都市景觀電腦視覺模擬程序與技術之研究
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(2) 內政部建築研究所專題研究計畫期末報告 計畫名稱：都市景觀電腦視覺模擬程序與技術之研究 計畫編號：MOIS881001 執行期間：八十七年七月一日至八十八年六月三十日. 都市景觀電腦視覺模擬程序與技術之研究. 計劃主持人：邱茂林 研究人員：. 藍儒鴻 蕭朝明 賴俊呈 孫可為. 內政部建築研究所 中華民國八十八年五月.
(3) 記錄：施文和. 內政部建築研究所 八十八年度建築研究計畫聯合研討會﹁都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究﹂會議紀錄 時間：八十八年五月廿四日下午一時卅分. 地點：國立台灣大學理學院思亮館國際會議廳 主席：黃組長萬鎰 出席人員：詳如簽到表 計畫主持人簡報三十分鐘。 與談人綜合意見： 林峰田委員審查意見： 本研究對景觀模擬之理論、技術及國內外案例，已有了廣泛而扼要的回顧整理。 /. /. (. ). (. ) 1 7. ? b M (. ). L M R V. 格式資料，可以在網際網路上供人查詢、瀏覽。可繼續. 數？ 。. n o g y l o P. 地形資料的虛擬實境. 資料記錄格式表，可加入”資料量”. 可進一步將﹁都市設計景觀模擬準則 或參考範圍 ﹂做成條文式的整理，以利各單位執行參考。例如：﹃景 觀控制點﹄的挑選原則，遠 中 近景觀各應幾張？做到何種程度之真實度？ 表. 目前技術上已可製作 此一方面的應用。. S I G. 未來可針對各市都市設計委員訪談，進一步評估系統的需求與成效。 劉安平審查意見：. 本研究對國內外視覺模擬發展的理論有很完善的表現，足為爾後類似研究的參考。.
(4) 由於模擬之層次不同，使用軟硬體或資料量等都不同，如何統一應用或維護相關資料，希望能有比較明確的 說明。. 本案以台南市為，例進行相關程序與技術的建議。唯文內並未有明確的相關單位應如何配合進行等的作法說 明，例如規劃設計單位、主管單位審議委員等在程序內的角色之說明。. 本案各圖像的資料量速度等測試數為單一的可行作法、如何做等建議能綜合的表成一檢測表︵ 讓大家能一目瞭然。. ︶，. t s i l k c e h c. 何芳子審查意見：. 本報告旨在探討﹁都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術﹂，應屬相當嶄新的議題，尤其國內在此方面之實際 運用尚在起步階段，本報告從視覺模擬之理論與技術層面，到電腦應用及輔助都市設計審議之案例分析等， 均有相當詳細探討，頗值肯定及參考價值。. 結論與建議中強調﹁模擬應注意主體之抽象性、正確性、代表性、真實性及時間性等客觀基礎條件﹂，其電 腦輔助都市設計審議應以﹁大規模開發、景觀敏感地區、特殊景觀塑造地區為主﹂，以及建議後續應朝﹁網 瀏覽﹂、 、 衛星定位系統 等結合方式，以提高資料附加價值之方向發展，均 路傳遞﹂、﹁利用 相當正確。 R V. S I G. ( S P G. ). 視覺模擬之目的在透過不同的景觀方案，預視可能而適切之開發建設計畫對周遭環境之調和及都市成長管理 策略，對於不同尺度規模之模擬對象 如全市、各行政區、街廓、建築物本體 ，依模擬目的之不同，宜就其 比例尺、範圍、大小及視點設定一併納入探討，以求模擬結果之即時性需要。 (. ). 雖電腦模擬能發揮輔助都市景觀規劃及都市設計審議之作用，但目前囿於硬體之運算速度，仍無法達到即時 模擬效益，尋求可行的輔助方式或許也是目前研究的重要課題。 朱賢良委員審查意見：. 本研究計畫中所建構出的都市景觀電腦模擬之程序及模式，具體可行。可供將來從事此方面之研究人員及業.
(5) 者參考 。. 以具體實際之台南市都市景觀模擬來探討電腦模擬應用於都市景觀模擬之課題，所提之方法及內容，不論對 地標建築、景觀道路，都市更新及開放空間都十分實際可用。. 結論：. 本案執行內容收集了許多都市景觀視覺模擬的案例及相當多的模擬程序與方法，基本上已經可以提供審議單位 及設計單位參考使用。 請計畫主持人參考與談人所提出的意見，在結案以前再進行補充修正。. 散會.
