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　　ETH研究项目分享 什么是数字景观设计？可视化技术如何产生新的景观环境体验？本次的研究项目，我们选用了ETH-苏黎世联邦理工Landscape Topology的三个Research Themes作为分享，整理了有关数字景观，景观可视化中-点云三维建模技术与实际项目的应用方法，和全新的景观设计思路。

　　多维点为计算机提供了在数字三维平面中重建物理对象所需的信息，其中点云是坐标系下点的数据集开云网址·(中国)官方网站，所含信息包括三维坐标X，Y，Z，以及颜色、分类值、强度值等。操作方法主要是通过三维激光扫描仪进行数据采集从而获取点云数据；其次通过二维影像进行三维重建，整体在模型的重建上具有高精度和速度快的特点。

　　其技术较广泛得应用在沉浸式体验中，如交互式景观点云模型，用户能够在虚拟空间中无限移动，激光扫描的点云模型与环境声音相结合，可产生一种新的视听景观真实感。此外，点云结合其他技术工具也在景观或者环境研究团队研究地形分析的过程中起到了很大的辅助作用。

　　若对数字景观-三维点云技术有兴趣，Point Cloud Landscape的模型也可以在“Sketchfab”的平台上中进行下载并与实时操作。

　　结合现有的遥感技术，设计师是否可以用高清点云模型重现所分析研究的物理环境呢？对于以上的问题，在Robotic Landscape项目中，研究团队基于点云建模原理，加入了机械化程序对地形进行拓扑操作，将机器数字制造（如机械臂系统）结合入景观设计中。通过使用自动挖掘机操纵地形，以研究地形表面结构的空间关系组织和性能，并为大规模机器人景观制作定义新的设计方法和施工技术。整体方法较适用于山体滑坡、内陆洪水和海岸保护等方案中。

　　自2011年以来，Piz Cengalo山的局部地质一直面临着崩塌的问题，其碎石和泥石流也对周围环境以及城镇带来了很大的影响。项目提出通过点云技术对于受灾区域进行大规模地形建模，同时对于周边材料的利用与机器人数字建造程序的设定开云网址·(中国)官方网站，在泥石流滑坡重灾区域应用可持续的地形解决方法，以重建新的自然形态和地形。

　　整体研究流程可理解为：点云数字建模与地形分析——所选场地材料的研究——3D景观建模和新景观方法的提出——机械臂对模拟地形的自动化操作（即数字模型和实际模型的双验证新景观的设计）——最终映射于实际场地，实现自动化的新景观重建的完整方法论。此方法论对于未来可变的滑坡景象也同样具有一定的适用性和可持续性。

　　在数字实验阶段，点云技术在此处的作用主要是现有整个泥石流区域的重建和高精度分析（如上图），同时与滑坡初期以及受灾中期的情况做对比，以便更好的分析现有场地的情况和未来场地滑坡的预测。基于点云3D模型对应的mesh模型也被实验于不同新景观建筑设计和选取位置的测试实验中，以研究泥石流滑坡的预期影响状况并不断优化新景观的设计结果。

　　对比数字模型的整体把控，在实际材料和机械臂的实验过程中，特定材料的特性和聚集过程都进行了精确的分析和记录，以验证新地形的设计方法。团队使用配有传感器的数字控制机器对砂和砾石等无定形材料进行了处理，使其能够在景观设计中实现反馈驱动的形成过程。不同材料如表面性质等对应设定不同的组合方式，以应对和承受水和泥石流的作用力；也同时匹配不同的机械臂进行材料的操控，以模拟实际。

　　对于传统的景观设计，该方法将遥感点云技术与自动化的概念相结合，具有一定创新意义的同时，也改进了对于泥石流影响灾区的重建方法。

　　该项目延续了上一个项目系列的方法和概念，研究场地同样是传统保护措施无法涉及的山地滑坡和洪水区域。整体方法上也与之前提到的“点云建模——材料研究——机械臂自动化”的方法类似，以下我们就简要地概述一下大致的设计流程。

　　对于场地的地形和水利治理方法，先是通过无人机等拍摄装置，将复杂多变的山体三维重现用于地形和材料的分析。在三维模型中，不同的材料、地貌形态以及机器的移动和挖掘路径都被模拟优化至最可实现和防汛防泥石流最有效的操作流程。具体的思路如以下例图：地形的重建（不同材料的分配），实体与虚拟模型的模拟优化，得到最终的最优解。

