一种网络虚拟现实技术在风景园林规划设计公众参与中的实现方法

http:/ 一种网络虚拟现实技术一种网络虚拟现实技术 在风景园林规划设计公众参与中的实现方法在风景园林规划设计公众参与中的实现方法 李国松1、蒋淑磊2 1.河北省林木种苗管理站，河北 石家庄 050091 2.中南林业科技大学资源与环境学院，湖南 长沙 410004 E-mail： 摘摘 要：要：说明了园林设计公众参与的意义和我国园林设计公众参与中的问题，在介绍网络虚拟现实构造语言 VRML、ASP、VB、Java 及 Access 的基础上,提出了一种在国际互联网上公众参与园林设计的解决方法流程,并就公众参与园林设计在我国的应用从确定发展目标阶段、设计方案优选阶段两个阶段进行了探讨。关键词：关键词：网络虚拟现实；VRML；风景园林规划设计；公众参与；ASP 中图分类号：中图分类号：TU986.2 园林设计讲求“以人为本”的设计理念，所以一定要有公众的参与，设计才会更完善、更合理、更科学和更客观。实践证明，再好的设计师如果仅凭自己的力量是很难设计出好的作品，所以推行“公众参与性设计”的主要目的就是赋予同建设项目相关各类人士以更多的参与权和决策权，即让这些人参与建设的全过程中来，在其中起一定的作用。这样可以避免设计师陷入形式的自我陶醉之中，还能促进公众的参与意识和对城市景观的建设与维护，增加“公众”与“设计者”两者之间的沟通与合作，进而推动风景园林事业的蓬勃发展，从而发挥长远的效益1。但纵观当前现状,我国园林设计中公众参与技术方法上存在着几个问题。首先,技术手段单一,层次也较低。目前我国公众参与的技术手段主要有两类:民意调查和设计成果展示。前一类常常包括座谈会、问卷调查等形式。设计成果展示也是经常使用的手段,但仅仅限于设计最终成果的展览,公众也仅仅是对设计结果被动了解和接受。其次,专业化特征明显,公众不易理解。很多设计师认为园林设计是一门专业性很强的技术行业,不能由作为门外汉的市民来决策。因此,长期以来我国园林设计工作与广大市民被人为隔离。目前,仅有的几项公众参与技术在应用中也明显的带有专业化的痕迹。比如问卷调查中设计的一些专业问题,设计成果展示中专业性较强的图纸和文字等,这些都成为市民理解设计的障碍,也反映了设计者没有掌握有效地与公众交流的技术与工具。再次,促使公众辅助决策的技术方法较少。在我国,多年来一直是设计人员设计,政府或企业决策,公众仅仅在设计决策之后“学习”方案。这种“被动式”的“接收”与“认可”在公众参与梯级中被称为“象征性的参与”。笔者试图通过网络虚拟现实VRML语言为主，ASP语言、VB编程、Java语言编程和Access数据库应用技术作为辅助创造出这样一种有效的交流方法。此方法可通过IE浏览，摆脱时间和空间的限制进行网络调查。设计成果也不再是传统的效果图、漫游动画，而是具备交互性、沉浸性和构想性的虚拟现实(irtual Reality,简称VR)。通过VR技术，使市民恍如游览在真正建成的园林中，感受“宜亭斯亭、宜榭斯榭”的园林设计意念，体味园林艺术2，同时还可连接专业知识数据库，检索相关知识、学习相关内容更具意义。-1-http:/ 1.概念概念 11 虚拟现实和虚拟现实和 VRML 虚拟现实(Virtual Reality,简称 VR)技术是一系列高新技术的汇集，这些技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人工接口技术、传感器技术、实时计算技术、人类行为学研究等多项关键技术。本文所用VRML(Virtual Reality Modeling Language虚拟现实建模语言)是一种在WWW中描述虚拟技术（VR）的工具，是一项和多媒体通讯、因特网、虚拟现实等领域密切相关的技术。它能够在Internet或局域网上快速传递，1998 年 1 月被正式批准为国际标准ISO/IEC14772-1:1997,通常称为VRML973。常用的VRML浏览器有Internet Explorer 5.0 以上版本和Netscape的Communicator 4 等，都集成了支持VRML文件的插件，能够将此格式的代码解释成图形映像4。VRML浏览软件的类型主要有Cosmo Player 2.1.1、blaxxun Contact 4.3、Cortona 2.2、World View 3.1、Community Place 2.0 和Viscape 5.61 几种。笔者应用Cosmo Player 2.1.1，操作系统为Windows Server 2003。VRML 的编写工具主要有 VRMLPad 和记事本编辑两种，应用记事本编辑，最后将文件扩展名改为 wrl。