城市设计过程中视觉化设计工具的应用研究
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佐藤礼华 过伟敏
摘要 设计的思考是将设计内容外在化的过程，需要用视觉化的设计工具表现出设计思维的结果。应用互动型的实时仿真（Virtual Reality，简称VR）技术不仅能够使设计结果表现的内容更加丰富逼真，还能够针对城市设计的具体项目需求构筑多功能的VR系统， 并从中发现问题。VR技术以其逼真的表现能力、互动的操作方式、不受尺度范围的局限等优势，不仅为设计者开拓了思维，同时其易操作、易理解、有针对性的内容，也为行政和市民等广泛的意见参与提供了平台。
关键词 城市设计 设计过程 视觉化设计工具 实时仿真
城市设计领域随着现代化的进程在不断地发展变化，在设计过程中所使用的视觉化工具也在不断变迁以适应现代设计手法的发展。实时仿真技术在这样的时代背景下应运而生，不断发展。
1 城市设计的动向
城市设计（Urban Design）一词提出于50年代，是指为提高和改善城市空间环境质量，根据城市总体规划及城市社会生活、市民行为和空间形体艺术等对城市进行的综合性形体规划设计。审视现代城市设计的发展过程，可以看到其影响范围冲破了专业范围的局限，越来越多地联系到城市中的各个领域，使城市设计成为将人们生活身边所有的环境作为对象进行统合设计的一个新领域。从城市尺度上看，身边的环境包括建筑物、道路桥梁、公园、公交车站、广告牌、沿街树木和花坛等各种要素，横跨不同的空间和领域，可以从室内设计、住宅设计这样的小空间到街路、广场、公园等城市景观的大空间，甚至远眺的山峦等大自然景观也包括在内。
总而言之，城市设计将大范围地域作为设计对象，考虑存在于城市中的要素以及周边影响城市的各种要素，同时并非只是将规划、建筑、道路、景观等不同专业的设计对象集聚在一起进行设计，而是将它们进行统筹考虑，无论公共空间还是私有空间，无论大的建筑物还是小的街景花坛，都作为构成一个城市的社会基础，传承其生活和文化的内涵，解决共通的社会问题，创造美观的城市环境。换句话说，城市设计需要社会的参与，是一种社会行为，因而除了从专业的设计理念进行创作外，广泛的意见参与也是设计过程中重要的一环。
2 设计理念共享的视觉化工具
由于城市设计是一种针对城市整体内容进行综合性设计的行为，所以设计内容比城市规划等专业的内容更加详细，比建筑设计、景观设计等专业的设计涵盖了更大的范围并涉及更广泛的参与者，因而设计理念共享的要求也就更高。现代的城市设计为了达到更高要求的设计理念共享而应用计算机图形处理技术作为视觉化设计工具，并且在实践中不断摸索更有效的视觉表现和应用方法。
因城市设计行为的参与者涉及到行政、居民、相关领域的专家、建设实施单位等各方面相关人员，特别是现代的城市开发和建设，重视景观环境及相关关系、建筑遗产的保护、高质量的生活环境和方式等，因此设计过程中的参与者、参与时期和参与方式各式各样，要使一个设计方案不断融入各方意见并取得共识，视觉化设计工具是不可欠缺的，并且需要具有不同尺度范围的表现能力，且易理解、易操作、易保存、互动性强，同时具有新颖的表现和操作方式。
2.1 城市设计过程中VR技术应用的可能性
随着计算机技术的迅猛发展，计算机的三维立体空间中的表现力已经相当成熟，3DCG （三维图像处理）和VR（实时仿真）技术也被广泛应用。作为在设计过程中应用的操作系统，其操作运行、表现方式、表现速度等都会影响在设计中的应用，对设计者的思维也产生着不同的影响，也是城市设计领域中的重要内容。
2.2 创造性思维、理念沟通的互动演示要求
