探索數(shù)字化建筑景觀設(shè)計

前言
在建筑設(shè)計、景觀設(shè)計等相關(guān)行業(yè)中，
計算機(jī)輔助設(shè)計所發(fā)揮的作用也越來越重
要，設(shè)計軟件在為建筑、景觀設(shè)計工作服
務(wù)的同時，軟件本身也在不斷地更新，新
軟件、新功能的出現(xiàn)使計算機(jī)輔助設(shè)計已
經(jīng)不是簡單地從平面圖形拉伸高度，或者
通過布爾運(yùn)算得到一個形體。軟件神奇的
造型能力在設(shè)計過程中激發(fā)了設(shè)計師更多
的奇思妙想，并幫助設(shè)計師將自己的奇思
妙想變成現(xiàn)實。計算機(jī)帶來的這種變化不
僅提高了設(shè)計工作的效率，也帶動了設(shè)計
方法的進(jìn)步。
一、數(shù)字化建筑景觀設(shè)計的必要性
傳統(tǒng)的建筑與景觀設(shè)計，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)計本身要建
立在真實可信的基礎(chǔ)之上。設(shè)計師進(jìn)行設(shè)
計時借鑒了現(xiàn)實中存在的經(jīng)驗，并將這些
經(jīng)驗結(jié)合自己的設(shè)計思想反映在設(shè)計作品
上。在計算機(jī)出現(xiàn)之前，設(shè)計師主要通過
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)計內(nèi)容，圖紙與沙盤要求
尺寸與比例精確，對設(shè)計內(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)計師不僅要有良好的空間想象能力，
還要求設(shè)計師有較強(qiáng)的手繪能力與手工制
作能力。傳統(tǒng)的設(shè)計方法雖然練就出一批
大師級的建筑設(shè)計師、景觀設(shè)計師，但也
使許多設(shè)計工作者束縛在動手能力上，設(shè)
計師的創(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)計中的
應(yīng)用
計算機(jī)輔助設(shè)計的出現(xiàn)，為設(shè)計師帶
來了全新的創(chuàng)作體驗。計算機(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、景觀設(shè)計中大量的重復(fù)性、復(fù)
雜性的工作，通過軟件相對應(yīng)的指令就可
以迅速而準(zhǔn)確地完成。隨著設(shè)計軟件的不
斷更新，一方面，軟件在操作體驗上高度
模擬傳統(tǒng)的操作感受，如通過高精度的手
寫輸入設(shè)備模擬真實手寫體驗。另一方面，
軟件也將計算機(jī)的邏輯運(yùn)算能力發(fā)揮到極
致，基于計算機(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
真實物理基礎(chǔ)而開發(fā)的渲染器能真實地模
擬現(xiàn)實世界中的材質(zhì)、紋理、毛發(fā)、光影
等信息。利用沉浸式虛擬現(xiàn)實體驗設(shè)備可
以使人們猶如身臨其境般置身虛擬的世界
中。計算機(jī)帶來的變化改變了傳統(tǒng)的建筑、
景觀設(shè)計的工作方法，不僅提高了工作的
效率，也提升了設(shè)計的水平。
在草圖繪制階段，設(shè)計師完全可以脫
離現(xiàn)實中的紙和筆，在有了一個初步的設(shè)
計構(gòu)思后，設(shè)計師可以直接使用計算機(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，計算機(jī)
都可以更快地實現(xiàn)設(shè)計師想要達(dá)到的效果，
并且更加方便進(jìn)行修改。設(shè)計師在進(jìn)行草
圖繪制的時候，可以迅速地將新的設(shè)計靈
感表達(dá)在草圖上，避免了過去煩瑣而漫長
的修改過程，使設(shè)計師將更多的精力專注
于設(shè)計本身。
空間造型通過二維手繪的方式進(jìn)行表
現(xiàn)，更考驗人的空間思維能力，空間造型
轉(zhuǎn)化為二維圖形在觀察與理解方面都會受
到局限，而三維模型相對于二維圖形能夠
更全面地表達(dá)設(shè)計內(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構(gòu)成物體
的基本要素 ：點(diǎn)、線、面進(jìn)行編輯來得到
一個三維模型，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)。
同時多邊形對點(diǎn)、線、面的操控更加靈活，
在進(jìn)行有機(jī)造型（如人物、動物、自然場
景等）的時候?qū)⒏�加方便。多邊形建模�?br /> 作比較簡單、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、方向與長短。NURBS 可以在
曲線與曲線之間自動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)計行業(yè)中通常會遇到類似
曲面模型的制作，此時使用 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。
另一方面，又將計算機(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
是世界上第一個讓藝術(shù)家感到無約束自由
創(chuàng)作的 3D 設(shè)計工具，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，它將建筑工程項目中的各項信
息數(shù)據(jù)作為模型建立的基礎(chǔ)，從建筑設(shè)計
到建筑施工中的每個環(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)計行業(yè)中比較典型的 BIM
軟件，使用 BIM 軟件設(shè)計師可以對建筑設(shè)
計及施工有一個系統(tǒng)的把握，方便設(shè)計人
員與施工人員的溝通，從而提高設(shè)計和施
工的效率。
建模方法的改進(jìn)為設(shè)計師提供了很大
的方便，設(shè)計師在設(shè)計階段往往會對方案
不斷地進(jìn)行修改、完善。因此軟件的設(shè)計
也要迎合設(shè)計師的需要，軟件本身在開
發(fā)過程中，為了方便設(shè)計師對方案進(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
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)計師在進(jìn)行設(shè)計的過程中，常常
因為軟件本身所帶來的視覺體驗而獲得新
的設(shè)計靈感。此時軟件的功能已經(jīng)不是單
純對草圖的再現(xiàn)，計算機(jī)三維造型的不可
預(yù)見性為設(shè)計方案提供了更多的可能。
三、結(jié)束語
計算機(jī)輔助設(shè)計還處于剛起步階段，
未來的計算機(jī)輔助設(shè)計還有非常巨大的發(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)計人員，也應(yīng)不斷地
探索計算機(jī)輔助設(shè)計的新方法、新思路，
提高自己的藝術(shù)修養(yǎng)與設(shè)計水平，創(chuàng)作出
更多好的作品，使人們體驗到技術(shù)革新帶
來的便利。
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