数字技术对景观设计流程的3个更新与应用

数字技术对景观设计流程的更新与应用

 

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州510010）

 

摘要：数字化时代，人工智能、物联网等技术的发展正逐步改变传统的工作流程，景观设计行业正在由传统手工作业的方式转变为计算机技术辅助设计的方式。简述了景观设计工作流程发展的3个阶段，并列举了现阶段正在影响景观工作流程的数字技术，旨在开拓视野，为行业的发展探讨新的方向。

 

1景观设计方法

 

1.1纸质媒介时代

 

我国古代园林的设计工作流程来源于纸墨的出现，纸出现于东汉时期，毛笔可追溯至秦朝，纸质媒介的产生使得造园工艺进一步细化，木质构件可绘于纸上供反复使用。明末计成将造园思想，经验集合成书、并绘图235张，著成《园冶》，影响至今。清朝时期，“样式雷”七代人完成了大量古建筑的设计与建造，现存的“样式雷”样图仍保存在中国国家图书馆中，“样式雷”是纸介时代设计技术的集大成者。

 

与古典园林的造园方法不同，现代景观设计工作流程从国外传入，设计师借助辅助工具，如直尺、铅笔、圆规、三角板等，进一步规范了设计图纸，水粉、水彩、马克笔等彩色颜料的使用，也丰富了方案设计的内容，国外的设计流程奠定了现代景观设计的基础。随着技术的发展，设计师进一步细化了作图过程，将整个设计工作流程分为方案设计、扩初设计和施工图设计3个阶段，其中运用施工图设计的硫酸纸叠图和晒蓝图的传统沿用至今。

 

1.2数字媒介时代

 

数字媒介依托于数字信息的发展，经过不断的技术更替，形成了以计算机技术为核心的信息时代。20世纪60年代，美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，美国通用汽车公司和美国波音航空公司开始使用自行开发的交互式绘图系统，CAD（ComputerAidedDrawing）软件诞生了。

20世纪80年代台式电脑普及后，CAD得到广泛运用，从此设计师告别了传统的尺笔作图的设计方式，进入了计算机图形交互时代；经过不断发展，CAD迈入三维设计领域；1990年，Autodesk发布了动画工作软件3DStudio，该软件是常用建模软件3Dmax的前身；1994年StevenMolnar和MichaelCox等针对三维模型实时渲染提出了sort分类策略，该策略奠定了分布式渲染领域的基础；随后几年，经过计算机图形学的不断发展，各种三维软件层出不穷，形成了现在较为稳定的景观设计工作流，即前期概念以纸笔或者iPad绘制草图，运用CAD描绘基础线性，随后导入Skechup中进行三维设计，逐步推敲方案细节，方案确定后，再将模型导入Lumion、D5、Vray等渲染软件进行渲染，呈现不限于图片、视频、AR等设计成果，方案确定后进入初步设计阶段，设计师将CAD图纸导入天正软件中，进一步绘制详细施工图，至此设计阶段完成。

 

现代景观设计工作流相比于纸质媒介工作流得到进一步的提升，其生产效率设计还原度、准确度大大提高，在质量控制较好的地产景观中，设计效果图与实际建成的相似度可以达到80%以上。

 

1.3智能化时代

 

伴随着人工智能、计算机深度学习与神经网络、物联网、智慧城市等技术的发展，数字化逐渐迈向智能化，

在现在已经出现并可以运用到景观设计流程中的技术主要为ChatGPT和AICG。

 

ChatGPT是科技公司OpenAI研发的聊天机器人程序，于2022年11月30日发布，ChatGPT是基于神经网络与深度学习的自然语言处理工具，能够通过输入的语言对话，学习和理解人类的语义与内容，并做出相应的回复，广泛用于翻译、文案、代码等与文字处理相关的任务，在景观设计中可用于设计规范的查询、设计文案的制作、软件插件的代码生成等。

 

AICG是“ArtificialIntelligenceandComputerGraphics”的缩写，即人工智能与计算机图形学，AICG通过学科交叉，将人工智能技术应用于图像处理上，创造出具有交互性和逼真度的数字内容和体验。这些技术可广泛运用于建筑设计、景观设计、动画制作、游戏开发、影视动画、医疗模拟等领域。

现在效果较好的AICG软件为DiscoDiffusion和Midjuourney，此类软件可通过输入文字在几分钟内生成二维图形，并通过神经算法，进一步增加关键字的契合度。但AICG并不局限于二维图形的制作，如今OpenAI公司的Shap-E算法可以通过文字直接生成3D模型，NVIDIA公司的新技术Neuralangelo可以通过视频生成3D模型，这些新技术的出现可以更新现有的景观设计流程，例如部分设计公司运用DiscoDiffusion和Midjuourney通过简单的形体推敲快速生成概念方案，并迅速确定设计方向，减少前期沟通成本，提高工作效率。在未来，也许人们可以直接通过文字描述实现设计方案的生成与迭代，并通过人工智能算法直接生成三维模型。

