分析植物气候条件、土壤类型,明确设计要求,使其设计建立在实际地形地貌等条件上。

4.2方案设计

对整体园林的用地进行规划或布置,并进行立意的构思,是采取探索性的的方法产生很粗略的框架。方案设计往往会做出多个方案,然后综合比较分析,最终产生一个最优秀的方案。

4.3CAD平面初步设计

在CAD软件环境下进行平面初步设计,园林设计图主要是平面图,但其是将立体景物通过正投影以平面图的方式画出来,所以此阶段的设计不只是设计地形、建筑、植物等平面布局,同时也要考虑立体的景象。

4.4CAD导入三维软件,在三维场景中初步建立场景环境

CAD是广泛被使用的设计软件,几乎所有的三维软件都兼容支持dwg格式(CAD文件的存储格式)的文件,可以导入如“3DStudioMax”,“SketchUp(草图大师)”等软件,将二维平面转化为三维环境,在三维虚拟空间中初步建立场景环境,并把平面设计的景物按照思考的景象在三维空间中建立模型,使之具体、清晰。

4.5二维与三维结合分析

通过观察三维场景中的虚拟景观(这里建议在Sketch-Up软件环境中进行),可以直观地观察景观的效果,多角度地分析空间分布关系,进行深入考虑。然后综合功能的需要、艺术的要求和环境的条件等因素,逐步进行设计修改。在这一过程中,图纸改动的工作量很大,如果是原始的图纸,就会有很大麻烦,每一点改动都意味着图纸的重新绘制,所以电脑制图的优势就十分明显了。

4.6详细更改设计平面图并完善三维场景

这一步与第5步几乎是在同一时间完成的,但为了强调分析的重要以及一边分析一边改进的要点,所以写成了两步。在分析之后核对得出改进的想法,然后修改平面图与三维空间,这样一步步分析,一步步改进,最终得到经过虚拟现实分析的设计,换句话说就是已经“建成并考察”的园林景观设计了。

4.7综合平面设计图与三维场景进行竖向设计图、种植设计图、立剖面图

由于三维场景的建立完善,设计人员已经对所设计的园林景观环境有了充分了解,并且三维模型建立也使立面尺寸基本明确,所以竖向设计图、种植设计图、立剖面图等竖向图纸就可以十分方便地画出来。如果是在“天正建筑TArch”这个建立在CAD平台上的设计软件中绘制的话,可以利用“生成立面图”这个功能直接产生出来。

4.8以三维软件输出效果图、效果动画等

不同的三维软件输出图的方式方法不一样,统一软件也有不同的渲染器(例如3DMax可以使用默认渲染器、V-Ray渲染器、巴西渲染器等),但是无论是什么软件,其基本出图方式都是一样的,首先是调整视角,然后进行光源等设置,最后渲染输出。这样的图纸效果是手绘很难比拟的,如果是以动态视角输出的图,则更有如现实场景的效果。

4.9进行设计汇报

由于是多媒体的文件,既可以以图纸打印的方式形成图纸文件,更可以结合电脑的多媒体方式对业主进行完整多角度的介绍。由于有虚拟的三维场景,所以可以很直观的展现给非专业人士的业主,这样避免了传统方式非专业人士难以理解的缺憾,让业主可以充分理解设计并与设计人员交流,提出自己的想法,使设计能真正成为满足业主需求的设计。

5常用三维软件介绍

5.13DMax

3DStudioMax,简称为3DMax或MAX,是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。具有以下特点:①功能强大,扩展性好。3DMax建模功能强大,在角色动画方面具备很强的优势,丰富的插件是一大亮点。②操作简单,容易上手。3DMax可以说是最容易上手的3D软件。③与其他相关软件配合流畅。是世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件,完全满足制作高质量动画、最新游戏、设计效果等领域的需要[5]。

5.2SketchUp

SketchUp是一个极受欢迎并且易于使用的3D设计软件,官方网站将它比喻为电子设计中的“铅笔”。它的主要卖点就是使用简便,人人都可以快速上手。并且用户可以将使用SketchUp创建的3D模型直接输出至多种三维软件中[6]。而作者也强烈推荐园林设计人员使用这款软件,因为GoogleSketchup是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具,其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想,而且完全满足与客户即时交流的需要,它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思,是三维建筑设计方案创作的优秀工具。

6结语

设计是对未来的描绘,设计师是创造未来的人,每个时代的软件、硬件的技术发展进步都对设计产生了深远的影响,作为21世纪信息技术时代的园林设计人员更应该积极探索,通过新技术、新方法的应用,推进园林设计的进步。三维软件在设计过程中的辅助与应用是一种具有极大优势的新方法,应大力推广和应用。

7参考文献

[1]李嘉乐.现代风景园林学的内容及其形成过程[J].中国园林,2002,18(4):3-6.

[2]庞可.三维设计技术应用及前景展望[J].电力建设,2003,24(5):4-7.

[3]罗桂环.西方对“中国──园林之母”的认识[J].自然科学史研究,2000,19(1):72-86.

[4]付芩.二维设计与三维设计的分析比较与图形转换[J].江汉大学学报(自然科学版),2009,37(3):72-74.

[5]袁紊玉,杨丽,徐正坤.3DMax7.0&Photoshopcs园林设计风暴[M].北京:兵器工业出版社,2005.

[6]刘嘉,叶楠,史晓松.SketchUp草图大师:园林景观设计[M].北京:中国电力出版社,2006.