试论基于空间信息技术的景观建筑数字化研究

　　摘 要:数字景观建筑是建筑行业空间信息系统发展的一个重要方向。该文阐述了数字景观建筑的相关概念、意义、内容和方法，探讨了基于空间信息技术的景观建筑数字化的系统体系和技术框架，从而为景观建筑数字化提供支持。
　　关键词:数字景观建筑 空间信息 系统体系 技术框架
　　20世纪90年代以来，以虚拟现实为代表的数字化技术得到了长足的发展，计算机及其相关技术也为景观建筑的信息表达以及景观建筑本身带来一次新的转变契机。网络使信息不再局限于以纸为载体，同时，多媒体技术能够把多种数字化信息综合成一种全新的信息表现方式，将图形图像、文字、声音、视频等信息相融合，极大地增强了信息数字化作用于社会的深度与广度。数字化技术不仅在各种工业领域得以广泛的应用，在保护文化景观建筑遗产方面也显露了引人瞩目的效果。灵境漫游、虚拟修复等新的建设方式给文化景观建筑遗产保护事业开辟了新的途径。同时，世界己经跨入了以“数字化”、“互联网”为标志的新千年，信息数字化将更加迅速并日益成为重要的竞争力因素。应用数字化技术，从多方位展现景观建筑的价值和作用，勾绘景观建筑的空间格局并进行资源的空间分析，对重新认识景观建筑的开发利用和游览价值，提高景观建筑资源的美学价值和历史文化价值有着十分重要的意义。本文提出了基于空间信息技术的景观建筑数字化的技术框架和系统体系，从而为景观建筑数字化提供支持。
　　1 景观建筑数字化的概念和意义
　　通过最新的数字图像技术、虚拟现实技术、互联网等技术的综合运用，将景观建筑资源进行整理、归类，并通过数字化技术进行记录、编辑、管理和再现这些景观建筑，使人们能够在不到达旅游区的情况下，通过网络和计算机清晰地、全方位地参观和感受自然和文化景观建筑，能够不受时间与空间的限制，超越国际与文化，感受到与观看实际景点极相近的感官体验，这一过程就是景观建筑的数字化。
　　景观建筑信息化最显著的特征就是数字景观建筑的建立。数字景观建筑是综合运用地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、网络、多媒体和虚拟仿真等高科技手段，对景观建筑的基础资料设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策支持的技术服务体系。数字景观建筑提供给人们一种全新的景观建筑规划、建设、管理、工作生活的理念与调控手段，能适应并预测景观建筑的变化，尤其是GIS的空间信息综合处理能力与直观表现能力，在处理景观建筑复杂系统问题时，能帮助人们更好地建立起全局观念与模拟直观感。
　　景观建筑数字化具有多重意义。一方面，景观建筑数字化便于景观建筑实景的游览和虚拟旅游的开发，为公众提供了身临其境的交互式访问平台，便于用户对景观建筑实景的游览，具有低成本的可重复性、环境效益好的优点，游客可充分发挥其自主性和选择性，又具有刺激性，并且可以从根本上提高旅游活动质量，减少旅游对古老遗产的影响，从而实现文化景观建筑遗产旅游可持续发展的新方向。另一方面景观建筑数字化便于重要景观建筑文化资源的高效保存与利用，将自然景观建筑和文化景观建筑的展示、保护提高到一个崭新的阶段。而且便于景观建筑资源的管理和宣传，还可以为景观建筑专业人士及相关系统的各部门提供借鉴和资源共享，从而使景观建筑脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以“拥有”的文化资源。景观建筑的数字化及其数字产品例如稀有植物、罕见的岩石景观建筑等数字资源有利于人们进行自然科学研究、考查和科普教育。
　　2 基于空间信息技术的景观建筑数字化内容和方法
　　根据景观建筑及其规划设计的特点，景观建筑数字化的内容应包括实景的数字化、虚拟景观建筑修复与重现的数字化和相关文字信息的数字化三部分，主要通过“3S”与Web GIS、虚拟现实技术、动画制作和多媒体技术等方法实现（图1）。
　　2.1 “3S”与Web GIS地理信息系统 （ G I S ） 、遥感（ R e m o t e sensing）、全球定位系统（GPS），统称空间信息的“3S”，GIS与 Internet 中的Web 网结合，称WebGIS。GIS可实现景观建筑图形、图像和属性信息的有机结合，分析和模拟景观建筑的空间姿态，进行景观建筑的空间格局分析，绘制地图和景观建筑旅游图，并建立一系列和景观建筑相关的应用模型。GIS的空间分析功能可广泛地应用于空间模型及其空间数据的分析，可以定量地描述景观建筑的地表形态及分布特征，并计算相关的地形因子，如坡度、坡向等，这对于景观建筑资源的分析和评价有重要的作用。Internet为数据库的全球化服务提供了新的通讯平台和界面。遥感信息具有很好的现实性、宏观性和周期性，通过景观建筑解译和计算机数字图像处理，可以宏观地反映各种景观建筑类型信息和地表信息。遥感与GIS的有机结合，能实时地提供景观建筑分布、山体水系、道路网络、旅游设施等宏观信息。全球定位系统可以实时地在便携机上准确和形象地反映其定位信息，生成GPS 旅游航迹图，使游客随时了解自己所处的地理位置，调整和选择前进路线。
