智慧城市下基于虚拟现实技术的交互景观研究.pdf
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1、 包 装 工 程 第 44 卷 S1 期 246 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 4 月 收稿日期:20221213 基金项目:北京市教育委员会社科计划重点项目“建筑信息模型技术在北京核心区公共设施设计中的协同优化研究”(JD035001202103)作者简介:成玥(1997),女,硕士,主攻交互景观设计。通信作者:韩宇翃(1972),女,硕士,教授,主要研究方向为低碳设计,公共设施设计。智慧城市下基于虚拟现实技术的交互景观研究 成玥,韩宇翃(北京工业大学,北京 100124)摘要:目的目的 城市的交互景观的发展已经越来越具备智能化交互的特征。结合现代智慧城市的发展导
2、向,利用虚拟现实技术对现有的交互景观的研究策略进行探索。方法方法 以信息技术、虚拟仿真技术为支撑,创建物理空间与虚拟空间,为交互景观提供沉浸式环境。结果结果 针对 VGE 中多人协同交互的需求将交互景观与 VGE 方法相结合,在物理空间的基础上增加虚拟空间的景观交互,满足交互景观的虚拟化探索。结论结论 利用虚拟现实技术研究交互景观,能够为交互景观研究提供丰富的互动环境,同时也能够满足用户的沉浸式体验。虚拟技术的不断开发,促进了交互景观的多元化发展。关键词:虚拟技术;交互景观;虚拟地理环境;智慧城市 中图分类号:TB472 文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2023)S1-0246-
3、06 DOI:10.19554/ki.1001-3563.2023.S1.037 智慧城市首次出现是在 20 世纪 90 年代,随着信息技术的快速发展,日本、美国、韩国等国家制定了相关的国家发展政策。我国自 2008 年智慧城市概念出现至今,城市建设就经历了从“建系统”到“建城市大脑”,目前阶段是我国新型智慧城市的重要发展阶段。2021 年 5 月,中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要 提出了对于智慧城市发展的最新要求,通过以移动技术为代表的物联网、云计算等新代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用1。“交互设计”于 1984 年由比尔莫格里奇首次提出,1968
4、 年美国麻省理工学院教授及媒体实验室提出“数字化生存”这种社会生存状态,1997 年石井裕教授提出了 TUI 实体用户界面的概念,自此,世界范围内的相关学者开始研究关注该领域。之后 2011年 RAFAELLH 澳大利亚“Tape Recorders”互动装置诞生,2014 年加拿大 Thibault 团队基于 TUI 的公共环境艺术作品 Hexi Wall 与参观者产生交流与对话,许多从事人机交互相关人士都投入景观领域的科学研究与设计实践中来。将虚拟技术作为手段应用于交互景观的发展中,以虚拟化的交互方式作为景观展示的媒介,利用虚拟现实技术的构思性、沉浸性以及交互性的特点,深入对景观交互性的研
5、究,让景观在能够满足设计师需求,使用者体验感的同时,通过虚拟技术,完成对于交互装置使用数据的采集、存储、处理,最终可以实现在“智慧大脑”核心处理器中的数据分析与数据共享。利用虚拟现实技术可以在城市立体空间中提供可变的交互环境以及交互手法,由此来提高城市交互景观的多样性,从而实现城市智慧化的可持续创新。1 交互景观的虚拟互动方式分类 互联网、云服务的通信信息技术基于城市发展规划的新要求在多个领域实现技术的不断突破。随着虚拟技术的高速发展,将数字多媒体和虚拟成像等技术应用于景观设施中,让交互手法可以实现更加多样化与人性化的发展,为用户提供不同使用方式和感受。在虚拟式交互方式的景观中,设计师通过不同