12 ASP、VB、Java 和和 Access 数据库数据库 ASP(active server pages)和PHP、JSP相同，都是动态网页的编程语言，它以“*.ASP”为扩展名，主要用于描述网页的格式设计和其他网页的连接信息，还可以整合VRML构建的网络虚拟现实场景。动态网页和静态网页（HTML）的主要区别在于动态网页通过编程可以产生功能强大的网页并可与数据库相连接5。Visual Basic（以下简称 VB）的前身是 QBASIC，语言基础是 BASIC。自从微软推出 VB后，便成为了程序开发人员的首选工具，是面向对象语言的一种。VB 有标准版、专业版和企业版三个版本，适用于不同的操作人群。VB 由对象、对象的属性、事件、方法和过程组成。VB 具备数字类型、字节型、布尔型、日期型、对象型、Variant 类型等数据类型。VB编写的 VBSCRIPT 脚本可以嵌入到 ASP 网页中，从而丰富 ASP 网页的实用功能。VRML97 标准提供的外部编程接口EAI（External Authoring Interface）实现了java小应用程序类与VRML场景的通信6。Java和VRML的结合主要在于三个方面：（1）在VRML中嵌入Javascript脚本，Javascript可以直接放在VRML程序里，也可以利用url调用VRML程序外的Javascript程序。（2）应用“应用小程序”Java Applet，他最大的特点是可以嵌入到Web页面（包括VRML语言的页面）中并随同Web页面一起下载到客户端的浏览器中运行。（3）使用Java Application，它是一种几乎类似于用C+语言开发的应用程序。设计者需要一个程序编辑环境来编写程序并存储为特定扩展名的文件,需要一个调试工具来提高编程效率。它依赖特定的启动程序在服务器中运行。这一般用来开发较大型和复杂型的应用程序。常用的网络数据库有 Access、SQL Server、Oracle 等，Access 简单易行，故使用 Access库作为投票系统的支撑数据库，在其界面操作简易，其功能包含建立整齐的资料表格、对需要的资料做查询、资料输出为印表等。-2-http:/ 2.方法实现流程方法实现流程 2.1 虚拟场景的创建虚拟场景的创建 用 VRML 语言建立一个别墅绿化的虚拟现实场景，其内容包括有建筑、树木（草坪）、道路、小品、天空等自然景观，并通过摄影机确定了浏览者的漫游路径和浏览方式。211 建筑、道路、小品和草坪建筑、道路、小品和草坪 建筑、道路、小品和草坪都是应用同一种方法，用 VRML 语言节点建模，或者应用 3dsMax辅助建模都可。关于他们的质感和色彩，可以通过 VRML 语言的 Material 节点的编写确定造型 材 料，通 过 ImageTexture(图 像 纹 理 节 点)、PixelTexture(像 素 纹 理 节 点)、TextureCoordinate(纹理坐标节点)、TextureTransform(纹理坐标变换节点)的编写来制定。212 树木树木 常见的树木建模的方式有面片贴图法（广告牌技术）、几何模型法（三位程序技术：包括使用Speedtree插件、Treestorm插件、Treefactory插件、Xfrog软件和应用 3dsMax自带的AEC Extended模块下自带的 12 种植物）和全息模型法（全息图像技术）三种7。但这三种方法中，只有几何模型法的建模树木在数量不是很多、计算机计算量不是很大的情况下，才可以导出到VRML场景中，在导出时一定要选中后，再导出，这样才可以看到细节。其他的VRML场景接受的贴图法有两种：一是先用图形处理软件将树木图片处理成无背景的gif格式，然后直接作为贴图赋予一个平面。8二是应用 3dsMax中的线描绘树木图片中的外轮廓，然后应用挤出修改器（挤出高度为 0.0）将其闭合形成平面，应用贴图制定给该平面，最后应用UVW变换修改器进行修改。213 天空天空 根据用户所需的真实程度，可以采用多种方法来生成天空。一是通过编写 VRML 语言的Background 节点实现。红、绿、蓝 3 种基本颜色对应 3 个浮点数，它们的域值分别在 0.0-1.0之间，调节不同的域值的出现不同的天空效果。二是在 3DS 辅助生成的模型中，使用球形模型来生成天空，球形模型实际就是一个半球面。三是选用了“立方体天空盒”生成天空，通过在立方体盒子的前后左右 4 个不同面上贴上不同的天空纹理来达到逼真的模拟效果。用于天空背景的图片有特殊要求。四面图的边与顶图的边相连，四面图前后相连。214 用户漫游控制用户漫游控制 对于虚拟场景的漫游，可以通过 VRML 的 NavigationInfo 视点导航信息点实现，也可以通过在 3DS Max 场景中设置摄影机及其运动路径，然后输入到 VRML 场景中实现。值得注意的是在 3DS Max 中设置好摄影机后，通过其整合 VRML97 标准的 NavInfo 按钮同样是设置NavigationInfo 节点的内容。