环境艺术设计中VR技术应用浅析

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摘要：环境艺术设计涵盖生态学、建筑学、设计学、园艺学等诸多学科领域，设计师运用vr（虚拟现实）技术，可以通过现代软件手段模拟真实的环境，为用户提供视、听、触等多方面的感知体验。该文探讨VR技术的特点，分析其在环境艺术设计中的应用价值，以某主题公园为例探讨VR技术的应用。结果显示，VR技术能够为环境艺术设计提供较高满意度的使用效果，且对增强工程预算的准确性具有重要的参考价值。

关键词：环境艺术设计;VR技术;应用价值;工程实例

现代科技背景下，越来越多的软件技术被应用于环境艺术设计。VR是基于多维化的信息空间处理技术，是可以实现人的感性与理性相结合的综合环境承载技术。建立在互联网、多媒体、三维制图、数据库等信息技术基础上的VR技术，以其强大的信息感知、信息交互与视觉呈现方式，为现代环境艺术设计提供了有力支撑。越来越多的环境艺术设计师利用VR技术构建具有沉浸感、逼真视觉体验效果的环境艺术设计方案，为用户提供身临其境的多维感知体验。VR技术依靠现代软件技术影响人脑中的神经系统，经由想象和知觉两个过程，实现对虚拟场景的模拟与创造，再利用外接传感设备，实现人与虚拟环境之间的交互[1]。环境艺术设计融合了多学科领域的知识，兼顾室内与室外环境设计的诸多空间元素和装饰陈列手法，具有跨域整合的实用艺术特点。在环境艺术设计实践中，考虑到系统的综合性、复杂性、多元性，设计师需要全面整合与梳理物理信息、客观事实和设计要素，工作量十分庞大。在环境艺术设计领域引入VR技术，拓展了环境艺术设计的广度。设计师依托VR技术感知环境，为用户提供良好的浸入感，将新奇、独特的环境艺术设计以多种互动方式与用户直接交流，通过交互技术满足用户的需要，提升了环境艺术设计工作的效率和质量。

一、VR技术的基本特征

VR技术通过软件手段实现对真实环境的模拟仿真，为设计师提供了多种技术承载环境艺术设计内容和展示方式。将VR技术应用于环境艺术设计，其特征体现在三方面。

1.沉浸性

应用VR技术最直接的效果是为用户提供沉浸式的代入感。设计师通过软件手段营造环境艺术设计场景，这一虚拟的场景空间可使人具有身临其境的真实感。VR技术可以逼真、形象地重建环境艺术的各个模块，体验者可以通过佩戴专门的视觉、听觉、触觉等虚拟设备工具，感知三维空间的环境变化。在整个体验过程中，体验者全身心地投入虚拟环境中，不受外界的侵扰，从而提升体验效果[2]。如,利用360度全景显示仪，可以让体验者自主调整视角，体验环境艺术空间场景。

2.实时性

5G技术的全面应用为VR技术应用提供了支撑。利用VR技术，可以获得更加舒适的实时性数据传输显示效果，减少人对画面延迟产生的晕眩感。同时，通过提高实时画面刷新率，能够为体验者营造高速率的多维化信息交互体验。在环境艺术设计中，设计师修改和改变应用方案都需要以极快的实时刷新率满足环境艺术设计的需要。

3.交互性

在信息技术应用中，交互性是重要指标。VR技术的交互性是利用传感设备接收人的指令完成相应的数据传输，在软件计算控制中心处理各类信息数据。在环境艺术设计中，交互性体现了体验者与虚拟环境之间、人与技术设备之间的数据交互[3]。在设计师利用键盘、鼠标设计、修改相关环境艺术要素后，体验者能够快速获得不同的感受。利用VR技术的交互性，可以为体验者提供身临其境的体验感。

二、环境艺术设计中应用VR技术的价值

考虑到环境艺术设计的复杂性，在整合各类客观事实的过程中，利用VR技术可以依托软硬件，在以视觉或其他感知为基础的环境改造项目中搭建虚拟的三维空间环境。这一技术可以将设计理念融入环境要素的合理规划，以更好地改造自然环境，其价值体现在三方面。

