CN111783294B - 一种基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法，属园林景观虚拟仿真技术领域。本发明通过构建风景园林虚拟三维仿真场地，制作仿真三维植物动态模型，然后使用Lumion软件对三维场景进行优化处理，并实时配置仿真三维植物。通过虚拟漫游的方式观察植物配置的效果，并及时做出调整，使植物造景达到最好的效果，既能够让设计人员更好的推敲设计方案，也可以让甲方在施工前通过虚拟仿真更直观的看到植物造景最终呈现的效果，同时对后期施工方的实际操作也能起到一定的指导作用。

Description

一种基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法

技术领域

本发明涉及一种基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法，属园林景观虚拟仿真技术领域。

背景技术

园林植物是风景园林的主要素材，除了具有净化空气、降低粉尘、隔离噪音等物理功能外，还具有营造优美景观的重要作用，因此植物造景设计是风景园林设计项目中非常重要的环节。

目前植物造景设计主要是设计师通过自身经验，绘制园林植物配置平面图，再配以鸟瞰图进行展示。由于园林植物种类多样，有着各种不同的外观特点，植物配置平面图只能体现植物在平面上的位置关系，不能直观的反映植物在园林空间中的三维形态和植物之间的多重空间关系，因此只通过平面图无法全面判断植物配置的合理性和美观度。而鸟瞰图一般是选取园林空间中一个或者几个固定的视点，静态的展示园林场景某些角度的三维场景，这种图的重点一般是体现整个园林场景的整体效果，对植物配置的细节无法兼顾，不能真实的反映植物配置。从甲方的角度，不能在设计阶段完全的直观观察到植物造景的实际效果，只能在施工过程中发现问题，导致不必要的浪费。

Lumion是一款实时的三维可视化工具，主要应用于建筑、城市规划设计等领域，具有可实时操作、渲染速度快、视觉效果好的特点。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的问题和不足，提供一种能体现整个园林场景的整体效果，且能真实的反映植物配置，从而直观观察到植物造景的实际效果，以解决现有平面图无法全面判断植物配置的合理性和美观度；不能在设计阶段完全的直观观察到植物造景的实际效果，只能在施工过程中发现问题，导致不必要浪费问题的基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法。

本发明的技术方案是：

一种基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法，其特征在于：它包括以下步骤；

1）、首先对设计场地进行前期调查，并对场地内部现状和周边环境进行分析，然后使用天海达RTK测量系统对整个场地关键点坐标和高程进行测绘，并将测量数据导入到AutoCAD中生成基本地形图；

2）、使用大疆精灵4pro航拍无人机通过倾斜航测技术进行场地周边环境的自动三维建模；为保证较好的效果，参数设置为：航测的重叠设置，航向和旁向重叠率均设置为70%；云台俯仰角设置，正射影像图为-90°，3D立体影像为-45°；飞行高度设置，为保证影像分辨率清晰，在周边建筑不影响的情况下，飞行高度不超过80米；

3）、根据前期调查资料以及场地RTK测量数据，按照甲方对设计的要求，使用Sketchup软件根据现实世界真实尺寸构建虚拟园林场景的三维模型，从而完成整个场地园林景观的设计方案；

4）、在步骤3）设计方案的基础上，构建整个园林景观场地的三维模型，并导入S2中无人机生成的周边环境三维实景模型；

5）、根据植物设计方案，使用SpeedTree软件制作仿真植物三维动态模型；并根据选定的植物种类外形特征，设置树干、枝条、树叶、花、果的参数，使仿真植物的形态与真实世界植物形态基本一致；同时设置植物枝叶随风摆动的动态效果；

6）、将园林景观场地的三维模型导入到Lumion软件，对场景进行优化仿真；并使用Lumion提供的天气系统，进行天气仿真模拟，为园林植物在不同天气条件下的造景效果提供基础；使用Lumion提供的灯光系统，对虚拟园林场景进行灯光布置，为园林植物夜景效果提供基础；灯光布置为：路灯设置、草坪灯设置、射灯设置、地灯设置；使用Lumion提供的特效滤镜，对虚拟园林场景的整体色彩氛围进行设置；整体色彩氛围为：锐度调节、颜色校正、饱和度调节；

7）、根据设定的设计目标，通过人机交互方式将在步骤2）中制作的仿真三维植物导入Lumion软件，并放置到合适的位置进行植物配置，并结合实际仿真效果实时调整植物位置以及植物之间的搭配关系以达到好的景观效果；使用Lumion的材质系统，对虚拟园林场景中的建筑、地形、道路、地面铺装、绿地、设施小品的材质进行物理参数化设置，使其效果与真实世界一致，以提高整个虚拟场景的仿真度；