(6) 中文摘要 視覺模擬被應用於建築與都市景觀設計、規劃與研究上已有時日。而近年來應 用電腦作為視覺模擬使得體驗空間之方式更容易。同時應用電腦建立一個環境模型遠 比建立一個真實環境來得經濟，有助於研究環境體驗與實質環境屬性的互動關係與動 態特質。而應用都市模型與網際網路以提供規劃設計者與民眾一個共通的視覺溝通工 具，可以幫助了解都市景觀之特質與都市設計之程序，也瞭解都市動態發展與未來可 能之變化。因此本研究以「都市景觀之電腦視覺模擬」作為研究方向，探討以下課題： 1. 為何要模擬都市與建構都市模型？ 2. 如何建構都市模型？與改變或調適模型？ 3. 如何運用地理資訊？如何聯結與管理各種資料？ 4. 如何表達都市細部？如何決定其模型抽象化程度與精確度？ 5. 如何藉由都市模型觀察都市空間之特性？如何讓民眾藉由視覺模擬瞭解都市 環境特質與問題？ 6. 如何以電腦輔助都市設計審議？ 因此，本計畫以台南市為例進行模擬，包括都市模型建構與觀察二部份。第一 部份預計以台南市中心區為範圍，運用數位地圖建立現階段台南市的三維電腦模型。 而運算速度與模型中物件數量有直接關係。都市空間量體之抽象化程度與精確度須配 合都市量體之規模與尺度，因此將比較其運算效能與觀察效果。第二部份為都市觀 察，將以第一部份建立之都市模型作為觀察之基礎，以都市設計中的四種範圍(都市 更新、道路景觀、開放空間、與地標)，抽樣分析其空間特性，並邀請規劃者與民眾 來檢測其視覺傳達之溝通效果，瞭解電腦視覺模擬對於都市設計審議之配合與功能。 本計劃之綜合成果包括：建立台南市中心區三維空間之都市模型，研擬其模擬程 序，界定電腦模擬中建築與都市之各種人造物之細部與抽象化要求，以都市模型作為 都市觀察或都市設計審議之可行性。以上所建立之模型將可提供日後都市發展之用。. 關鍵詞：都市景觀、視覺模擬、電腦模擬. -I-.
(7) ABSTRACT Visual simulation is used for architectural and urban simulation for a period of time. Recently, applying computers to visual simulation for experiencing spaces become easier. Meanwhile, the use of computers for building a environmental model is more economic than a physical model. Furthermore, urban models provides planners and people a visual communication tool, which can helping better understand of the characters of urban landscape, urban design procedures, and also the future development. This research is aimed to study "issues of computer simulation in urban modeling", including: 1. why simulate cities, and construct urban models? 2. how to construct urban models? and modify models? 3. how to apply geographic information? How to link and manage various types of data? 4. how to represent urban details? how to determine the level of abstraction and accuracy of models？ 5.. 6.. how to observe the characters of urban space from urban models? How people can understand the urban issues and problems by computer simulation and internet? how to assist urban design reviews by computer simulation?. Therefore, this study includes two parts: urban modeling and observation. In the first part, a three-dimensional urban model of the central Tainan city will be constructed by using digital maps. The level of abstraction and accuracy are according to the scale and dimension of urban massing, and the performance of computation and observation will be studied. The second part is urban observation based on the model created in the first part. The observation of urban spaces is based on four kinds of urban design such as roads, urban review, open space, and landmarks, planners and people are invited for evaluating the effectiveness of visual communication, and examine the role of computer simulation in urban design review process. In conclusion, this research is undertaken to pursue the following issues: (1) establishment of 3D urban model of the Tainan city, (2) study of the procedure of creating urban models, (3) evaluation of the level of abstraction and accuracy of artifacts in architecture and urban spaces, (4) feasibility studies of the effectiveness of observation from the urban model. Keyword: Urban design, urban landscapes, visual simulation, computer simulation. -II-.
(8) 目錄 中文摘要 英文摘要 目錄 圖目錄 表目錄. I II III VI IX. 第一章 緒論. 1. 第 1 節 研究動機與目的. 1. 1.1.1 研究動機 1.1.2 研究目的. 1 2. 第 2 節 研究範圍與用語定義. 2. 1.2.1 研究範圍 1.2.2 用語定義. 2 3. 第 3 節 研究方法與流程. 6. 1.3.1 研究方法 1.3.2 研究流程. 6 7. 第 4 節 文獻回顧與專家訪談. 8. 1.4.1 國內發展現況 1.4.2 國外發展現況 1.4.3 專家訪談與座談會. 8 11 13. 第二章 都市景觀模擬之程序與技術. 21. 第 1 節都市景觀電腦模擬之目的. 21. 2.1.1 實質環境模擬再現 2.1.2 分析現況問題 2.1.3 探討未來景觀發展課題. 22 23 25. 第 2 節景觀視覺理論. 26. 2.2.1 都市景觀元素 2.2.2 視覺觀察方法 2.2.3 景觀映像評估. 26 30 35. 第 3 節 都市景觀模擬之程序. 38. 2.3.1 模擬程序 2.3.2 模擬條件 2.3.3 模擬評估. 38 39 39. -III-.