本论文系统内用户视角的控制是通过操纵虚拟摄像机的关键参数来进行的。系统的摄像机中定义了如下几个关键的控制变量，它们分别是摄像机的方位变量，摄像机的视野变量、以及摄像机的上下、左右位置控制变量，这些变量通过摄像机的控制函数调用而发生改变，进而控制用户视点的变化情况。系统中通过消息机制获取用户操作鼠标和键盘的动作来调用对应的函数控制用户的视点变化。-3-http:/ 215 场景的音效场景的音效 在 VRML 的虚拟现实场景中可以添加声音，使您会领略立体感的听觉效果，它是模拟现实中声音传播路径的 3D 声音。其实现手法是，首先应用 AudioClip 音响剪辑节点在 VRML世界中创造并指定声源和其可以引用的声音文件的位置及播放的各种参数。VRML 所支持的文件声音有 WAV 文件和 MIDI 文件。MPEG-1 是通过 MovieTexture 影像文件节点来引用的。实现 VRML 场景 3D 声音的第二步是通过 Sound 节点来实现对声源声音的播放。Sound 声音节点在 VRML 世界中生成了一个声音发射器，它用来指定声源的各种参数，即指定 VRML场景中声源的位置和声音的立体声表现。声音可以位于局部坐标系中的任何一个点，并以球面或椭球的模式发射声音。Sound 节点也可以使声音环绕，即不通过立体化处理，这种声音在离它所指定的距离逐渐变为 0。其声音传播原理图如图 9 所示。Sound 节点可以出现在 VRML文本文件的顶层，也可以作为组节点的子节点。Sound 节点中 3DS Max 7.0 所整合的 VRML97标准中有 AudioClip 节点和 Sound 节点按钮，可以直接操作并且输出为 VRML 场景。2.2 ASP 调查网页的创建调查网页的创建 2.2.1ASP 调查网页的创建调查网页的创建 主要有意见输入页面、意见结果显示页面、过渡和管理页面、虚拟场景和参与调查系统整合页面和支持的后台数据库。而重要的技术内容有：在意见输入 ASP 页面应用 VBSCRIPT向数据库传输数据、在意见结果显示 ASP 页面应用 VBSCRIPT 调用后台数据库数据、在过渡和管理 ASP 页面应用 VBSCRIPT 管理后台数据库数据及 Javascript 的报错语句、ASP 和 VRML场景的整合。222 将虚拟现实场景整合入意见输入将虚拟现实场景整合入意见输入 ASP 页面页面 将 VRML 场景整合入意见输入 ASP 页面主要通过标记，具体的代码如下：；场景整合入页面效果如图 1、图 2 所示。图 1 某建筑外绿地环境设计公众参与 Internet 评价页面截图 1 Fig 1 The sectional drawing of evaluation pages of Internet about public participation of green environmental design out of some building 1 -4-http:/ 图 2 某建筑外绿地环境设计公众参与 Internet 评价页面截图 2 Fig 2 The sectional drawing of evaluation pages of Internet about public participation of green environmental design 2 223 公众参与网页的发布。公众参与网页的发布。网页通过服务器主机提供浏览服务，现在服务器主机有“主机”和“虚拟主机”两种方式，笔者通过 FTP（LeapFTP）将“公众参与网页”上传到自己从虚拟主机服务商手中申请的“虚拟主机”上。3.在园林设计中应用的设想在园林设计中应用的设想 面对我国公众参与园林设计的现状，笔者认为:在园林设计过程中,此技术可以逐步应用于公众参与。根据我国园林设计体系的特点,在目前该技术可以应用于以下确定发展目标阶段和设计方案优选阶段。31 在确定发展目标阶段 在确定发展目标阶段,借鉴技术支持模式借鉴技术支持模式,广泛征求公众意向广泛征求公众意向 西方园林设计工作程序中,有一个园林价值评估和园林发展目标确定的阶段。在这个阶段中,市民是最主要的参与者,市民的意向也是决策的主要依据。因此,园林设计师们设计了多种公众参与的方法来促进这一阶段市民的民主参与。目前公众参与技术的应用研究也主要在这个阶段开展。在我国,问卷调查、座谈会等参与形式大致属于这一阶段,但这些方法层次较低,效果也不明显。该技术的引入可以大大改善这一状况。因为要让公众对于园林价值和发展目标提出有价值的意见,首先要让他们对于园林环境的现状有足够的了解。而以 VRML为核心的虚拟现实技术恰恰提供了这样一种工具,即让公众有兴趣也有机会接触到复杂巨量的园林空间信息,并通过对信息的分析深入地理解园林各个方面的状况。