趙曉靜

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253034）

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和電子信息化時(shí)代的到來，虛擬技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)，但是，隨著虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，其弊端也逐漸被人們所發(fā)現(xiàn)。人們應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的目的只是為了滿足自身需求，想對真實(shí)環(huán)境有一個(gè)更為細(xì)致和全面的觀察，避免因一些客觀因素導(dǎo)致對環(huán)境的觀察有所缺漏，而并非是想利用虛擬環(huán)境來代替真實(shí)的環(huán)境場所，但是由于一些技術(shù)上的問題，如設(shè)備的運(yùn)行速度以及建模的質(zhì)量等，非但不能還原現(xiàn)實(shí)場景，還會使圖像失真，造成信息損失，導(dǎo)致用戶的體驗(yàn)并不理想，限制了用戶對環(huán)境的觀察與認(rèn)知，因此，為了改善這一問題，人們又發(fā)明了一項(xiàng)新的技術(shù)——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。作為虛擬技術(shù)的一種，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)實(shí)情境相結(jié)合，生成十分逼真的三維虛擬環(huán)境，使用戶可以通過各種傳感設(shè)備進(jìn)行體驗(yàn)?，F(xiàn)如今，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于科技、娛樂、醫(yī)療以及軍事等行業(yè)，具有很好的發(fā)展前景。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備生成的虛擬場景或其他信息的提示，將它們與現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行疊加，從而增強(qiáng)場景的現(xiàn)實(shí)感，提升用戶的使用體驗(yàn)。也是由于其這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使其在科研領(lǐng)域中具有較高的研究價(jià)值，國外有很多高校和科研機(jī)構(gòu)都在這一領(lǐng)域展開了相應(yīng)的研究和探索，研究成果也是較為可喜?，F(xiàn)如今，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)同園林景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合，與傳統(tǒng)的準(zhǔn)三維設(shè)計(jì)圖，也就是通過平面效果圖以及模型和三維動(dòng)畫來展示環(huán)境的方式表現(xiàn)不同，設(shè)計(jì)者通過這項(xiàng)技術(shù)，利用多種傳感器為用戶帶來視覺上的直觀感受，幫助用戶更好地了解和觀察所設(shè)計(jì)的環(huán)境。不過，對于這項(xiàng)技術(shù)的研究，在國內(nèi)還處于初始階段，并未有較大的研究投入，主要的應(yīng)用也是為用戶提供瀏覽功能，目前人們更希望科研人員及設(shè)計(jì)者能夠在交互體驗(yàn)這一方面進(jìn)行研發(fā)，以增強(qiáng)用戶的視覺體驗(yàn)。

現(xiàn)在，本文將圍繞計(jì)算機(jī)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與園林景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合這一主題，從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與園林景觀相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例以及發(fā)展前景這幾方面進(jìn)行一定的分析和探究，以期能夠?yàn)閲鴥?nèi)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

1.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬技術(shù)的一種，算是在其基礎(chǔ)上發(fā)展的一個(gè)新型技術(shù)，傳統(tǒng)意義上的虛擬技術(shù)并不能將顯示與虛擬進(jìn)行交互疊加，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以。其工作原理大致可分為這幾個(gè)步驟：首先通過實(shí)時(shí)追蹤攝像機(jī)和傳感器進(jìn)行場景的定位和傳輸，再通過計(jì)算機(jī)識別圖像，進(jìn)行三維跟蹤注冊，合成虛擬模型進(jìn)行渲染，最后將生成的畫面?zhèn)鬏數(shù)斤@示界面，完成增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)的全過程。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

二十世紀(jì)中葉，攝影師Morton Heilig 發(fā)明了一個(gè)可以模擬街道場景的機(jī)器人；在1968年，一臺可以虛擬現(xiàn)實(shí)的原型機(jī)器誕生于世；之后，便是對虛擬技術(shù)的顯示系統(tǒng)不斷地進(jìn)行更新與創(chuàng)新，采用顯示屏或者透明設(shè)備來進(jìn)行場景與人之間的交互顯示；在1990年，針對于這項(xiàng)能夠?qū)崿F(xiàn)交互作用的虛擬技術(shù)，人們賦予了它新的名字——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；之后增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展便開始停滯不前，直至2018年，虛擬技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展迎來了上升期。目前，5G 時(shí)代即將到來，由于其具有覆蓋廣和高網(wǎng)速的優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供很好的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，這為虛擬技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展帶來了新的契機(jī)。