8）、根据步骤7）中园林植物造景虚拟仿真结果，绘制标准园林植物配置平面施工图，从而为风景园林项目的实际施工提供依据。

步骤3）所述虚拟园林场景包括整个园林场地中的建筑、地形、道路、地面铺装、绿地、设施小品等的仿真三维模型。

步骤6）天气仿真模拟包括：太阳高度和角度设置、云朵数量和位置设置、风向和风力设置、降雨设置、降雪设置。

所述步骤7）中，人机交互的方式使用电脑键盘和鼠标。进一步包括使用鼠标点击对植物模型进行操作：导入植物模型、放置单个植物模型、沿路径放置多个植物模型、移动植物模型、旋转植物模型、缩放植物模型、删除已放置植物模型、更换植物树叶颜色。进一步包括使用键盘按键进行仿真虚拟漫游操作：水平方面前进后退左右转弯、提高和降低行走速度、提高和降低观察点高度。

所述步骤7）中，在人机交互过程中，实时观察植物配置效果并进行评价改进。进一步包括：对虚拟场景中仿真园林植物的品种、形态、规格、数量、所处位置以及相互之间搭配进行美学价值的评价，如果达不到设计效果，则通过人机交互进行实时的调整。通过不断的调整，使整体植物配置达到设计的造景要求。

本发明的有益效果在于：

该基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法能够在设计阶段以虚拟仿真的手段真实全面反映植物造景效果，既能够让设计人员更好的推敲设计方案，也可以让甲方在施工前通过虚拟仿真更直观的看到植物造景最终呈现的效果，同时对后期施工方的实际操作也能起到一定的指导作用。

具体实施方式

以面积约3万平方米的公园植物造景虚拟仿真为例；

该基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法包括以下步骤；

首先对设计场地进行前期调查，重点包括场地内部现状和周边环境分析，然后使用天海达RTK测量系统对整个场地关键点坐标和高程进行测绘，并将测量数据导入到AutoCAD中生成基本地形图；使用航拍无人机通过倾斜航测技术进行场地周边环境的自动三维建模。为保证较好的效果，参数设置为：航测的重叠设置，航向和旁向重叠率均设置为70%；云台俯仰角设置，正射影像图为-90°，3D立体影像为-45°；飞行高度设置，为保证影像分辨率清晰，在周边建筑不影响的情况下，飞行高度不超过80米。

根据前期调查资料以及场地RTK测量数据，按照甲方对设计的要求，在AutoCAD中完成整个公园场地园林景观的平面设计方案。然后在设计方案的基础上，使用Sketchup软件根据现实世界真实尺寸构建3万平方米的公园三维虚拟场景，为了达到逼真的仿真体验效果，按照设计图纸制作居住区中包括建筑、地形、道路、地面铺装、绿地、设施小品等的仿真三维模型。最后导入无人机生成的周边环境三维实景模型与之相匹配，使整个场景具有更高的完整度和仿真度。根据公园风景园林景观设计的具体要求，选择合适植物品种，在根据这些植物品种的外形特征，使用SpeedTree软件制作需要的仿真植物三维动态模型。在软件中设置树干、枝条、树叶、花、果的参数，使仿真植物的形态与真实世界植物形态基本一致；然后设置植物枝叶随风摆动的动态效果。

将公园三维场景模型导入到Lumion软件，对场景进行仿真优化。仿真优化包括：

1）使用Lumion的材质系统，对导入模型中的建筑、地形、道路、地面铺装、绿地、设施小品的材质进行物理参数化设置，使其效果与真实世界一致，提高整个虚拟场景的仿真度。

2）使用Lumion提供的天气系统，进行天气仿真模拟，通过设置太阳高度和角度、云朵数量和位置、风向和风力、降雨和降雪等，为园林植物在不同天气条件下的造景效果提供基础。

3）使用Lumion提供的灯光系统，对路灯、草坪灯、射灯、地灯设置灯光效果，为园林植物夜景效果提供基础。

4）使用Lumion提供的特效滤镜，对虚拟园林场景的整体色彩氛围进行设置，通过锐度调节、颜色校正、饱和度调节使整体画面达到最优的效果。

根据植物配置需要，在Lumion软件中将S2中制作的仿真三维植物逐一导入到S5制作的居住区三维仿真场景中，并通过鼠标点击操作，进行放置单个植物模型、沿路径放置多个植物模型、移动植物模型、旋转植物模型、缩放植物模型、删除已放置植物模型、更换植物树叶颜色等多种操作，将植物放置到合适的位置，并实时调整植物位置以及植物之间的搭配关系以达到最好的景观效果。在此过程中，通过键盘快捷键，对居住区三维仿真场景进行前进后退、左右转弯、上升和降低视点的仿真漫游操作，身临其境观察植物造景的效果，对虚拟场景中仿真园林植物的品种、形态、规格、数量、所处位置以及相互之间搭配进行美学价值的评价，如果达不到设计效果，则通过人机交互进行实时的调整。通过不断的调整，使整体植物配置达到设计的造景要求。