(9) 第 4 節 都市景觀模擬之電腦模擬技術 2.4.1 都市景觀模擬之數位化途徑 2.4.2 電腦模擬方法 2.4.3 硬體與軟體環境. 第三章 電腦視覺模擬於都市設計之應用 第 1 節 國外都市設計中視覺模擬之發展 3.1.1 美國 3.1.2 英國 3.1.3 日本 3.2.1 台中市精明一街 3.2.2 台南科技工業園區. 第 1 節 都市模型之模擬建構 地理資訊與數位資料 模擬環境 資料量與運算效率 模擬成本. 59. 63 63 67 68 70. 71. 模擬範圍與觀景視點 模擬細部 抽像性、代表性、真實性 正確性、時間性. 第五章 台南市都市景觀案例模擬 第 1 節 地標建築（林百貨、宏觀） 地標建築的特性 模擬範圍與目的 模擬方法與內容 模擬評估分析. 71 72 73 76. 79 80 80 81 82 83. 第 2 節 景觀道路（中正路、大學路） 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4. 47. 63. 第 2 節 都市景觀模擬之課題. 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4. 47. 60 61. 第四章 電腦應用於都市景觀模擬之課題. 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4. 40 41 42. 47 51 52. 第 2 節國內都市設計中視覺模擬之發展. 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4. 40. 景觀道路的特性 模擬範圍與目的 模擬方法與內容 模擬評估分析. 83 83 86 87 89. -IV-.
(10) 第 3 節 都市更新（台南車站特定區） 5.3.1 都市更新的特性 5.3.2 模擬範圍與目的 5.3.3 模擬方法與內容 5.3.4 模擬評估分析. 90 90 91 91. 第 4 節 開放空間（安平運河、孔廟文化園區） 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4. 90. 開放空間的特性 模擬範圍與目的 模擬方法與內容 模擬評估分析. 93 93 94 94 95. 第六章 電腦輔助都市設計審議之應用 第 1 節 台北市信義計劃區都市設計審議 6.1.1 台北市信義計劃區都市設計審議程序與內容 6.1.2 中國信託總部大樓 6.1.3 中國石油公司總部大樓 6.1.4 國際金融中心大樓. 第 2 節 嘉義縣中正大學特定區個案分析 6.2.1 都市設計規範與審議程序 6.2.2 電腦輔助都市設計審議. 97 97 97 101 103 104. 106 106 108. 第 3 節 民眾參與及視覺化評估工具 6.3.1 全球資訊網之應用 6.3.2 線上問卷. 112 112 114. 第七章 結論與建議. 117. 第 1 節 結論 第 2 節 建議與後續研究. 117 118. 參考文獻. 123. 附錄 附錄一：期初簡報之審查意見 附錄二：期中簡報之審查意見 附錄三：大學路都市景觀模擬問卷 附錄四：台南車站特定區都市景觀模擬問卷 附錄五：期末簡報之審查意見. -V-. 127 130 133 139 144.
(11) 圖目錄 圖 1- 1 模擬之架構....................................................................................................... 6 圖 1- 2 研究流程........................................................................................................... 7 圖 1- 3 台北市信義計劃園區量體之電腦視覺模擬................................................... 8 圖 1- 4 台南科技工業園區未來量體之電腦視覺模擬............................................... 9 圖 1- 5 德國柏林市的量體模擬..................................................................................11 圖 1- 6 澳洲亞德雷市的量體模擬............................................................................ 12 圖 1- 7 都市景觀電腦視覺模擬要因圖.................................................................... 20 圖 2- 1 模擬議題與技術工具之關係......................................................................... 21 圖 2- 2 都市景觀電腦模擬與都市設計之關係......................................................... 22 圖 2- 3 都市景觀電腦模擬的方向............................................................................. 22 圖 2- 4 等高線之視覺化............................................................................................. 23 圖 2- 5 羅浮宮美術館擴建方案之視覺模擬............................................................. 23 圖 2- 6 台南市孔廟文化園區之規劃範圍................................................................. 24 圖 2- 7 台南市孔廟文化園區之規劃範圍模擬........................................................ 24 圖 2- 8 建築量體管制之形式.................................................................................... 26 圖 2- 9 街道景觀建築主體與附加物........................................................................ 27 圖 2- 10 台北市都市天際線之觀察........................................................................... 27 圖 2- 11 映像環境關係圖........................................................................................... 30 圖 2- 12 視域範圍說明圖........................................................................................... 31 圖 2- 13 D/H 關係示意圖........................................................................................... 33 圖 2- 14 觀察者位置在開放空間之平地或高樓所觀察之結果............................... 34 圖 2- 15 街景視覺模擬............................................................................................... 36 圖 2- 16 街道廣告物招牌改善前後之景觀感受指標............................................... 37 圖 2- 17 台北市信義計劃區市政大樓之視覺模擬景觀感受指標........................... 37 圖 2- 18 都市景觀模擬之程序圖............................................................................... 38 圖 2- 19 電腦模擬之數位化途徑............................................................................... 41 圖 2- 20 數位相機與數位錄影機............................................................................... 43 圖 2- 21 虛擬實境之構成........................................................................................... 43 圖 2- 22 快門閘眼鏡與頭盔式立體顯示器............................................................... 44 圖 2- 23 虛擬實境的頭盔(HMD)............................................................................... 44 圖 2- 24 建築物之線架構、與材質貼圖前後之效果.............................................. 45 圖 2- 25 電腦動畫與虛擬實境之製作過程.............................................................. 46 圖 2- 26 成大榕園之 QuickTime VR ........................................................................ 46 圖 3- 1 美國芝加哥市中心之模擬............................................................................ 48. -VI-.