 

 

2正在影响景观设计流程的数字技术

 

2.13D扫描技术

 

3D扫描是集光、机、电和计算机图形学于一体的高新技术，是通过激光或者摄影对物体空间外观及色彩进行扫描，将物体的空间信息转化为计算机能识别的数字信息的一种手段，具有对物体损伤小、速度快、精度高、操作便捷、数据全面等特点[1]。3D扫描的生成结果可与多种软件对接，如CAD、CAM、BIM、3DMAX等，该技术已经广泛运用于医疗、工业、影视、游戏、建筑等行业。现如今，3D扫描技术应用于景观行业的数字文旅规划，城市、山地三维扫描中。

 

2.1.13D打印技术。

3D打印技术也被称为“增材制造”（AdditiveManufacturing），是利用自动化技术、计算机技术、激光技术、新型材料技术等将三维虚拟模型通过层层叠加的方式转换为实体模型的一种新型技术。用较通俗的方式可解释为3D打印技术是3D分层扫描技术的逆向操作，3D打印技术在工业设计、建筑设计、土木施工、桥梁设计等领域均有所运用，具有造型丰富、效率高、精度高等特点。

2017年，同济大学与数字技术团队在上海滴水湖运用MP材料，实现了整体3D打印的结构性能化展亭。2021年，扎哈·哈迪德建筑事务所利用3D打印技术，在意大利威尼斯建造了世界首座3D打印无加固混凝土桥；同年，奥雅设计在济南阅麓山儿童乐园中运用3D打印技术制作了儿童游乐构筑物，实现了施工成品与方案设计的完全吻合。3D打印技术的产生打破了以往设计与建造的惯性思维，使结构复杂的异性结构变为可能，随着技术的普及，3D打印技术将更多地运用在景观设计的构筑物、桥梁、雕塑等景观元素中。

2.1.2古建筑修复。

随着数字技术的发展，三维扫描技术也逐渐运用在古建筑保护工作中，2004年，北京故宫博物院联合徕卡公司对太和殿、太和门、神武门等5处建筑实行数字采集工作，2010年，国家文物局启动了“中国古建筑精细测绘”专项研究，随后各高校各自展开专题工作，分别对长城、圆明园、佛光寺东大殿等古建筑进行了三维模型的扫描与重建，并利用计算机模拟修复方案，测绘模型也可作为数据长期保存，避免了像传统测绘资料的遗失。3D扫描的出现为古建筑的保护修缮提供了新思路，也为历史文物数字化提供了新方法。

 

2.1.3智慧城市。随着“智慧城市”概念的兴起，城市的三维重建技术被运用得越来越广泛，技术人员运用无人机倾斜摄影技术将城市实景转化为点云数据。随后通过模型重建形成三维实景模型，并以三维实景模型为基础，进行城市规划、市政交通、水和能源、政务业务等系统的创建，将环境与人的关系以数据的方式呈现，形成更灵敏、更高效、更可持续发展的城市。

 

2.1.4模型实景扫描。2019年，著名游戏引擎公司EPIC收购了全球最大的扫描模型公司Quixel，并将其模型库Megascans免费开放给用户；2022年国内最大的三维扫描资产软件PBRMAX上线，开放了众多的高精度古建筑资产的下载权限，从此扫描模型开始走向大众。目前，三维扫描模型集中于游戏、影视、动画等行业中，以扫描模型和PBR材质为基础，可创造出媲美现实的画面，在未来的景观设计中，可将该技术运用至对造型材质要求较高的景观石和造型植物。

 

 

2.2可交互的实时渲染技术

 

景观设计工作流程中，设计想法的三维空间表现称之为效果图，效果图的发展经历了4个阶段：手绘效果图、简易模型导出、离线渲染、实时渲染。每个阶段的更替都代表技术的更迭，也代表效果图的质量更加真实，目前的工作流程仍以实时渲染技术为主，实时渲染的代表软件有lumion、Escape、D5等。这些软件的工作流程几乎类似，导入三维模型调整材质，增加植物、人、车等配景模型，调整光影角度并确定相机位置，导出图片或者视频。

基于硬件升级及渲染管线的优化，景观设计中的实时渲染技术显然还有更大的发展空间，随着元宇宙、智慧城市、数字孪生、AR（增强显示）、VR（虚拟现实）等理念的提出，过去输出图片或视频的实时渲染并不能满足市场的需求，市场需要可交互的实时渲染，即类似游戏设计一样，将三维的场景模型搬到虚拟世界中，不留死角地展示每一个景观节点。