城市设计作为综合性的社会需求已为社会所认知，人们不仅对建筑物、道路、桥梁、公园等进行单体评价，也越来越重视其在城市整体视觉环境中的构成评价，因而设计过程中各个相关专业的沟通日趋重要，包括各个专业领域内、相关领域各个专业间以及其他不同领域的参与者之间的沟通理解，也包括共同参与形成团队行为的协调设计。协调设计中的相互理解首先要将自己的想法和理念用容易理解的方式确切地传达，这就需要选择最适合的演示媒介，从而避免由于不同专业的概念与理解的差异而导致目标的偏离，以使理念可以顺利沟通与贯彻。
3 VR技术及应用
VR是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，能够模拟进入现实环境的心理效果。
3.1 VR在城市设计领域中的应用
城市设计过程可以运用VR技术的仿真效果、实时互动方式、与数据库的连接方式等。例如，应用VR技术可以在周边环境甚至整个城市环境的更大范围内表现所需，且不受尺度和视点方向等限制，能通过实时互动功能迅速做出视觉反应。
近年城市设计的内容也在发展变化，不仅包括对城市空间进行设计，也开始涉及制度、地域及与人的行动相关的团队活动等，因而＂设计与交流（Design&Communication;）＂成为城市设计领域中的一个关键词，而VR技术作为一种强有力的设计工具，能够将设计对象及其周边的街区、建筑物等，包括自然景观和人们的生活环境及相关的各种要素综合考虑，也能够对重点内容或相关内容进行抽象和整合。
3.2 设计过程中作为视觉设计工具的VR应用实例
设计本身是思考的具象化过程，是设计者在大脑思考空间中形成抽象化概念后外在化形成具象的过程，这个过程需要通过反复分析、综合、评价后再经过外在化修改确认，最终得到设计结果。因此外在化过程即设计过程的表现（图1），需要用设计工具反映出设计结果。
设计思考过程中还需要多方面收集参考资料用于辅助思考，而多种多样的参考资料或不同设计阶段的过程表现内容都会在设计过程中呈现影响力，将相关资料等植入设计范围的虚拟空间，能够直接表现出至今为止设计和思维方式的变化过程，其直观性及VR自由视点的互动性也为创造性思考提供了一种新的可能性。例如，设计者将参考资料的图片、动画等配置于设计区域中用来构思区域规划中的地域用途、动线等（图2），以这种直观的形式征求各方意见，进而在充分理解地形、地貌等信息后，提出具体的设计方案。
VR技术能够在设计之前详尽地表现广域范围的现状。例如，首先应用VR系统在立体空间的地形中叠入草图来确认地形等（图3），便于各方参与者都能在共有的空间认识的基础上对设计者的思考内容提出建议和意见。
面对城市的空前发展，城市设计肩负着越来越重要的历史使命。例如，大范围的项目通常有着复杂的地形和自然景观，三维空间的模拟能够将整个地形尽收眼底，也能同时将地形分析结果进行演示，并利用VR的实时互动的方式，可自由地以各种视点、视角、视觉范围、行走速度等进行详细观测（图4）。
4 结语
作为设计过程中激发思考的外在化工具，VR技术的应用已不同于其他设计工具。首先，构筑VR系统可以进行大范围、分层、叠层表现，可以直接在环境背景下进行设计创意，还可以直观地考虑历史和现状的影响。同时虚拟空间构筑的系统不仅在大范围的表现上具有优势，对于局部或详细设计也同样是强有力的设计工具。
城市设计过程中，VR系统不仅可以使设计者通过诱导用户视线说明设计理念，用户也可以任意改变视点进行实时观测，从而对设计进行更深度的理解。其优势有：1）在设计的各个阶段应用新技术对设计者的创造性思维起到促进作用；2）易于与各个领域的参与者共享设计理念；3）使人们对城市设计产生更大的兴趣。新奇的互动效果和直观操作可以增加设计者和使用者的互动气氛，提高参与兴趣；4）诱导参与者的思维方式，使用户对内容观察更加细腻；5）全新的设计结果展示和历史遗产建筑物的再现等，能够进一步扩大参与范围和参与意识，让设计理念和设计内容与参与者互动，不仅能起到宣传的效果，也可将专业知识寓于娱乐中使参与者得到学习。