(12) 圖 3- 2 美國匹茲堡市中心與南河岸之模擬............................................................ 48 圖 3- 3 匹茲堡市街道招牌之規定............................................................................ 49 圖 3- 4 美國洛杉磯市量體模擬................................................................................ 50 圖 3- 5 英國的巴斯市量體與市中心模擬................................................................. 51 圖 3- 6 VENUE 計劃案全球資訊網下各種介面 ...................................................... 52 圖 3- 7 日本橫濱市的量體模擬................................................................................. 52 圖 3- 8 容積率變化之量體模擬................................................................................. 53 圖 3- 9 道路景觀改善與河川橋樑之規劃模擬......................................................... 54 圖 3- 10 全球資訊網下丸山漁港計劃說明............................................................... 54 圖 3- 11 熊本城與其管制範圍圖 ............................................................................... 55 圖 3- 12 熊本城之模擬與觀察架構........................................................................... 57 圖 3- 13 建築物之造形檢討....................................................................................... 57 圖 3- 14 不同建築物獎勵容積之量體模擬............................................................... 58 圖 3- 15 不同方案下觀察熊本城之模擬................................................................... 58 圖 3- 16 招牌位置之示範........................................................................................... 59 圖 3- 17 台中精明一街的系列視覺模擬................................................................... 60 圖 3- 18 台南科技工業園區的視覺模擬................................................................... 61 圖 3- 19 台南科技工業園區的不同標誌意象之視覺模擬....................................... 61 圖 4- 1 台南市數位地圖接合圖................................................................................ 65 圖 4- 2 安平運河數位地圖圖層與模擬範圍............................................................ 66 圖 4- 3 街道景觀之圖層參照示意圖........................................................................ 66 圖 4- 4 台南市中心區量體模擬圖............................................................................ 68 圖 4- 5 網路運算速度之比較.................................................................................... 69 圖 4- 6 視角視距與被視物高度之關係.................................................................... 71 圖 4- 7 模擬範圍與相鄰街廓之關係........................................................................ 71 圖 4- 8 地形地貌之改變............................................................................................ 77 圖 4- 9 資料庫之維護................................................................................................ 77 圖 5- 1 台南市都市計劃關係圖................................................................................ 79 圖 5- 2 台南市主要交通關係圖................................................................................ 80 圖 5- 3 林百貨與宏觀大樓位置圖............................................................................ 81 圖 5- 4 林百貨之電腦模擬圖.................................................................................... 83 圖 5- 5 大學路模擬範圍............................................................................................ 87 圖 5- 6 中正路模擬範圍............................................................................................ 87 圖 5- 7 台南市火車站特定區模擬範圍.................................................................... 91 圖 5- 8 安平運河與孔廟文化園區之模擬範圍........................................................ 94 圖 5- 9 孔廟文化園區之電腦操作螢幕與模擬圖.................................................... 95 圖 5- 10 孔廟文化園區之街景與重要歷史建築模擬圖.......................................... 95 圖 6- 1 信義計劃區之建蔽率與容積率規定............................................................ 99. -VII-.
(13) 圖 6- 2 中國信託大樓之量體與環境關係模擬一(透視圖)................................... 102 圖 6- 3 中國信託大樓之量體與環境關係模擬二(模型照片)............................... 102 圖 6- 4 中國信託大樓之量體與環境關係模擬三(模型照片)............................... 103 圖 6- 5 中國信託大樓之量體與環境關係電腦模擬.............................................. 103 圖 6- 6 中國石油公司總部大樓電腦模擬圖.......................................................... 104 圖 6- 7 國際金融中心大樓全區之量體模擬圖...................................................... 105 圖 6- 8 國際金融中心大樓不同位置之環境模擬圖.............................................. 105 圖 6- 9 國際金融中心大樓地面之環境模擬圖...................................................... 105 圖 6- 10 中正大學特定區範圍................................................................................ 106 圖 6- 11 中正大學特定區都市設計規劃流程........................................................ 107 圖 6- 12 電腦輔助都市設計審議流程.................................................................... 108 圖 6- 13 電腦輔助都市設計審議實施程序............................................................ 109 圖 6- 14 中正大學特定區全區量體模擬................................................................ 109 圖 6- 15 電腦輔助都市設計審議之流程(1)............................................................110 圖 6- 16 電腦輔助都市設計審議之流程(2)............................................................111 圖 6- 17 台中市精明一街全球資訊網網頁.............................................................113 圖 6- 18 台南市大學路全球資訊網網頁.................................................................113 圖 6- 19 本計劃全球資訊網之螢幕畫面.................................................................113 圖 6- 20 網路系統之架構.........................................................................................114 圖 6- 21 台南車站特定區之線上問卷螢幕.............................................................115. -VIII-.