1.变革设计方式，深度解析环境空间设计要素

从专业视角看，环境艺术设计涵盖的学科知识体系多样、繁杂。设计师在设计前需要深入了解和全面收集相关素材、资料，开展环境分析，优化环境艺术设计风格。设计师要综合评估环境艺术设计，还要融入灵感，让设计展现独特的环境艺术效果。借助VR技术，设计师可以革新设计模式，利用三维化数字模型手段，基于用户的不同需要，搭建多视角的模拟体验环境。这种高仿真、虚拟化、可交互的立体环境艺术空间，能够满足用户视、听、触等多重感官的体验需求。设计师利用三维仿真、数字技术、大数据分析等手段，可以对环境艺术设计各空间要素进行动态、多样的设计。整个设计过程的工作损耗低，展示效果直观，解决了烦琐的人工绘图带来的精度不足等问题。特别是现代计算机技术提供了强大的渲染引擎，可以实现对VR场景的高精度展示，提高了工作效率和成单率。

2.利用预演方式，增强环境艺术设计的可行性

设计师在采集项目周边环境、资源信息之后，可利用VR技术预演整个项目方案，评测该项目的安全性、环保性、空间适应性等指标。设计师可以在预演方案设计中利用VR技术测试整个环境艺术设计的关键技术、核心要点，从中发现可能存在的设计缺陷或疏漏。预演方案有助于预先验证设计可行性，减少项目实施过程中可能存在的设计隐患。在此过程中运用VR技术，可以分为前端输出模拟和后台数据处理两部分。依托高性能软硬件技术，可以建构环境艺术设计的虚拟仿真模型；利用后台数据处理中心，可科学预测和综合分析项目实施过程，检查环境艺术设计方案的科学性、可行性。

3.提高交互输出，降低环境艺术设计成本

在环境艺术设计中，设计师需要提前采集与项目有关的信息、数据、图样资料。设计师利用VR技术，可以分析整个环境艺术设计的预算，从而节省项目成本，降低不必要的开支。设计师利用VR技术的交互功能，可以根据用户的需要，动态地改进和优化设计方案，凸显VR技术的实时性、交互性、沉浸性优势，逼真地展示设计效果。设计师利用计算机辅助设计技术可节省设计时间和人力成本，改善环境艺术设计的直观展示效果。用户和设计师可针对项目展示效果互动交流，避免因沟通不畅或设计思维指向不准确带来的设计偏差。这可以更好地满足用户的设计需求，提升环境艺术设计的综合经济效益。

三、VR技术在环境艺术设计中的实施流程

在环境艺术设计领域，VR技术的应用范围十分广泛。VR技术可以为设计师提供多样、快速、高效的环境艺术设计软件环境，也便于为用户塑造更具真实感的视觉体验空间。设计师可以利用VR技术细化、完善整个环境艺术设计方案，弥补可能存在的不足，提升环境艺术设计工程的经济效益。

1.构建环境艺术设计整体设计方案

在环境艺术设计中应用VR技术之前，设计师需要采集和整理整个项目所在区域的真实空间信息，为制订整体设计方案奠定基础。环境艺术设计要体现细节，通过引入遥感技术、高分辨率摄影技术获取现场的图景信息。在构建环境艺术设计模型的过程中，设计师通常采用1：1000的比例尺，将地形图与正面拍摄的影像图匹配。利用3dsMxa软件，将地形图设置为模型的基底，将点云生成的DSM与DOM图像叠加，使其与地理信息吻合；同时，引入不同角度的建筑物高度测量数据信息，求其算术平均值，得到建筑高度值。设计师对环境艺术设计中的各个部件进行细化处理，利用CAD提取相关部件的精细图像，并精细设置其纹理，然后提取CAD数据中的高程点，实现对地表TIN（不规则三角网）模型的模拟，为后续构建DEM（数字高程模型）提供保障。最后，对三维模型中的各要素进行设计，检查模型中各要素的准确性、完整性，确保与周边环境有效整合。在运用VR技术的过程中，设计师还需要完善软硬件环境，为环境艺术设计提供技术保障。