公众才能据此提出自己有价值的意见,这种意见对于民主的决策是最具意义的。在这一阶段该技术的应用可以借鉴技术支持模式。根据这一模式,第三方(在我国主要为各设计院所)担当的角色很重要。他们需要设计建立适当的园林 VRML 场景和相关数据库系统,并通过这一系统与公众广泛交流从而得到有价值的公众意向。委托方(政府或企业)的任务是协助设计方收集基础数据、组织领导公众参与活动、以及根据公众意向做出最后的决策。而-5-http:/ 公众一方则不必学习任何计算机专业知识,只需要在理解该系统所表达的设计公众参与中的应用初探内容和与设计者充分交流基础上提出自己想法意见和建议,参与最后的决策。32 在设计方案优选阶段使用该技术配合设计公示制度的实施 在设计方案优选阶段使用该技术配合设计公示制度的实施 设计公示是我国公众参与的一个重要组成部分,在某些城市(如深圳)已被确立为一项制度。这一点可看作园林设计民主化进程的一大进展。但如前文所述向公众展示的主要是最终的设计成果,这种参与的层次是较低的。而在设计方案优选阶段应更多地采用设计公示制度,让公众辅助决策设计方案的选择。那么,选择更有效的交流方式与工具，将自己的设计方案展示给公众应该成为园林设计师努力的方向。传统的设计图纸和文字说明专业性仍然较强,而该方法作为可视化工具能够促进设计的“非神秘化”。参考文献：参考文献：1曲娟，米淑红，付晓云等论我国风景园林规划设计与公众参与J沈阳农业大学学报，2005，9：350-352 2李国松，杨柳青论虚拟现实和园林艺术J中南林学院学报，2007，2：87-89 3韦有双，杨湘龙，王飞虚拟现实与系统仿真M北京：国防工业出版社，2004 年 1 月 4阳化冰，刘忠丽，刘忠轩等虚拟现实构造语言 VRMLM北京：北京航空航天大学出版社，2000年 9 月 5Mike Morrison，Joline Morrison 著数据库驱动的 Web 站点M张全新，李炜译北京：清华大学出版社2002 年 6 月 6母天石基于 VRML 虚拟现实漫游技术的研究与实现D武汉：武汉理工大学，2005 7杨立新，白昕场，李聪园林演示动画中植物建模技术的研究J风景园林，2006，2：28-32 8曾峻峰,邱翠菊虚拟现实技术在园林设计方面的应用J中国园林，2004，5：69-71 A Method of Virtual Reality Based on Web in Public Participation of Landscape Planning and Garden Design LEE Guo-song1、JIANG Shu-lei 1.The Forestry Seedling and Cutting Management Center of Hebei Province，Hebei Shijiazhuang 050091 E-mail： Abstract First of all，the author show the importance of public participation on landscape and garden design and analyze shortcomings in the process of landscape architecture design in China.Secondly，based on the introduction of virtual reality on the WebVRML、ASP、VB、Java and Access，the article show a new way to public participation of landscape and garden design on line，and discuss the using in our country in public participation of landscape and garden design on line at two stage：aim-making and optimization of plan Keywords:virtual reality based on WEB；VRML；landscape and garden design；public participation；ASP 作者简介：作者简介：1.李国松（1977 年 11 月），男，汉族，河北阜城人，硕士，工程师，2007 年 7 月毕业于中南林业科技大学环境艺术设计学院，研究方向：虚拟现实技术在风景园林规划与设计中的应用，供职单位：河北省林业局种苗管理站（河北石家庄，050091）；E-mail： 2.蒋淑磊（1981 年 8 月），女，汉族，河北博野人，中南林业科技大学资源与环境学院在读硕士 -6-