1.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)由于其自身優(yōu)勢和較大的發(fā)展?jié)摿Γ辉絹碓蕉嗟娜怂P(guān)注，目前已成為一個(gè)新興的科研領(lǐng)域，但相較于虛擬技術(shù)的研究成果而言，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室階段，在實(shí)際應(yīng)用中，搜索瀏覽是較為常用的一種功能，盡管注冊技術(shù)已經(jīng)被成功開發(fā)，但是要想得到精確的結(jié)果，還是要受到環(huán)境的影響，室外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的跟蹤方案還不成熟，而一套成熟的方案在設(shè)計(jì)前期需要大量的測試和準(zhǔn)備工作，這就導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展受到了較多限制。

目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)難題，主要是如何及時(shí)地將用戶觀察角度的場景準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來，使虛擬場景與實(shí)際環(huán)境兩者嚴(yán)絲合縫地疊加在一起。目前為解決這一難題，通常選用的方法是三維跟蹤注冊，針對這種方法，科學(xué)家們還研發(fā)出了兩種工具，但這兩種工具的使用要求是需要事先通過攝像機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，同時(shí)，攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)還不能發(fā)生變化，很明顯，這與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用要求并不相符。不過，科研人員開始增加相關(guān)會議召開的頻率，這使得問題的解決取得了一定的進(jìn)展。

與國外相比，在這一領(lǐng)域的研究，我國還處于初始階段，雖然提出了很多的相關(guān)理論和解決方案，但仍未研究出完善的系統(tǒng)，還需要再進(jìn)一步的研究。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 虛實(shí)結(jié)合性

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將真實(shí)環(huán)境進(jìn)行虛擬渲染后傳輸?shù)斤@示屏上，實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境與真實(shí)場所的疊加，用戶可通過眼睛凝視或者用手指點(diǎn)擊的方式對設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，使三維圖像以全景的方式呈現(xiàn)在用戶面前，并根據(jù)用戶的指示進(jìn)行場景的及時(shí)準(zhǔn)確的切換，同時(shí)，還可以在三維虛擬情景中插入地圖導(dǎo)航等提示，以便幫助用戶觀察環(huán)境，引導(dǎo)用戶行為等。

2.2 與人類之間的交互性

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將整個(gè)環(huán)境都進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，將正在簡簡單單地瀏覽和發(fā)出指令的人從屏幕前拉拽到虛擬環(huán)境中，使人與周圍的虛擬環(huán)境融合到一起，不再有意識地去向運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)出指令，而是沉浸其中，實(shí)時(shí)地與環(huán)境進(jìn)行交互，看得見，但摸不著。增強(qiáng)信息技術(shù)的交互系統(tǒng)并非僅有一處明確的位置，而是將整個(gè)目標(biāo)環(huán)境都涵蓋其中，使用戶得到極佳的使用體驗(yàn)，同時(shí)采用三位跟蹤注冊系統(tǒng)，使用戶彷如置身其中，能夠更好地感知目標(biāo)環(huán)境。

2.3 可添加定位虛擬物體

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以添加定位虛擬物體，以便更改和修飾環(huán)境的設(shè)計(jì)，為用戶提供更為便捷舒適的服務(wù)。

3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與園林景觀相結(jié)合的應(yīng)用

3.1 輔助設(shè)計(jì)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有輔助設(shè)計(jì)的作用，由UAP 設(shè)計(jì)的一款頂棚裝置，在設(shè)計(jì)過程中就采用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。由于這款頂棚裝置結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，對材質(zhì)也有著特殊的要求，為了便于觀察和分析其構(gòu)造，在設(shè)計(jì)初期，UAP 團(tuán)隊(duì)首先將計(jì)算機(jī)生成的模型導(dǎo)入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)，利用其三維跟蹤標(biāo)注功能，利用CAD 制圖軟件繪出頂棚裝置的CAD 三維立體模型圖，并根據(jù)該圖制出實(shí)物投影，進(jìn)而通過一系列的操作完成了頂棚裝置的設(shè)計(jì)。采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，不僅快速完成了設(shè)計(jì)，效果及質(zhì)量也都得到了保障。

3.2 豐富文化體驗(yàn)

在2019年的北京國際設(shè)計(jì)周中，有一件設(shè)計(jì)品便采用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這件設(shè)計(jì)品叫做“墨城視覺展館”。這件設(shè)計(jì)品利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互特點(diǎn)，采用三維跟蹤標(biāo)注技術(shù)，將墨西哥城真實(shí)景物的視頻音頻上傳到計(jì)算機(jī)設(shè)備中，進(jìn)行識別，再將其與實(shí)際場景進(jìn)行疊加，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感，使參觀者如親身置于墨西哥城中，體驗(yàn)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情并沉浸其中。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)使這個(gè)設(shè)計(jì)品不僅是一處景觀，更是將其化為一件文化的載體和傳播者，豐富了參觀者的文化體驗(yàn)。

