探索数字化建筑景观设计

宋云坡

（中钢集团工程设计研究院有限公司石家庄设计院 河北石家庄 050021）

【摘要】计算机技术在人们生活与工作中的应用范围越来越广泛。本文笔者对数字化建筑景观设计进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

【关键词】数字化；建筑；景观；设计

前言

在建筑设计、景观设计等相关行业中，计算机辅助设计所发挥的作用也越来越重要，设计软件在为建筑、景观设计工作服务的同时，软件本身也在不断地更新，新软件、新功能的出现使计算机辅助设计已经不是简单地从平面图形拉伸高度，或者通过布尔运算得到一个形体。软件神奇的造型能力在设计过程中激发了设计师更多的奇思妙想，并帮助设计师将自己的奇思妙想变成现实。计算机带来的这种变化不仅提高了设计工作的效率，也带动了设计方法的进步。

一、数字化建筑景观设计的必要性

传统的建筑与景观设计，都要满足后期建造的要求。在功能、材料、结构等方面要符合相应的行业规范，设计本身要建立在真实可信的基础之上。设计师进行设计时借鉴了现实中存在的经验，并将这些经验结合自己的设计思想反映在设计作品上。在计算机出现之前，设计师主要通过手绘平面图与效果图或者制作沙盘的方式来表达自己的设计内容，图纸与沙盘要求尺寸与比例精确，对设计内容的形态、细节、材料、光感等也要有充分的表现，这就要求设计师不仅要有良好的空间想象能力，还要求设计师有较强的手绘能力与手工制作能力。传统的设计方法虽然练就出一批大师级的建筑设计师、景观设计师，但也使许多设计工作者束缚在动手能力上，设计师的创造力不能得到充分的发挥。

二、数字化技术在建筑景观设计中的应用

计算机辅助设计的出现，为设计师带来了全新的创作体验。计算机在数据处理方面比人脑更加快速、准确，通过计算机语言可以进行非常复杂的逻辑运算，而软件则是多种复杂运算指令的集合，在传统建筑设计、景观设计中大量的重复性、复杂性的工作，通过软件相对应的指令就可以迅速而准确地完成。随着设计软件的不断更新，一方面，软件在操作体验上高度模拟传统的操作感受，如通过高精度的手写输入设备模拟真实手写体验。另一方面，软件也将计算机的逻辑运算能力发挥到极致，基于计算机数据运算而生成的二维图形与三维模型，其准确度与复杂程度都是人手无法比拟的。在图形显示方面，基于真实物理基础而开发的渲染器能真实地模拟现实世界中的材质、纹理、毛发、光影等信息。利用沉浸式虚拟现实体验设备可以使人们犹如身临其境般置身虚拟的世界中。计算机带来的变化改变了传统的建筑、景观设计的工作方法，不仅提高了工作的效率，也提升了设计的水平。在草图绘制阶段，设计师完全可以脱离现实中的纸和笔，在有了一个初步的设计构思后，设计师可以直接使用计算机进行草图的绘制，不管是模拟传统手绘，还是使用CAD 软件绘制平面草图，计算机都可以更快地实现设计师想要达到的效果，并且更加方便进行修改。设计师在进行草图绘制的时候，可以迅速地将新的设计灵感表达在草图上，避免了过去烦琐而漫长的修改过程，使设计师将更多的精力专注于设计本身。空间造型通过二维手绘的方式进行表现，更考验人的空间思维能力，空间造型转化为二维图形在观察与理解方面都会受到局限，而三维模型相对于二维图形能够更全面地表达设计内容。多边形建模与曲面建模是当前三维软件中比较常用的建模手段。多边形建模主要是通过对构成物体的基本要素：点、线、面进行编辑来得到一个三维模型，利用多边形建模方式建造的模型表面是由直线组成，影响模型细节的因素主要取决于细分的精度与拓扑结构。同时多边形对点、线、面的操控更加灵活，在进行有机造型（如人物、动物、自然场景等）的时候将更加方便。多边形建模操作比较简单、直观，在建筑、景观游戏、影视等领域，多边形建模都得到了比较广泛的应用。与曲面建模相比，多边形在处理具有一定数值约束的曲面模型的功能略显不足。

曲面建模也称为NURBS 建模，NURBS 模型同样是由点、线、面组成的，但是与多边形建模不同，NURBS 中的点、线、面是按照一定的数学表达式来生成的。NURBS 中的点即控制点，控制点可以控制曲线的曲率、方向与长短。NURBS 可以在曲线与曲线之间自动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点来控制的。由此可见NURBS 建模方式更适合创建具有一定数学规律的曲面模型，在建筑、景观设计行业中通常会遇到类似曲面模型的制作，此时使用NURBS 建模方法将更加快速、高效。

近年来一些新的建模软件不断涌现，像本文前面曾提到的那样，一方面，建模软件在操作上高度模拟人手的主观体验。另一方面，又将计算机建模的参数化特征发挥到极致。其中ZBrush 就是在模拟人手操作方面比较有特色的建模软件。ZBrush是世界上第一个让艺术家感到无约束自由创作的3D 设计工具，ZBrush 的建模方法是基于多边形建模基础的，但是它与传统的多边形建模在操作体验上有着完全不同的感受。ZBrush 的建模方法完全颠覆了过去传统三维设计软件的工作模式，使艺术家摆脱了依靠鼠标和参数进行模型制作的束缚。相对于参数化建模，这种建模方式更尊重艺术家的创作灵感与传统工作模式。参数化建模所具有的高度复杂性、逻辑性特征也是人手所无法比拟的。参数化建模在建筑、景观设计领域越来越受到重视，而“BIM”模式应运而生，“BIM”即建筑信息模型，它将建筑工程项目中的各项信息数据作为模型建立的基础，从建筑设计到建筑施工中的每个环节所需要的信息，都可以从建筑信息模型中获得，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。Autodesk Revit Architecture 是在建筑、景观设计行业中比较典型的BIM软件，使用BIM 软件设计师可以对建筑设计及施工有一个系统的把握，方便设计人员与施工人员的沟通，从而提高设计和施工的效率。

建模方法的改进为设计师提供了很大的方便，设计师在设计阶段往往会对方案不断地进行修改、完善。因此软件的设计也要迎合设计师的需要，软件本身在开发过程中，为了方便设计师对方案进行修改，尽量做到使每一步操作达到可控。如3DSMax 使用修改器堆栈的方式将每一步操作命令得以保留，使用者可以在任何时候返回到某一步命令中进行参数的修改。而Maya 则采用节点模式，将不同的操作命令和参数通过输入与输出端口相连接，相对于修改器堆栈的方式，这种由节点组成的网络结构具有更强的灵活性与可控性。不同的节点连接方式所带来的效果往往超出人们的预料，犀牛Rhinocero Grasshopper插件在节点编辑上更具特色，它可以通过节点网络生成结构关系非常复杂的几何化模型。设计师在进行设计的过程中，常常因为软件本身所带来的视觉体验而获得新的设计灵感。此时软件的功能已经不是单纯对草图的再现，计算机三维造型的不可预见性为设计方案提供了更多的可能。

三、结束语

计算机辅助设计还处于刚起步阶段，未来的计算机辅助设计还有非常巨大的发展潜力，这不仅需要硬件开发、软件开发人员的努力，作为设计人员，也应不断地探索计算机辅助设计的新方法、新思路，提高自己的艺术修养与设计水平，创作出更多好的作品，使人们体验到技术革新带来的便利。

参考文献

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