6、的虚拟方法反馈出景观形式,为用户提供多样的体验。大致可分为 3 种交互形式。1.1 体验式的虚拟互动方式 体验式的虚拟交互方式主要表现为满足用户的视觉体验,随着新型智慧城市的不断发展,将城市最新大数据与景观相结合,展示更加符合现代交互需求的设计。设计师将城市发展的各部分组成要素录入城市云端,将虚拟内容通过大数据统计、计算等方法,形成不同图像、视频,最终通过多媒体的手段表达出第 44 卷 S1 期 成玥,等:智慧城市下基于虚拟现实技术的交互景观研究 247 来。例如美国旧金山的 VirtualDepictions,根据提取城市数据演变而来的城市景观。虚拟描述和数字内容主要由城市的各个参数构成,如
7、城市交通、博物馆、住房等,数据在网上可实时更新。再与 Twitter 的实时应用程序界面服务结合到一起,通过媒体艺术展示,将装置嵌入建筑,创造 1 种体验城市空间的新方式。图 1 Virtual Depictions 交互装置 1.2 操控式的虚拟互动方式 操控式的虚拟交互方式主要强调用户可实际操控虚拟装置,创造不同景观效果。设计师搭建交互装置平台,无特定展示效果,参与者可需要根据提供的遥控器或 APP 操控面板实现与装置的互动,利用后台操控,形成丰富多样的交互体验。既可以让用户亲身参与其中,方便地操控相应的交互图形界面,又不破坏整体装置的完整度和效果的协调性。例如福冈Canal City H
8、akata 购物中心的灯光交互装置。用户可以使用手机 APP 来操控交互灯光的特效果。同时现场也会有主控制设备,用户可以通过现场手持的设备来调节装置呈现效果,为夜晚打造不同氛围的灯光秀。图 2 福冈 Canal City Hakata 灯光交互装置 1.3 融入式的虚拟互动方式 随着智慧型理念的引导,城市空间已经完成了向三元空间的转化,计算机构建虚拟化数字空间,用户可以进入数字架构的虚拟空间,切身体会互动感。参与过程无需任何操作,既可感受空间交互的趣味,这种手法的交互方式还会提供功能性选择,同时也有机会满足生活需求。因此这一虚拟方式可以最大化地实现互动性要求,用户实体操作内容少,交互体验感强,
9、能够与用户的生活相贴近。并且能够实现对于城市大数据的统一化管理及采集。例如伦敦的生活在云端,使用代码来完成空间的建造。创建了 1 种新型的观景台,将人们连接到了整个城市甚至整个世界,同时实时显示城市信息系统,如天气预报、交通方式等,将人们连接到了日常的方方面面。实现现代人对于信息的渴望,将能源与数据、自然生态系统与网络世界融于一体。图 3 生活在云端 交互景观的 3 种虚拟互动方式在与用户的互动过程中各有优缺点,不同的交互方式所表达出的互动手段和用户的体验程度各有差异。虚拟交互方式对比见表 1。表 1 虚拟交互方式对比 交互类别优势 不足 体验式交互形式操作相对简单,易操作,有较好的视觉效果
10、实际展 现形 式较 单一,内容有限,互动性低 操控式互动效果好,呈现形式多样,趣味性更强 有一定的操作难度,在城市中的使用率偏低 融入式最大化的满足互动性要求 操作难度和实现难度大,普及率低 2 交互景观虚拟方式在城市发展的优势 虚拟现实技术在景观领域和城市建设领域的优势较为明显,在周期化设计的过程中,实现了现实与虚拟的结合。最大化、全方位地突出设计优劣,用虚拟的手法还原、建构城市交互景观体验装置,满足“设计师用户装置”的联合互通。2.1 降低装置的试验成本 虚拟技术作为 1 种景观的交互手段,在景观搭建全周期都参与其中,能够实时模拟现实环境,创建虚拟的交互场景,对交互装置的安装成本做出预算,
11、对装置落地所选择的场地,所需要的设备和内部构件等材料的数量预算提出合理化的估值,结合可持续、低碳功能的环保材料,降低在运行过程中所产生的额外能耗支出,能够确保在装置全周期使用过程中,对前248 包 装 工 程 2023 年 4 月 期中期后期的制作运行做出较为合理的把控,避免盲目施工导致的资金浪费。这种能够实现低成本高效率的虚拟式交互手段,能够促进智慧城市下生态环境的可持续发展。2.2 实现问题的及时干预 虚拟手段可以实现交互全周期的可视化,可以满足实现对于现有场景的搭建功能,将既定的装置和环境置于城市智慧环境中进行,最大化地满足景观与城市的一体化。并且实现在虚拟环境下实现城市云数据的联动,实