3.3 修復(fù)破損的歷史文物

作為世界聞名的歷史遺跡，圓明園由于損毀嚴(yán)重，至今僅有幾根石柱屹立著，修復(fù)難度很大，至今也沒能進(jìn)行修復(fù)，后在有關(guān)部門的支持下，北京理工大學(xué)的信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院就對損毀的圓明園展開了增強(qiáng)信息技術(shù)的修復(fù)這一任務(wù)展開了相關(guān)研究，并在研究過程中，對西洋樓大水法景區(qū)進(jìn)行了虛擬修復(fù)，并設(shè)計(jì)了真實(shí)、虛擬和增強(qiáng)這三種模式，完成了虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，再現(xiàn)了圓明園當(dāng)初的盛景。

4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與園林景觀相結(jié)合的發(fā)展前景分析

結(jié)合上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)與生活中的實(shí)際應(yīng)用，不難分析出其發(fā)展前景。

4.1 輔助園林景觀的設(shè)計(jì)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以應(yīng)用在園林景觀的設(shè)計(jì)中。它是對真實(shí)場景的一種加強(qiáng)技術(shù)，給用戶帶來的強(qiáng)烈的真實(shí)感受，且在建模過程中，能夠減少一定的工作量。應(yīng)用于園林景觀的設(shè)計(jì)中，可以將真實(shí)的植被和建筑物應(yīng)用其中，將設(shè)計(jì)效果直觀地展現(xiàn)在眾人面前，將真實(shí)世界與虛擬世界交疊在一起，互為補(bǔ)充，同時(shí)，還能通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，防患于未然。同時(shí)，對于復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的輔助設(shè)計(jì)作用可以幫設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)保質(zhì)保量的、快速的完成任務(wù)，極大的降低了工作難度，減輕了設(shè)計(jì)師的負(fù)擔(dān)。

4.2 幫助人們體驗(yàn)不一樣的人文風(fēng)景

作為一種文化載體，園林承擔(dān)著復(fù)興和傳承文化的作用，設(shè)計(jì)師需要妥善利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將園林的文化載體這一優(yōu)勢發(fā)揚(yáng)光大，讓參觀者享受到園林的文化內(nèi)涵。同時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以將不同的文化和風(fēng)景“移”到別處，不僅可以傳播我們的文化，也可以領(lǐng)略不同的風(fēng)土人情，增長閱歷和見識，同時(shí)，也極大地降低了時(shí)間與空間帶來的限制。

4.3 修復(fù)損毀的歷史文物

歷史文物，作為歷史留于人類的遺產(chǎn)，有著極高的歷史價(jià)值，一旦損毀，必然要進(jìn)行修復(fù)。但類似于圓明園這類歷史遺跡、文化瑰寶，由于損毀嚴(yán)重而導(dǎo)致的無法修復(fù)，對人類來說，這無疑是一筆巨大的損失。所幸，隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，不僅可以將損毀的物品以虛擬的方式重新限于人間，以在進(jìn)行一定程度的彌補(bǔ)和挽救，還為推動(dòng)文化和科技的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)，。設(shè)計(jì)師可以預(yù)先在電腦中繪制歷史文物的補(bǔ)全圖，再對實(shí)際場景做出一定的修復(fù)，將虛擬世界和真實(shí)世界兩者結(jié)合起來，完成歷史遺跡的修復(fù)。

5 結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，5G 即將被普及，這意味著數(shù)字化、信息化也要全面覆蓋人民的生活，這對虛擬技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，在這兩項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的過程中，起著重要的推動(dòng)作用。我相信，虛擬技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會在人類的生活中有著極大的占比，在軍事還有娛樂等各個(gè)行業(yè)中，都將全面普及。在未來的園林設(shè)計(jì)中，不僅可以幫助人類設(shè)計(jì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑，還對文物的修復(fù)、文化歷史的發(fā)展與推動(dòng)都起到了重要作用，同時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以極大地減低由人口增長和環(huán)境污染帶來的壓力，滿足人們對拓展空間的需求，避免資源的浪費(fèi)，讓我們足不出戶便可享受大自然的寧靜與美好，那時(shí)，時(shí)間與空間也都不再會產(chǎn)生距離。