(14) 表目錄 表 1- 1 台南市的都市空間元素與範例...................................................................... 6 表 1- 2 國內視覺模擬案例.......................................................................................... 9 表 1- 3 國外視覺模擬案例........................................................................................ 12 表 1- 4 專家訪談對象一覽表.................................................................................... 13 表 1- 5 「都市景觀電腦模擬之程序與技術」座談會參與者................................ 14 表 2- 1 信義計畫區高度控制點之模擬..................................................................... 25 表 2- 2 超高層建築物景觀影響評估項目................................................................ 27 表 2- 3 都市景觀元素與林區五元素對應關係........................................................ 28 表 2- 4 以道路景觀為主之都市景觀元素................................................................ 28 表 2- 5 國內外城市的都市設計項目比較................................................................ 29 表 2- 6 審議項目之評估............................................................................................ 29 表 2- 7 距離對觀景之限制........................................................................................ 32 表 2- 8 視覺辨識程度分析........................................................................................ 33 表 2- 9 景觀美質評估方法........................................................................................ 34 表 2- 10 視覺景觀模擬向度...................................................................................... 35 表 2- 11 電腦模擬方法之評估 .................................................................................. 42 表 2- 12 電腦模擬方法與探討對象.......................................................................... 42 表 3- 1 都市景觀之管制項目與須提供相關資料.................................................... 56 表 4- 1 國內各城市數位圖檔之比較...................................................................... 64 表 4- 2 圖層設定範例.............................................................................................. 67 表 4- 3 資料量與運算效率之比較.......................................................................... 68 表 4- 4 解析度、光影模式與運算時間比較.......................................................... 69 表 4- 5 模擬模式與細部.......................................................................................... 72 表 4- 6 林百貨與宏觀大樓數位模型特性比較...................................................... 73 表 4- 7 樹模型特性比較.......................................................................................... 75 表 4- 8 3D 樹模型特性比較(一)............................................................................. 75 表 4- 9 3D 樹模型特性比較(二)............................................................................. 75 表 4-10 道路現況照片與電腦模擬之比較............................................................... 76 表 4-11 視覺模擬課題探討之參考圖例 ................................................................... 78 表 5- 1 台南市都市空間範例.................................................................................. 79 表 5- 2 林百貨及宏觀大樓基本特性與數位模型特性比較.................................. 82 表 5- 3 大學路與中正路基本資料之比較.............................................................. 84 表 5- 4 大學路景觀道路之設計與規範.................................................................. 85 表 5- 5 大學路與中正路之模擬條件比較.............................................................. 87. -IX-.
(15) 表 5- 6 表 5- 7 表 5- 8 表 5- 9 表 5- 10 表 5- 11 表 5- 12 表 5- 13 表 5- 14 表 5- 15 表 6- 1 表 6- 2 表 6- 3 表 6- 4 表 6- 5 表 7- 1 表 7- 2. 大學路與中正路之管制重點比較.............................................................. 88 大學路之人行道方案比較.......................................................................... 88 大學路現況與改善方案模擬之比較.......................................................... 89 大學路廣場方案模擬比較.......................................................................... 89 台南車站特定區模擬方式比較................................................................ 91 台南車站特定區方案模擬比較................................................................ 92 台南車站特定區方案模擬比較................................................................ 92 台南車站特定區方案模擬比較................................................................ 93 安平運河河岸景觀植栽模擬比較............................................................ 95 電腦模擬之適用性、應用性、技術性.................................................... 97 台北市都市設計建築開發工程審議申請案圖件審查資料.................. 100 台北市都市設計建築開發工程審議審查項目...................................... 101 以 A7 基地所作的評估報告與表現法................................................... 102 網路資料庫開發工具...............................................................................114 使用者介面與市場兩大主要瀏覽器關係表...........................................115 都市景觀電腦視覺模擬資料記錄格式.................................................. 120 都市設計景觀模擬準則...........................................................................119. -X-.
(16) 第一章 緒論. 第一章 緒論 景觀（Landscape）即是地貌和地表覆蓋物形成距離之視覺形式。地表覆蓋物包 括了水、植物、人類的發展建設，如城市。都市景觀(urban landscape)係指舉目所見 都市中人造環境的結構、街道、空間等實質空間形式。而一個地區的實體由所有特徵 混合而成，這些特徵可分辨出一個區域和地表其它區域的不同。因此藉由觀察都市景 觀之特徵可指認其地形、文化、建築風格、或時間之連續經驗。 視覺模擬被應用於建築與都市景觀設計、規劃與研究上已有時日。而近年來由 於電腦運算能力之提昇與成本降低，使得應用電腦作為視覺模擬以體驗空間之方式更 容易。同時應用電腦建立一個環境模型遠比建立一個真實環境來得經濟，有助於研究 環境體驗與實質環境屬性的互動關係與動態特質。而應用都市模型以提供規劃設計者 與民眾一個共通的視覺溝通工具，可以幫助了解都市景觀之特質與都市設計之程序， 也瞭解都市動態發展與未來可能之變化。以下針對本研究之動機、目的、名詞定義與 流程說明。. 第 1 節 研究動機與目的 1.1.1 研究動機 視覺經驗之再現與創造新的經驗都是視覺模擬之動機。視覺模擬雖已被普遍應 用於建築與都市景觀設計，但是目前主要功能是作為一溝通之工具以表現與再現既存 或未來的都市景觀。如何提昇電腦視覺模擬進一步作為分析與探討都市設計中新的課 題為本研究之動機。 電腦模擬應用於環境規劃與設計研究之價值在於：[郭瑞坤 1996] 1.可作全盤的規劃：傳統的規畫方法多著重於紙上作業，或靜態且片斷的畫面 處理，而無法加以觀視全盤計劃。 2.增加選擇性：利用電腦可快速而有系統的調整與改變，使規劃及使用者有較 多之選擇性引用資料或瞭解。 3.輔助決策。 4.節省人力與財力。 5.易於展示。 6.有助於民眾參與。 電腦模擬在大型都市模擬普遍所面臨的技術問題是資料量與運算速度之瓶頸，. -1-.