12、时反馈交互装置数据。同时,在可视化范围的过程中,设计师可以根据不同的设计环境和状态及时调整设计视角,在能够满足用户身临其境感受的同时,还能够提高在设计过程中的规范化和合理化操作,提高整个装置的性能。2.3 满足用户的沉浸体验 目前,虚拟现实技术在城市景观发展中的应用较为广泛。在智慧城市政策的支持和引导之下,随着互联网技术和虚拟交互技术逐渐成熟,城市的公共设施已逐渐摆脱了传统模式,向高技术方向迈进。一方面,从宏观上看,虚拟技术可模拟构建城市、街道、建筑形态,通过数据的数字化处理,基本模型构建,行为模型构建,从而形成一个较为完备的城市交互体系,为城市居民提供不同的生活体验;另一方面,从微观上看,虚
13、拟技术在公共场所节点也有所创新,比如在博物馆,为了能够在保护文物的同时最大化地让观众了解其形态构造,使用虚拟手段展示其文化价值。因此虚拟技术的全息性为用户提供的感官感受能够引发共鸣,随着城市不断进步以及居民普遍的生活娱乐的要求,虚拟技术能够最大程度上满足用户在生活和娱乐上的沉浸体验,提高智慧城市对点政策质量和稳步发展速度。3 虚拟技术在交互景观中设计原则 虚拟现实技术的特点赋予其非常强悍的表现能力,将计算机图形、多媒体、人工智能等集一身,为用户提供 1 个虚拟交互世界。该特点在智慧城市的景观设计中表现得尤为突出2。虚拟交互景观能够提升和优化“人空间城市”3 者之间的关系,实现城市景观与用户无边
14、界、无束缚地对话,对景观的交互方式进行创新,提升传统城市景观承载力,为传统景观分流,提升用户生活质量,促进城市更高效,更快捷地实现发展的目标。3.1 结合智慧城市创新 2.0 发展要求 智慧城市创新形态从创新 1.0 的生产范式,逐步发展到以用户为中心,以人为本,以服务为导向,再到目前的向创新 2.0 的服务范式逐渐转变。数据空间的信息平台集成一体化为各个关联点整合相关数据信息以及各类资源提供了便利平台,同时也要求大环境下的数据层与社会层面形成闭环,满足信息的全面感知、可靠传递、智能处理3。交互景观的发展由开始的地域性物质交互方式,转变到网络覆盖下的数字交互,到现在的物质与虚拟手段相互结合,基
15、于移动、物联网、云数据的方式,在城市创新 2.0 的政策导向下,实现城市的空间信息共享与万物互联。3.2 结合城市三元体验的交互方式 智慧城市是三元空间条件下城市的智慧化转型,基本工程逻辑是建立城市物理空间和社会空间到信息空间的映射,通过信息空间发现分析问题,并提出解决方案,再回馈至物理和社会空间,进而解决城市问题4。基于城市发展现状,虚拟交互的手段所传递的信息越来越广泛,用户接受方式也逐渐丰富5。因此,虚拟的交互手段应从互动化、数字化、可视化、智能化、开放式 4 个方面考虑,并且将用户信息连接城市数据,大数据通过收集统计后反馈至居民生活空间和设计师反馈端,进而根据数据反馈给设计师对虚拟景观装
16、置的使用手段进行完善、修改。利用风景园林的时效性特点,在使用虚拟现实技术模拟时,可随时间延续而对自然景观的图像信息进行更新6。通过对虚拟方法的实时提升修改,完善智慧城市要求的景观发展,扩大了城市公共设施交互空间的无限可能性。3.3 结合多个学科领域的技术 虚拟现实技术是 1 个多学科交叉理论研究与应用的方法,是当前计算机领域研究的关键技术,在建模之初,要对设计的场景进行三维虚拟,借助 3DSMAX和 AutoCAD 等技术进行道路、房屋、雕塑和一些园林小品等大致场景的构建7。为达到交互景观的互动性能最大化,基于地理信息系统的 GIS 研究领域与虚拟现实虚拟手法相互结合,打破专业壁垒,将 3D
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