在完成上述所有操作后，还可以设置相机生成静态图片和动态的漫游视频。

本发明所提出的方法能够在设计阶段以虚拟仿真的手段真实全面反映植物造景效果，既能够让设计人员更好的推敲设计方案，也可以让甲方在施工前通过虚拟仿真更直观的看到植物造景最终呈现的效果，同时对后期施工方的实际操作也能起到一定的指导作用，本发明不仅仅限于公园植物造景的虚拟仿真，同时也适用于其他各类风景园林场地的植物造景。

Claims (2)

1.一种基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法，其特征在于：它包括以下步骤；

1）、首先对设计场地进行前期调查，并对场地内部现状和周边环境进行分析，然后使用天海达RTK测量系统对整个场地关键点坐标和高程进行测绘，并将测量数据导入到AutoCAD中生成基本地形图；

2）、使用大疆精灵4pro航拍无人机通过倾斜航测技术进行场地周边环境的自动三维建模；为保证较好的效果，参数设置为：航测的重叠设置，航向和旁向重叠率均设置为70%；云台俯仰角设置，正射影像图为-90°，3D立体影像为-45°；飞行高度设置，为保证影像分辨率清晰，在周边建筑不影响的情况下，飞行高度不超过80米；

3）、根据前期调查资料以及场地RTK测量数据，按照甲方对设计的要求，使用Sketchup软件根据现实世界真实尺寸构建虚拟园林场景的三维模型，从而完成整个场地园林景观的设计方案；

4）、在步骤3）设计方案的基础上，构建整个园林景观场地的三维模型，并导入步骤2）中无人机生成的周边环境三维实景模型；

5）、根据植物设计方案，使用SpeedTree软件制作仿真植物三维动态模型；并根据选定的植物种类外形特征，设置树干、枝条、树叶、花、果的参数，使仿真植物的形态与真实世界植物形态基本一致；同时设置植物枝叶随风摆动的动态效果；

6）、将园林景观场地的三维模型导入到Lumion软件，对场景进行优化仿真；并使用Lumion提供的天气系统，进行天气仿真模拟，为园林植物在不同天气条件下的造景效果提供基础；使用Lumion提供的灯光系统，对虚拟园林场景进行灯光布置，为园林植物夜景效果提供基础；灯光布置为：路灯设置、草坪灯设置、射灯设置、地灯设置；使用Lumion提供的特效滤镜，对虚拟园林场景的整体色彩氛围进行设置；整体色彩氛围为：锐度调节、颜色校正、饱和度调节；通过锐度调节、颜色校正、饱和度调节使整体画面达到最优的效果；使用Lumion提供的灯光系统，对路灯、草坪灯、射灯、地灯设置灯光效果，为园林植物夜景效果提供基础；

7）、根据设定的设计目标，通过人机交互方式将在步骤5）中制作的仿真三维植物导入Lumion软件，并放置到合适的位置进行植物配置，并结合实际仿真效果实时调整植物位置以及植物之间的搭配关系以达到好的景观效果；使用Lumion的材质系统，对虚拟园林场景中的建筑、地形、道路、地面铺装、绿地、设施小品的材质进行物理参数化设置，使其效果与真实世界一致，以提高整个虚拟场景的仿真度；

8）、根据步骤7）中园林植物造景虚拟仿真结果，绘制标准园林植物配置平面施工图，从而为风景园林项目的实际施工提供依据；

步骤6）所述的对场景进行优化仿真为：对虚拟园林场景中的建筑、地形、道路、地面铺装、绿地、设施小品的材质进行物理参数化设置，使其效果与真实世界一致，提高整个虚拟场景的仿真度；

步骤6）所述的园林植物在不同天气条件下的造景效果为：太阳高度和角度设置、云朵数量和位置设置、风向和风力设置、降雨设置、降雪设置；

所述步骤7）中的人机交互方式为：使用电脑键盘和鼠标；包括使用鼠标点击对植物模型进行操作：导入植物模型、放置单个植物模型、沿路径放置多个植物模型、移动植物模型、旋转植物模型、缩放植物模型、删除已放置植物模型、更换植物树叶颜色；同时包括使用键盘按键进行仿真虚拟漫游操作：水平方面前进后退左右转弯、提高和降低行走速度、提高和降低观察点高度，在人机交互过程中，实时观察植物配置效果并进行评价改进；

所述实时观察植物配置效果并进行评价改进为：对虚拟场景中仿真园林植物的品种、形态、规格、数量、所处位置以及相互之间搭配进行美学价值的评价，如果达不到设计效果，则通过人机交互进行实时的调整。通过不断的调整，使整体植物配置达到设计的造景要求。

2.根据权利要求1所述的一种基于Lumion的园林植物造景的虚拟仿真方法，其特征在于：步骤3）所述的虚拟园林场景为整个园林场地中的建筑、地形、道路、地面铺装、绿地、设施小品的仿真三维模型。