探索數(shù)字化建筑景觀設(shè)計(jì)

探索數(shù)字化建筑景觀設(shè)計(jì)

宋云坡

（中鋼集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司石家莊設(shè)計(jì)院  河北石家莊  050021）

【摘要】計(jì)算機(jī)技術(shù)在人們生活與工作中的應(yīng)用范圍越來越廣泛。本文筆者對(duì)數(shù)字化建筑景觀設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，希望對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化 ；建筑 ；景觀 ；設(shè)計(jì)

前言

在建筑設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)等相關(guān)行業(yè)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所發(fā)揮的作用也越來越重要，設(shè)計(jì)軟件在為建筑、景觀設(shè)計(jì)工作服務(wù)的同時(shí)，軟件本身也在不斷地更新，新軟件、新功能的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)不是簡(jiǎn)單地從平面圖形拉伸高度，或者通過布爾運(yùn)算得到一個(gè)形體。軟件神奇的造型能力在設(shè)計(jì)過程中激發(fā)了設(shè)計(jì)師更多的奇思妙想，并幫助設(shè)計(jì)師將自己的奇思妙想變成現(xiàn)實(shí)。計(jì)算機(jī)帶來的這種變化不僅提高了設(shè)計(jì)工作的效率，也帶動(dòng)了設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步。

一、數(shù)字化建筑景觀設(shè)計(jì)的必要性

傳統(tǒng)的建筑與景觀設(shè)計(jì)，都要滿足后期建造的要求。在功能、材料、結(jié)構(gòu)等方面要符合相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范，設(shè)計(jì)本身要建立在真實(shí)可信的基礎(chǔ)之上。設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)借鑒了現(xiàn)實(shí)中存在的經(jīng)驗(yàn)，并將這些經(jīng)驗(yàn)結(jié)合自己的設(shè)計(jì)思想反映在設(shè)計(jì)作品上。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)師主要通過手繪平面圖與效果圖或者制作沙盤的方式來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容，圖紙與沙盤要求尺寸與比例精確， 對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的形態(tài)、 細(xì)節(jié)、材料、光感等也要有充分的表現(xiàn)，這就要求設(shè)計(jì)師不僅要有良好的空間想象能力，還要求設(shè)計(jì)師有較強(qiáng)的手繪能力與手工制作能力。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法雖然練就出一批大師級(jí)的建筑設(shè)計(jì)師、景觀設(shè)計(jì)師，但也使許多設(shè)計(jì)工作者束縛在動(dòng)手能力上，設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力不能得到充分的發(fā)揮。

二、數(shù)字化技術(shù)在建筑景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，為設(shè)計(jì)師帶來了全新的創(chuàng)作體驗(yàn)。計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)處理方面比人腦更加快速、準(zhǔn)確，通過計(jì)算機(jī)語言可以進(jìn)行非常復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，而軟件則是多種復(fù)雜運(yùn)算指令的集合，在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)中大量的重復(fù)性、復(fù)雜性的工作，通過軟件相對(duì)應(yīng)的指令就可以迅速而準(zhǔn)確地完成。隨著設(shè)計(jì)軟件的不斷更新，一方面，軟件在操作體驗(yàn)上高度模擬傳統(tǒng)的操作感受，如通過高精度的手寫輸入設(shè)備模擬真實(shí)手寫體驗(yàn)。另一方面，軟件也將計(jì)算機(jī)的邏輯運(yùn)算能力發(fā)揮到極致，基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)算而生成的二維圖形與三維模型，其準(zhǔn)確度與復(fù)雜程度都是人手無法比擬的。在圖形顯示方面，基于真實(shí)物理基礎(chǔ)而開發(fā)的渲染器能真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界中的材質(zhì)、紋理、毛發(fā)、光影等信息。利用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)設(shè)備可以使人們猶如身臨其境般置身虛擬的世界中。計(jì)算機(jī)帶來的變化改變了傳統(tǒng)的建筑、景觀設(shè)計(jì)的工作方法，不僅提高了工作的效率，也提升了設(shè)計(jì)的水平。

在草圖繪制階段，設(shè)計(jì)師完全可以脫離現(xiàn)實(shí)中的紙和筆，在有了一個(gè)初步的設(shè)計(jì)構(gòu)思后，設(shè)計(jì)師可以直接使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行草圖的繪制，不管是模擬傳統(tǒng)手繪，還是使用 CAD 軟件繪制平面草圖，計(jì)算機(jī)都可以更快地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師想要達(dá)到的效果，并且更加方便進(jìn)行修改。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行草圖繪制的時(shí)候，可以迅速地將新的設(shè)計(jì)靈感表達(dá)在草圖上，避免了過去煩瑣而漫長(zhǎng)的修改過程，使設(shè)計(jì)師將更多的精力專注于設(shè)計(jì)本身。

空間造型通過二維手繪的方式進(jìn)行表現(xiàn)，更考驗(yàn)人的空間思維能力，空間造型轉(zhuǎn)化為二維圖形在觀察與理解方面都會(huì)受到局限，而三維模型相對(duì)于二維圖形能夠更全面地表達(dá)設(shè)計(jì)內(nèi)容。多邊形建模與曲面建模是當(dāng)前三維軟件中比較常用的建模手段。多邊形建模主要是通過對(duì)構(gòu)成物體的基本要素：點(diǎn)、線、面進(jìn)行編輯來得到一個(gè)三維模型，利用多邊形建模方式建造的模型表面是由直線組成，影響模型細(xì)節(jié)的因素主要取決于細(xì)分的精度與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時(shí)多邊形對(duì)點(diǎn)、線、面的操控更加靈活，在進(jìn)行有機(jī)造型（如人物、動(dòng)物、自然場(chǎng)景等）的時(shí)候?qū)⒏�加方便。多邊形建模操作比較簡(jiǎn)單、直觀，在建筑、景觀游戲、影視等領(lǐng)域，多邊形建模都得到了比較廣泛的應(yīng)用。與曲面建模相比，多邊形在處理具有一定數(shù)值約束的曲面模型的功能略顯不足。