 

现在市场上可以实现即时交互的实时渲染软件主要是Unity和Unreal，这两款软件并不是传统意义的渲染软件，而是基于实时渲染技术的游戏引擎。作为游戏创作的驱动，实时渲染技术只是软件功能中的一小部分，完整的功能包括物理引擎、碰撞检测、音效动画、人工智能、脚本引擎、网络引擎等。相比于渲染软件，游戏引擎具有较高的自由度，内容创作者可以根据需求接入不同的API，并进行二次开发，形成一个独立的系统[2]。如各城市的智慧城市系统、智慧交通系统、智慧工地系统等。目前景观设计公司山水比德和奥雅设计均在开发以Unreal为基础的景观设计系统，山水比德将CAD接入Unreal中，可实时反馈更改的植物品种，奥雅设计在Unreal中开发元宇宙、交互特效等产品。

 

2.3Rhino与grasshopper参数化设计

 

参数化设计是一种计算机辅助的设计方式，通过在参数化平台上设置带有参数的逻辑集合，将所有的要素都转换以数值形式表示的变量，通过调整不同的变量得到完全不同的设计成果，其本质是拥有多个数据输入接口的计算机程序语言[3]。相比传统的设计方法，参数化设计更加强调过程的完整性，而非最终结果的完整性，因此，参数化设计的逻辑闭环尤为重要，一旦设计逻辑成立，设计师只需要调整任一参数，则最终的生成的结果完全不同。由于设计的过程由计算机完成，设计师的工作重点在于逻辑的构建和生成结果的评价，最终的设计方案根据不同的条件筛选得出，减少了设计师的重复工作，提高了工作效率。

 

在景观设计中，运用较多的参数化软件为Rhino和Grasshopper。Rihno最初应用于工业设计领域，凭借优异的兼容性和对自由形态快速的建模能力被建筑设计师青睐，其强大的曲面建模能力能够做出各种丰富的造型。Grasshopper是Rihno软件的一款插件，是参数化设计最为常用的一块工具，具有庞大数据的逻辑程序、可视化节点及集合、实时呈现等特点，结合Rhino的造型能力，可以创造出具有程序控制的三维模型。

 

相比于其他数字技术，参数化技术由于成果可控、过程完整、细节精细，被广泛运用于建筑的造型设计、幕墙设计中，较为著名的案例，如鸟巢、北京大兴机场、张唐景观设计的云朵公园、奥雅景观设计的中海学仕里等。

 

2.4BIM信息化技术

 

建筑信息模型（Buildinginformationmodeling，BIM）是以3D数字技术为基础，集合了建筑工程中各种实体信息的工程数据集合，也是以三维模型为载体的一种正向设计理念，作为一种全新的设计方法，BIM摒弃了传统手工作业的方式，而是以数据为核心，通过调整数据参数快速生成整体模型。

一旦产生设计变更，只需要调整部分数据，最终结果可以立即反映出来，如调整了一块绿地面积，则最终的绿地率立即反映在图纸上[4]。相比传统的设计流程，BIM具有准确度高、效率高、全流程设计、数据可视化、容错率低等优点，经过数10年的发展，BIM技术已广泛运用在建筑行业的设计、施工、运行等环节，包括但不限于深化设计、协同设计、管线碰撞、工程量统计、成本计算、施工模拟、进度控制、竣工验收等过程。

 

在建筑设计中，特别是装配式建筑中，BIM技术的运用已十分广泛，但在景观设计中，BIM技术的运用相对较少，只有在设计复杂、大量异性曲面构件、EPC项目、重点项目中才会使用BIM技术。根据相关项目经验，现有的景观BIM一般用于图纸复核、管线碰撞、植物土球碰撞、管井检查等，主要作为景观专业与给排水、市政、结构、建筑等各专业的三维检测，是在景观施工图完成后的成果检验，并非全过程BIM设计。

现阶段景观BIM技术的不足主要表现在：（1）没有专业景观BIM软件的支持，技术不成熟；（2）景观的特殊性，即设计构件的非模块化、非标准化、非工厂化；（3）原有的工作流程较稳定，实现全过程BIM设计竞争大，成本高。但随着设计成果的高标准、高要求，越来越多的项目将会考虑使用BIM技术作为设计的辅助，通过量的累积，以减小技术推广的成本，到时BIM技术才能真正实现全流程设计。

 

3关于数字技术的思考

 

经过时代的更迭，景观设计的工作流程从纸质媒介走到数字媒介，但仍然存在图纸反复修改、效率低、精度低等问题，而技术的发展给行业增加了新的方向，可以勇于探索新技术、新方法，将数字技术融入在设计中，创造更加智能、便捷的城市生活。