(17) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 藉由都市空間量體之抽象化程度與精確度雖可配合都市量體之規模與尺度之要求，以 達到一般運算效能與觀察效果。但仍須進一步瞭解其限制與應用性。本研究即以台南 市為檢驗對象以瞭解其適用性。同時，本研究不僅在於電腦模擬技術探討，更嘗試以 建立都市模型為主之都市模擬程序與觀察方法以幫助未來都市發展之需要。. 1.1.2 研究目的 電腦視覺模擬有三個主要的研究課題：第一個是求「真實感」，亦即是如何使 電腦視覺模擬之結果具有真實之觀感，此一研究方向為電腦圖學(computer graphics) 的主要領域，主要探討產生形狀、光、影等的各種繪圖原理；第二個研究課題是「模 型編輯」，研究如何建構模型；第三個研究課題是「應建構什麼樣的系統以供使用者 使用」，這個方向與使用者的應用領域有關。[林峰田 1992]本研究以探討「真實感」 與「模型編輯」為技術層次之研究目的，以探討「應建構什麼樣的電腦模擬內容或系 統以供使用者使用」為觀察方法之研究目的，其中包括電腦視覺模擬程序與技術二個 方面。 因此本研究以「都市景觀之電腦視覺模擬」作為研究方向，探討議題包括： 1. 2. 3. 4.. 為何要模擬都市與建構都市模型？ 如何建構都市模型？與改變或調適模型？ 如何運用地理資訊？如何聯結與管理各種資料？ 如何表達都市細部？如何決定其模型抽象化程度(level of abstraction) 與精確度(accuracy)？ 5. 如何藉由都市模型觀察都市空間之特性？如何讓民眾藉由視覺模擬瞭解都 市環境特質與問題？ 6. 如何以電腦輔助都市設計審議？. 第 2 節 研究範圍與用語定義 1.2.1 研究範圍 台南市為台灣重要之文化城市，府城之地位可從歷史與都市發展之角度來看。 台南市都市空間形成具有諸多地理、歷史，與社會之因素。就歷史而言，其發展過程 歷經荷據、明鄭、清、日據、民國等時期。就區位而言，空間上具有運河區(安平運 河)、文化資產保護區(孔廟、赤崁樓、安平古堡等)、城牆、商業區、與文教區等。 就都市發展之觀點，城之起源與形成、開發與破壞種種變化與都市化習習相關。現階 段之台南市由於人為之改變(城牆之拆除，道路拓寬、重劃區開發、市政府遷移等)， 原有都市之紋理已逐漸被改變。就都市發展或歷史文化之觀點而言，記錄都市空間之. -2-.
(18) 第一章 緒論. 發展有助於瞭解與預測發展變化。同時，如何將一個擁有集合的人造物、記憶與經驗 的城市藉由電腦模擬方式呈現其都市發展過程與特性不只是視覺模擬之電腦技術問 題，也是模擬研究方法之問題。也期待此研究幫助未來都市發展之定位。 因此，本計畫包括都市模型建構與觀察二部份。第一部份預計以台南市中心區 (約3公里直徑)為範圍，運用數位地圖建立現階段台南市的三維電腦模型。而運算速 度與模型中物件數量有直接關係。都市空間量體之抽象化程度與精確度須配合都市量 體之規模與尺度，因此將比較其運算效能與觀察效果。第二部份為都市觀察，將以第 一部份建立之都市模型作為觀察之基礎，以都市設計中的四種範圍(地標、道路景觀、 都市更新、與開放空間)，抽樣分析其空間特性，並邀請規劃者與民眾來檢測其視覺 傳達之溝通效果，瞭解電腦視覺模擬對於都市設計審議之配合與功能。 本計劃之綜合成果包括：建立台南市中心區三維空間之都市模型，研擬其模擬 程序，界定電腦模擬中建築與都市之各種人造物之細部與抽象化要求，以都市模型作 為都市觀察或都市設計審議之可行性。以上所建立之模型與方法將可提供日後都市發 展之用。. 1.2.2 用語定義 (1) 模擬： 「模擬」(Simulation)的意義很廣泛，一般所謂模擬，係先由觀察世 界或系統中之相關特質及作業關係，從而建立一個具有數學邏輯之模式， 以充份地代表真實系統作業之動態現象。從事建築分析的設計與研究者， 經常將建築環境中的實質元素當作模擬的對象，例如空間量、建材、能源、 成本等。同樣的是從事都市分析的設計與研究者，經常將都市系統內的經 濟、政治、社會及實質元素當作模擬的對象。試圖模仿它們的性質 (characteristics)、形式(form)、和外觀(appearance)，以便進行各種比較實 驗。其主要的目的乃是針對解決許多建築或都市問題的替選方案進行假設 性的實驗，而不致於干擾真實的狀況。如果在實驗中發現了錯誤，可以及 時的加以修正，避免爾後實際執行時所產生的重大失誤。 (2) 視覺模擬：即對一環境、物件、或設計做一真實或創造的照片、影像、 或可幫助人們了解計劃中之方案在視覺上景觀的影響。或只要能在視覺上 表現或創造其他事物之影像的任何方式均可稱之。視覺模擬 (Visual Simulation)強調的是視覺上的圖像或形式模擬方析。傳統應用攝影技術(如 蒙太奇手法)如合併(merge)、溶入、變形(morph)等或剪接技術以求得理想 之效果。應用電腦如彩繪軟體(Rendering)、電腦動畫(Animation)、多媒體 (Multimedia)、甚至虛擬實境(VR)等使得視覺模擬研究更為方便。 (3) 都市景觀：都市景觀(urban landscape)或稱都市地景，廣義而言，經常指 為風景、地景、景致與景色。係指舉目所見都市中人造環境的結構、街道、. -3-.