2.VR技术在园林景观设计中的应用

在园林景观设计中引入VR技术，可以模拟逼真的园林景观设计方案，为城市环境建设提供可视化参考。园林景观艺术设计的重点是对各类园林景观要素的技术渲染。通常，园林景观中树木的品种较多，建筑房屋相对较少，建模难度更大。设计师可利用VR技术完成设计方案的建模和动态贴膜设计。园林景观模型包括静态和动态两类景物。VR技术可以利用相机镜头代替人的视线，借助虚拟环境构成不同的视觉浏览线路。用户通过这些浏览线路，可以全面、直观、动态地感知园林景观设计方案的特点。考虑到用户需求的多样性，依靠VR技术还可以实现用户自定义园林景观浏览线路，使园林景观中的所有要素能够契合用户的浏览线路和视角，展现逼真的园林景观。由此，VR技术带来的视觉沉浸感和临场感，为用户提供了多样化的浏览选择。

3.VR技术在城市交通环境艺术设计中的应用

城市化建设对城市交通环境的设计需求越来越大。城市交通建设的主要功能在于提供便捷、高效的交通服务。引入VR技术，可以实时、动态地监管整个城市的交通运输状况，更有效地缓解交通压力。城市交通环境艺术设计首先要采集整个城市的所有道路交通信息，形成基础数据库；其次，根据交通环境实际情况，对不同道路采用不同的空间关系组合；再次，明确城市核心交通网络，作为交通模型的基础框架，再由此延伸对其他道路的位置关系的设定；最后，形成整个城市交通环境大数据。通过VR技术打造的城市交通环境网络，可以为身处城市街道的任何一个点提供最新、最快捷、最高效的道路交通选择方案，包括对路口、道路交通信号灯、往来车辆状况以及道路交通其他参考物等进行仿真设计和布置，以提升城市交通环境服务水平。4.VR技术在社区环境艺术设计中的应用社区环境艺术设计建设为美化社区环境，营造健康、和谐的社区生活创造了条件。在社区环境艺术设计中利用VR技术，可以虚拟建模社区内各类建筑物、自然环境等要素，以满足社区环境改造的需要。VR技术将社会环境规划与设计融入虚拟环境，便于人们获得直观、真实的视觉体验效果。另外，VR技术可以漫游社区的各个地点，还能实时监控和管理社区各项基础设施和绿色区域。

四、环境艺术设计对VR技术的应用方法

环境艺术设计对VR技术的应用，可以通过采集项目环境真实数据，利用软硬件技术塑造虚拟现实环境艺术场景。其设计方法如下。

1.采集数据，构建三维景观模型

在环境艺术设计中，数据采集是首要任务。设计师可以利用GoogleSketchup平台采集项目所在地的地形、影像数据等信息，该平台有助于建立项目环境的三维景观模型，其流程如下。测绘项目周边环境，得到二维矢量图，再利用图像处理软件抓取原图关键信息，如树木、建筑、湖泊、草坪、道路等块状环境形态数据。利用软件技术提高数字虚拟环境模型的视觉整体效果，并确保各环境形态要素处于闭合状态，转角线不能相交。利用专业相机全面拍摄整个真实环境，构成基础数据库。利用GoogleSketchup平台，从原始环境图片中提取相应的纹理信息、环境层数。设计师需要将全部图片编号、存储，并对部分图片进行适当修改、处理，确保整个场景纹理信息的完整性。设计师要注重小角度拍摄，获得正面、准确的纹理信息，解决可能存在的遮挡物，确保环境图片真实、完整、有效。接着，在得到环境艺术设计环境图像信息后，设计师要增强VR模型的真实性，对三维模型进行贴图管理。方式有两种：其一，编辑真实的环境图像纹理，利用Photoshop处理后直接应用到三维模型中；其二，对于重要部位，直接将真实的环境贴图应用于模型，对于其他部分采用软件处理纹理贴图。利用GoogleSketchup平台的纹理和材质编辑器，可以快速处理相关环境图片，纹理贴图让整个VR场景画面更逼真。最后，将二维矢量图嵌入三维模型，丰富场景的地形和影像效果。在三维环境模型的建构中，设计师要整合初步模型与其他辅助模型，共同嵌入三维景观模型，以SKP格式存储，再将之嵌入GoogleSetchup平台，k这样就可以通过平台View浏览器浏览。