　　2. 2 虚拟现实技术虚拟现实（Virtual Reality，VR）是一种可以创建和体验的虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。虚拟现实技术是一个由图像技术、传感器技术、计算机技术、网络技术以及人—机对话技术相结合的产物，它以计算机为基础，创建一个三维视觉、听觉和触觉环境，目前已广泛地应用于许多领域。
　　由于受到自然灾害、经济建设、旅游开发等因素的影响，许多珍贵稀有文物景观建筑已处于濒危或消亡境地，有效保护、研究与开发这些文物景观建筑资源具有重要的意义和价值。通过计算机技术与传统文物景观建筑保护工作的结合，对文物景观建筑实施数字化保存、重现和修复，并以文物景观建筑为研究对象，利用虚拟现实、图像处理与人工智能等技术实现濒危或消亡景观建筑的虚拟展示、景观建筑复原与演变模拟等系统，将极大地提高和改善文物景观建筑保护研究的效率与效果。
　　2. 3 动画制作和多媒体技术三维动画是电脑图形图像领域中最具魅力的工具，目前已被广泛应用于影视广告，影片、电视片制作等。三维动画以其视觉强烈、美感强、动感好等特性，适用于表示景观建筑的空间格局和动态变化过程。真三维技术又可促进计算机技术在景观建筑研究中的进一步应用。三维功能不仅可以模拟景观建筑的空间分布形态，而且可用来寻找具有相邻或其他空间关系的空间统计分析。多媒体是计算机交互综合处理多种媒体信息，建立多种媒体间的逻辑连接，集成为同一数字环境并具有交互性的技术。多媒体技术可以提高景观建筑的表现力与感染力，使景观内容丰富多彩。
　　3 基于空间信息技术的景观建筑数字化系统体系
　　数字景观建筑是综合运用地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、网络、多媒体和虚拟仿真等高科技手段，对景观建筑进行自动采集、动态监测管理和辅助决策支持的技术服务体系。根据景观建筑管理的实际要求和数字景观建筑的总体需求，数字景观建筑是以景观建筑空间数据库为基础，在网络环境中实现各专业部门用户对数据的获取与更新、数据的处理与存储、信息的提取与分析，同时建立相应的专业应用模型库和元数据库。
　　数字景观建筑将以数据为中心，实现数据一次输入、完全共享，使景观建筑应用服务与全局服务相一致。专业应用软件实现多源数据获取、数据的专业用户分析处理与应用，是数字景观建筑的核心组成部分。景观建筑空间数据库是基础，数据是一切服务的基础，它涉及海量数据的存储与快速处理，空间数据的一致性问题和数据仓库技术等。信息提取与管理决策分析包括数据互操作、多源数据集成、信息智能提取与决策分析和海量空间信息的联机分析处理。专业模型库是给不同的专业用户提供实际应用解决方案，实现专业模型的解算与分析。元数据库是实现空间数据共享与信息智能提取等的重要辅助手段，主要包括有数据层、数据库层、模型库、系统层和网络应用层的元数据体系。
　　景观建筑虚拟环境系统分析是建立在专业应用软件和景观建筑空间数据库的基础上，实现景观建筑三维虚拟环境的重构，为景观建筑的实时监测与安全生产管理提供技术服务。
　　数字景观建筑必须处在一个网络体系中才能实现信息的共享与服务，网络环境主要包括宽带网、智能网，支持基于网络的分布式计算操作系统，基于对象的分布式网络服务、分布处理与互操作协议等。
　　体系结构还包括专业培训和外部数据源的接口等。数字景观建筑的框架体系是围绕景观建筑多源信息实现景观建筑的信息化与网络化管理，实现面向专业和技术人员的数据获取与处理技术，实现信息完全共享、智能联机分析处理与辅助决策服务。
　　4 基于空间信息技术的景观建筑数字化技术框架
　　景观建筑数字化的实现与应用涉及到地理信息系统、虚拟现实、网络、多媒体、数据库和海量数据存储等多种高新技术，集成应用是数字景观建筑实现的关键，因此数字景观建筑是一项复杂的系统工程，不是某一技术能够独立实现的，而是多种高新技术组合应用的结果。数据获取、数据传输、数据存储、数据处理和数据共享等共同组成了数字景观建筑的关键技术体系。
　　5 结 语
　　数字景观建筑是传统景观专业、建筑专业、旅游行业、计算机和空间信息（GNSS/GIS/RS）等技术发展与结合的产物，是景观建筑科学技术与信息科学技术、空间科学技术等现代科学技术交融的前沿，是从更高的层次、系统论和一体化的角度来组合和应用已有和正在发展的理论、技术、数据和能力，它在景观建筑欣赏、景观建筑规划设计、空间数据管理、实时管理、景观建筑用地、实时信息提取与辅助决策等方面具有重要的应用价值。随着数字化技术的不断发展及信息时代的更大挑战，数字化景观建筑将会为更多的用户提供更便捷更高质量的服务，为世界文化景观建筑提供更全面的数字资源宝库。

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