(19) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 空間等實質空間形式。可由建築、都市規劃、技術創新、社會發展等四面 向分析現代都市景觀的形成過程，其中強調景觀為日常存在之視覺脈胳， 且重視都市實質形式的整體性(totality)。 (4) 都市設計：都市設計(urban design)是一種涉及開發行為之程序與作法。都 市設計應包括對於都市問題與解答的看法(vision)及達成以此看法為目標 的機制(mechanism)。都市設計的目標就是利用都市設計來支持成熟穩定 的生活方式並找到成熟穩定的都市形式。 (5) 都市設計審議：都市設計審議乃為執行都市設計之管理作業，透過都市 設計審議委員會及相關主管機關，進行審查及審議，以達貫徹都市設計規 劃之預期理想，並管控都市設計實施地區之都市景觀暨建築環境品質為主 要目的。其作業內容包括特定街區公、私開發等之設計審議、都市設計準 則之研究與修訂、都市計畫與建築管理之作業協調。都市設計審議作業體 制具備發揮都市開發管制，以及開發與管制之間協商與協議的機制能力， 並容納市民之參與。（林欽榮 1995） (6) 都市更新：所謂都市更新(urban renewal)，是將已經不適應現代化都市社 會的市區作必要而有計畫的改建，亦即將老化的市區予以有效地改善，使 其成為現代化的都市整體之一部份，為市民創造更好的生活環境。 (7) 景觀道路：一條道路之主要功能是運輸，也提供景觀欣賞、休閑遊憩之 功能，並可透過設施與綠帶之建設發揮環境保全、都市防災等作用。景觀 道路專指「一條道路經過優美風景或獨特景觀之線狀地區，沿途可供遊客 以車行或步行方式享有特殊之遊憩體驗者」(交通部觀光局 1996)。 (8) 開放空間：一般將開放空間(open spaces)視為「係指由建築物等覆蔽的土 地或交通用地之外，原則上由自然物構成土地上的土地。」此外，開放空 間也可指「地景中保留其自然狀態，或供農業、休憩使用等未完成建設者。 亦指建築物與汽車覆蓋之都市地區。」開放空間的種類包括建築基地開放 空間、街廓內鄰里公園、街道廣場、全市性公園、河川線性開放空間、市 郊山域等。 (9) 地標：地標是都市空間中具有可辨識性的物體。對於地標或稱之地上標 幟（Landmark）林區的定義是“由都市外所見的參考點，有實在的物體， 簡單而尺度上變化大，具有導引、獨特、唯一的特色，是一群建築群的目 標。” (10) 地理資訊系統：地理資訊系統(Geographic Information System，簡稱 GIS)，是一套應用電腦軟硬體設備，以輔助使用者蒐集、儲存、處理、更 新、查詢、分析、統計及展示各種數值（digital）地理資料系統。一套地 理資訊系統通常包含硬軟體、圖形與屬性資料的結合（Graphics and Attributes Data Link ） 、拓撲資料結構（Topological Data Structures ）、自 動製圖技術（Automated Mapping Technology）、資料庫管理（Data-Base. -4-.