2.融入创意观念，开展景观模型形态创作

在环境艺术设计中，设计师需要融入主观的审美意象，展现环境艺术设计作品的创意。对于三维环境景观模型，设计师应通过对不同部位进行环境形态创作，展现环境艺术设计的审美性、艺术性、技术性特征。一方面，设计师要结合主观认识，融入求新、求变、求奇思维，改造与创新景观模型。另一方面，设计师要修饰和美化物体的形态、大小、材质，增强景观环境的沉浸性、交互性和多感知性，使用户获得真实的体验感受。在客观艺术层面，设计师通过时间拼贴、空间重构、虚实互融等手段增强虚拟三维模型的精准性、完整性，让用户能够从中获得逼真的可视化体验效果。

3.引入混沌式生成法，提升环境艺术设计质量

在三维景观模型设计中应用VR技术，可以引入混沌式生成法，即立足环境艺术设计的环境形态，整体上由最下层开始，逐步展开到最上层。洛伦兹将气象数据嵌入相位空间图，得到双螺旋线图，该混沌模型对初始条件具有很高的辨识度，可以根据用户体验环境的过程建构环境形态。以某城市主题公园环境艺术设计为例，该项目占地72.3万平方米，预算成本400万元。为了增强环境形态的逼真效果，设计师先设计主要景观形态，包括园区道路、树木、健身器材、草坪、湖泊等，完成环境数据采集，构建三维环境模型。这样得到的主题公园三维建模误差低于1.2%，具有较高的精度，为构建VR环境艺术景观模型提供了数据支撑。设计师引入ZBrush三维建模软件评估整个环境艺术设计的施工、成本等。结果显示，引入VR技术提高了整个环境艺术设计的逼真度，设计效率提升约33%，相较于单独利用ZBrush三维建模软件，设计成本降低超过35%。

五、结论与展望

在现代环境艺术设计中融入VR技术，提高了环境艺术设计的逼真度和效率，降低了设计成本。总体而言，未来随着VR技术的不断更新，其在环境艺术设计中的优势会更加突出。第一，VR技术能够有效弥补传统设计的缺陷。VR技术不受制于场地、经费，可以在虚拟环境下完成设计方案，为用户提供直观、动态、高仿真度的沉浸式感知环境。第二，VR技术能够突破时间、空间的局限，为融入设计师的创意创造条件。VR技术可以模拟任何场景，如，模拟中生代的环境，给人提供中生代的虚拟仿真体验，近距离接触恐龙，等等。VR技术营造的虚拟仿真环境为设计师注入设计创意提供了有利条件。第三，VR技术可以防范可能存在的设计缺陷。环境艺术设计要素十分复杂，存在一定的风险。利用VR技术，可以在虚拟环境中营造身临其境的体验氛围，规避相关风险。第四，VR技术有助于促进用户与设计师之间的双向有效互动。在VR技术搭建的虚拟仿真环境中，设计师可以根据用户的需求及时地修改和完善各种设计要素，直观地展示三维空间效果，这样能够增进双方的有效沟通，提高用户对环境艺术设计的满意度。

参考文献：

[1]刘现鹏.空间结构设计中全视角数字化展示技术的应用[J].建筑结构，2021，51（21）：154.

[2]臧谷钰鑫.虚拟现实技术在环境艺术设计中的运用[J].科技风，2021（5）：75-76.

[3]董治年.当代数字化科技背景下环境设计的艺术与科技共生性[J].工业工程设计，2021，3（2）：89-93，102.

作者:李文芳 单位:江西软件职业技术大学