探索數字化建筑景觀設計

前言
在建筑設計、景觀設計等相關行業中，
計算機輔助設計所發揮的作用也越來越重
要，設計軟件在為建筑、景觀設計工作服
務的同時，軟件本身也在不斷地更新，新
軟件、新功能的出現使計算機輔助設計已
經不是簡單地從平面圖形拉伸高度，或者
通過布爾運算得到一個形體。軟件神奇的
造型能力在設計過程中激發了設計師更多
的奇思妙想，并幫助設計師將自己的奇思
妙想變成現實。計算機帶來的這種變化不
僅提高了設計工作的效率，也帶動了設計
方法的進步。
一、數字化建筑景觀設計的必要性
傳統的建筑與景觀設計，都要滿足后
期建造的要求。在功能、材料、結構等方
面要符合相應的行業規范，設計本身要建
立在真實可信的基礎之上。設計師進行設
計時借鑒了現實中存在的經驗，并將這些
經驗結合自己的設計思想反映在設計作品
上。在計算機出現之前，設計師主要通過
手繪平面圖與效果圖或者制作沙盤的方式
來表達自己的設計內容，圖紙與沙盤要求
尺寸與比例精確，對設計內容的形態、細節、
材料、光感等也要有充分的表現，這就要
求設計師不僅要有良好的空間想象能力，
還要求設計師有較強的手繪能力與手工制
作能力。傳統的設計方法雖然練就出一批
大師級的建筑設計師、景觀設計師，但也
使許多設計工作者束縛在動手能力上，設
計師的創造力不能得到充分的發揮。
二、數字化技術在建筑景觀設計中的
應用
計算機輔助設計的出現，為設計師帶
來了全新的創作體驗。計算機在數據處理
方面比人腦更加快速、準確，通過計算機
語言可以進行非常復雜的邏輯運算，而軟
件則是多種復雜運算指令的集合，在傳統
建筑設計、景觀設計中大量的重復性、復
雜性的工作，通過軟件相對應的指令就可
以迅速而準確地完成。隨著設計軟件的不
斷更新，一方面，軟件在操作體驗上高度
模擬傳統的操作感受，如通過高精度的手
寫輸入設備模擬真實手寫體驗。另一方面，
軟件也將計算機的邏輯運算能力發揮到極
致，基于計算機數據運算而生成的二維圖
形與三維模型，其準確度與復雜程度都是
人手無法比擬的。在圖形顯示方面，基于
真實物理基礎而開發的渲染器能真實地模
擬現實世界中的材質、紋理、毛發、光影
等信息。利用沉浸式虛擬現實體驗設備可
以使人們猶如身臨其境般置身虛擬的世界
中。計算機帶來的變化改變了傳統的建筑、
景觀設計的工作方法，不僅提高了工作的
效率，也提升了設計的水平。
在草圖繪制階段，設計師完全可以脫
離現實中的紙和筆，在有了一個初步的設
計構思后，設計師可以直接使用計算機進
行草圖的繪制，不管是模擬傳統手繪，還
是使用 CAD 軟件繪制平面草圖，計算機
都可以更快地實現設計師想要達到的效果，
并且更加方便進行修改。設計師在進行草
圖繪制的時候，可以迅速地將新的設計靈
感表達在草圖上，避免了過去煩瑣而漫長
的修改過程，使設計師將更多的精力專注
于設計本身。
空間造型通過二維手繪的方式進行表
現，更考驗人的空間思維能力，空間造型
轉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
更全面地表達設計內容。多邊形建模與曲
面建模是當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成物體
的基本要素 ：點、線、面進行編輯來得到
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，影響模型細節
的因素主要取決于細分的精度與拓撲結構。
同時多邊形對點、線、面的操控更加靈活，
在進行有機造型（如人物、動物、自然場
景等）的時候將更加方便。多邊形建模操
作比較簡單、直觀，在建筑、景觀游戲、
影視等領域，多邊形建模都得到了比較廣
泛的應用。與曲面建模相比，多邊形在處
理具有一定數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、線、面組成的，
但是與多邊形建模不同，NURBS 中的點、
線、面是按照一定的數學表達式來生成的。
NURBS 中的點即控制點，控制點可以控制
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
點來控制的。由此可見 NURBS 建模方式
更適合創建具有一定數學規律的曲面模型，
在建筑、景觀設計行業中通常會遇到類似
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，
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，又將計算機建模的參數化特征
發揮到極致。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家感到無約束自由
創作的 3D 設計工具，ZBrush 的建模方法
是基于多邊形建模基礎的，但是它與傳統
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
去傳統三維設計軟件的工作模式，使藝術
家擺脫了依靠鼠標和參數進行模型制作的
束縛。相對于參數化建模，這種建模方式
更尊重藝術家的創作靈感與傳統工作模式。
參數化建模所具有的高度復雜性、邏輯性
特征也是人手所無法比擬的。參數化建模
在建筑、景觀設計領域越來越受到重視，
而“BIM”模式應運而生，“BIM”即建筑
信息模型，它將建筑工程項目中的各項信
息數據作為模型建立的基礎，從建筑設計
到建筑施工中的每個環節所需要的信息，
都可以從建筑信息模型中獲得，它具有可
視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖
性五大特點。Autodesk Revit Architecture 是
在建筑、景觀設計行業中比較典型的 BIM
軟件，使用 BIM 軟件設計師可以對建筑設
計及施工有一個系統的把握，方便設計人
員與施工人員的溝通，從而提高設計和施
工的效率。
建模方法的改進為設計師提供了很大
的方便，設計師在設計階段往往會對方案
不斷地進行修改、完善。因此軟件的設計
也要迎合設計師的需要，軟件本身在開
發過程中，為了方便設計師對方案進行修
改，盡量做到使每一步操作達到可控。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行參數的修改。而
Maya 則采用節點模式，將不同的操作命令
和參數通過輸入與輸出端口相連接，相對
于修改器堆棧的方式，這種由節點組成的
網絡結構具有更強的靈活性與可控性。不
同的節點連接方式所帶來的效果往往超出
人們的預料，犀牛 Rhinocero Grasshopper
插件在節點編輯上更具特色，它可以通過
節點網絡生成結構關系非常復雜的幾何化
模型。設計師在進行設計的過程中，常常
因為軟件本身所帶來的視覺體驗而獲得新
的設計靈感。此時軟件的功能已經不是單
純對草圖的再現，計算機三維造型的不可
預見性為設計方案提供了更多的可能。
三、結束語
計算機輔助設計還處于剛起步階段，
未來的計算機輔助設計還有非常巨大的發
展潛力，這不僅需要硬件開發、軟件開發
人員的努力，作為設計人員，也應不斷地
探索計算機輔助設計的新方法、新思路，
提高自己的藝術修養與設計水平，創作出
更多好的作品，使人們體驗到技術革新帶
來的便利。
參考文獻
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