曲面建模也稱為 NURBS 建模，NURBS 模型同樣是由點(diǎn)、線、面組成的，但是與多邊形建模不同，NURBS 中的點(diǎn)、線、面是按照一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式來生成的。NURBS 中的點(diǎn)即控制點(diǎn)，控制點(diǎn)可以控制曲線的曲率、方向與長(zhǎng)短。NURBS 可以在曲線與曲線之間自動(dòng)生成具有光滑表面的曲面模型，且曲面的曲率也是可以由控制點(diǎn)來控制的。由此可見 NURBS 建模方式更適合創(chuàng)建具有一定數(shù)學(xué)規(guī)律的曲面模型，在建筑、景觀設(shè)計(jì)行業(yè)中通常會(huì)遇到類似曲面模型的制作，此時(shí)使用NURBS 建模方法將更加快速、高效。

近年來一些新的建模軟件不斷涌現(xiàn)，像本文前面曾提到的那樣，一方面，建模軟件在操作上高度模擬人手的主觀體驗(yàn)。另一方面，又將計(jì)算機(jī)建模的參數(shù)化特征發(fā)揮到極致。其中 ZBrush 就是在模擬人手操作方面比較有特色的建模軟件。ZBrush是世界上第一個(gè)讓藝術(shù)家感到無約束自由創(chuàng)作的 3D 設(shè)計(jì)工具，ZBrush 的建模方法是基于多邊形建模基礎(chǔ)的，但是它與傳統(tǒng)的多邊形建模在操作體驗(yàn)上有著完全不同的感受。ZBrush 的建模方法完全顛覆了過去傳統(tǒng)三維設(shè)計(jì)軟件的工作模式，使藝術(shù)家擺脫了依靠鼠標(biāo)和參數(shù)進(jìn)行模型制作的束縛。相對(duì)于參數(shù)化建模，這種建模方式更尊重藝術(shù)家的創(chuàng)作靈感與傳統(tǒng)工作模式。參數(shù)化建模所具有的高度復(fù)雜性、邏輯性特征也是人手所無法比擬的。參數(shù)化建模在建筑、景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域越來越受到重視，而“BIM”模式應(yīng)運(yùn)而生， “BIM”即建筑信息模型，它將建筑工程項(xiàng)目中的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)作為模型建立的基礎(chǔ)，從建筑設(shè)計(jì)到建筑施工中的每個(gè)環(huán)節(jié)所需要的信息，都可以從建筑信息模型中獲得，它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。Autodesk Revit Architecture是在建筑、景觀設(shè)計(jì)行業(yè)中比較典型的 BIM軟件，使用 BIM 軟件設(shè)計(jì)師可以對(duì)建筑設(shè)計(jì)及施工有一個(gè)系統(tǒng)的把握，方便設(shè)計(jì)人員與施工人員的溝通，從而提高設(shè)計(jì)和施工的效率。

建模方法的改進(jìn)為設(shè)計(jì)師提供了很大的方便，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段往往會(huì)對(duì)方案不斷地進(jìn)行修改、完善。因此軟件的設(shè)計(jì)也要迎合設(shè)計(jì)師的需要，軟件本身在開發(fā)過程中，為了方便設(shè)計(jì)師對(duì)方案進(jìn)行修改，盡量做到使每一步操作達(dá)到可控。如3DSMax使用修改器堆棧的方式將每一步操作命令得以保留，使用者可以在任何時(shí)候返回到某一步命令中進(jìn)行參數(shù)的修改。而Maya 則采用節(jié)點(diǎn)模式，將不同的操作命令和參數(shù)通過輸入與輸出端口相連接，相對(duì)于修改器堆棧的方式，這種由節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的靈活性與可控性。不同的節(jié)點(diǎn)連接方式所帶來的效果往往超出人們的預(yù)料，犀牛 Rhinocero Grasshopper插件在節(jié)點(diǎn)編輯上更具特色，它可以通過節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)生成結(jié)構(gòu)關(guān)系非常復(fù)雜的幾何化模型。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，常常因?yàn)檐浖�本身所帶來的視覺體驗(yàn)而獲得新的設(shè)計(jì)靈感。此時(shí)軟件的功能已經(jīng)不是單純對(duì)草圖的再現(xiàn)，計(jì)算機(jī)三維造型的不可預(yù)見性為設(shè)計(jì)方案提供了更多的可能。

三、結(jié)束語

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)還處于剛起步階段，未來的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)還有非常巨大的發(fā)展?jié)摿Γ�這不僅需要硬件開發(fā)、軟件開發(fā)人員的努力，作為設(shè)計(jì)人員，也應(yīng)不斷地探索計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的新方法、新思路，提高自己的藝術(shù)修養(yǎng)與設(shè)計(jì)水平，創(chuàng)作出更多好的作品，使人們體驗(yàn)到技術(shù)革新帶來的便利。

參考文獻(xiàn)

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