　　该项目主题下，点云建模的主要作用：精确记录城市景观的物理和空间特征，对于场地初始复杂条件的分析与重建，成为改造项目的直观依据

　　除了对地形的分析，点云建模技术是否可以优化原有的生态系统设计方法，开发城市景观的新设计体系呢？对应该问题，Green Trail Singapore的项目概念利用点云模拟技术来观察新加坡的绿色走廊，以精确记录地区的物理和空间特征， 提出了缓解新加坡热岛效应的城市新规划。

　　自从Keretapi Tanah Melayu（KTM）之后，Bukit Timah至Tanjong Pagar Station的绿色廊道一直处于空置状态，作为新加坡城市景观中独特的基础设施，廊道连接岛上各种新城镇和自然区域，被认为是调节改善城市热舒适性的一个重要地形。

　　该项目结合了点云三维建模、和可视化技术技术，旨在研究现有的城市结构与环境特性，重新加入未来生态设计的考量，以走廊改变周围区域的气候条件。

　　在点云技术的使用上，团队先对廊道周围环境的现有植被以及建筑空间情况进行了基本研究。此外基于点云本身的粒子结构，不同的截面被提取作为深入细节的分析；且除了精确的地面激光扫描，航空由上至下的扫描结果也帮助研究团队在不同尺度上更好的把控整体环境。

　　该项目在设计方法上除了依据点云的环境分析，对于设计师加入了更多实际改造的操作意义，也让重建设计的过程与场地本身更有联系。

　　在扫描过后，整体的点云模型被分割为不同可编辑的部分，之后导入Rhino和Cinema 4D进行建模并实现组装。为了实时考虑新设计对于周边环境的影响并提高设计效率，在重建的模型中，设计师可直接添加或删除基于原场地建模得到的现有元素、重新塑造地形和植被、组成新的城市空间。高精度点云模型在过程中也同时起到重要的很好的参考作用，以便设计师调整在不同空间下廊道热环境设计应加入的细节考量。

　　相同项目系列的还有BRANI REDUX- Restoration of An Island Landscape To Form Singapore’s new waterfront的设计，新加坡岛屿景观的重建。与SINGAPORE HOT…SINGAPORE COOL应用同样的设计方法，整体相对更强调城市空间中的滨水区景观设计，讨论了城市地形、水文环境（潮汐起伏）、植被和城市化等景观元素是如何分阶段相互作用的。从景观设计到城市和滨水区设计以及之后的新设计效果再现，点云都分别起到了地形参考、操作工具和空间展示型的作用。

　　“Can we evoke a sense of garden through audiovisual samples?” 景观是一种多层次的空间感受过程，视觉和听觉相辅相成，我们是否能通过视听带动对庭院景观的感知呢？”本研究主题将数字录音技术加入至点云模型中，结合了视觉与听觉，以及景观可视化，景观建模与空间表达的多样方法。通过特定时间或特定季节对场景和声音，在模型内创建视觉和听觉的连续性，增强了环境和空间感知的真实感。

　　Kyoto Gardens属于ETH Landscape组对于点云研究的早期项目（2015），项目的概念和操作方法较为易懂，相对于以上的分析性项目也更加富有效果展示意义，我们以下就进行简要的分析。整体概念实现需要两类材料：1）环绕声音的采集，2）三维点云模型的建立。通过搜集不同公共空间中的声音元素加入至京都花园的声学环境中，重新布置现有的听觉空间，对应创建新的虚拟景观，体验者可以在异地体验京都花园的景观环境。不同环境音的加入，也使得景观本身的氛围得到了改变。

　　在京都系列的其他项目中，如以下其他京都花园系列中的记录，团队除了声音也加入了一些文字叙述的部分以增强体验者在整个虚拟环境中的文学漫步过程，关联不同文化的意义开云网址·(中国)官方网站。

　　近年来，快速融化的冰川对瑞士许多高山地区产生了深刻的影响和变化，冰川的研究具有一定的必要性，如何记录冰川的融化情况和结构变化成为了研究的目的。Melting Landscapes在概念和技术方法上与以上Kyoto Gardens的项目相同，将点云视觉与声音结合。研究团队通过大幅面相机扫描、制作和模拟不同融化状态下的冰山点云模型，或用激光扫描创建高精度的三维模型。潜水式麦克风也在冰壳中对冰体移动进行了录音，以用于数据记录。