(20) 第一章 緒論. Management ） 、空間分析（Spatial Analysis）等部份，透過 GIS 亦可以解 決大規模資料分析與資料庫管理的問題。 (11) 數位地圖：數位地圖(digital map)乃將一地區的圖形與相關資料數位化存 於圖檔中，使用者可根據需要從不同圖層中瀏覽或擷取資料。 (12) 質感貼圖(Texture Maps)：將表面與影像應用到基本幾何體上。能夠貼在 平的，地形變化的，球體的，與不規則的形狀上。當一個形狀具越多的多 邊形時，也就越難應用質感貼圖。 (13) 全球資訊網：全球資訊網(World Wide Web，簡稱 WWW)是歐洲量子物 理實驗室所發展出來的多媒體資料查詢系統，結合多媒體技術，以開放式 的架構，將網路上的資源整合在一起，根據網路的通訊協定(protocols)如 HTTP 呈現文字、影像、聲音與錄影等多種格式資料。HTML 與 VRML 是目前在全球資訊網上被接受的語言。 (14) 網址(URL)：一般資源位置點(Universal Resource Locators)也就是"網址 "(addresses)。例如 http://vrml.sgi.com 就是一個 VRML 的網址。 (15) 人機界面：所謂『人機界面』，是指使用者與電腦之間互動的方式與環 境。人機互動 (Hunan-Computer Interaction)為一組使用者與電腦之間的交 談、溝通的動作和過程。人機界面的目的，在經由人機界面溝通模式的建 立，將使用者的所欲傳達給電腦的意圖及資訊，轉換成電腦所能理解的方 式，使電腦能回應使用者的需求。 (16) 虛擬實境：虛擬實境(virtual reality，簡稱 VR)是一種模擬互動的環境 （simulated interactive environment），可即時，沒有限制的觀察三度空間 內的電腦合成模型（建築物、人體、機械設備等），且因使用者所處位置 不同，經繁複的運算，傳回正確的三度空間影像。 (17) VRML：VRML 原名為 Virtual Reality Markup Language，後為了反映其 圖 形 能 力 ， 而 更 名 為 虛 擬 實 境 模 型 語 言 Virtual Reality Modeling Language。VRML 是一套與全球資訊網結合，用來描述三度空間互動世界 的一種檔案格式，可用來建立三度空間物件、景象、以及虛擬實境的展示 模型。透過 VRML，全球資訊網的使用者可以觀賞到立體空間的模型， 而不限於二度空間的圖形、影像。1996 年 8 月公佈的 VRML 2.0 更加入了 互動的能力，讓使用者可以與全球資訊網上的景象有「互動」的溝通方式。 (18) Quick Time VR：蘋果電腦公司所發展一種類似 3D 技術，在一個固定的 照像機視點將多照片影像貼在一起以模擬一個 3D 的環境。利用適當的 軟、硬體設備產生 360°的環場影像，使用者可在定點以任意角度觀看場 景。. -5-.
(21) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 第 3 節 研究方法與流程 1.3.1 研究方法 本研究之方法主要分為資料收集、模型建構、模擬檢驗、與觀察分析等四大部 份。台南市的都市紋理因地形、歷史、與人文等因素所形成。現階段都市設計綱要計 劃中已有三個文化園區(孔廟、赤崁、安平)之規劃、舊市中心之活化、鐵路地下化、 商業圈等計劃[翁金山 1998]。主要都市結構將因現階段與未來之都市發展方向改 變，尤其是交通網路之聯結。因此整個研究進行的主軸是以建構都市模型為基礎，以 現階段之地貌與地物，從都市意像之元素如都市道路(paths)，邊緣(edges)，區域 (districts)，節點(nodes)，與地標 (landmark)分別建立，舉例如表1-1。 表 1-1：台南市的都市空間元素與範例 範圍 道路 (paths) 邊緣 區域 節點 地標. (edges) (districts) (nodes) (landmark). 例 商業街(中正路)、文化街(大學路)、文化街(南門路)、歷史街(延平 街)等 舊城門與城牆位置 民生綠園、孔廟文化園區(規劃中)、安平運河 圓環(西門、東門) 公共建築(台南車站、消防隊、舊市政府)等. 模擬之架構如圖1-1，從建築物(個體)、街廓或特定區(組合體)、到都市(組合之 總體)由小至大的尺度進行模擬，同時配合不同之理論與輔助運算技術。因此，本研 究擬就都市設計中之地標建築、道路景觀、都市更新、與開放空間之設置等個案來討 論電腦視覺模擬之程序與技術。 Computational. 電腦模擬. Subject. 建築物(個體). 資料庫管理 多媒體. Theory / Background 歷史背景 地理環境. 街廓或特定區(組合體). 地理資訊. 都市理論 視覺理論. 都市(組合之總體). 圖 1-1：模擬之架構. -6-. 溝通理論.
(22) 第一章 緒論. 林區在「都市意像」一書中認為"一個環境意像可分成三個因素：自明性 (identity)、結構(structure)、與意義(meaning)"[Lynch 1959]。上述模擬中，將可呈現都 市之自明性與結構。本研究不僅在於電腦模擬技術之探討，也藉由模擬討論實質空間 與視覺模擬對於觀察者之意義。. 1.3.2 研究流程 本研究流程如圖1-2所示，主要分為二階段。 研究動機與目的. 期 初 簡 報. 研究方法與範圍擬定. 文獻回顧. 專家訪談. 電腦模擬. 景觀視覺模擬. 三維都市 模型建構. 電腦模擬技術. 模擬目的 範圍/方式. 案例模擬. 特定計畫區 (新市鎮 /重劃區等). 模擬課題. 個案分析. 運算效果. 道路景觀 開放空間. 都市更新. 都市設計審議 程序與項目. 地標建築. 都市景觀視覺評估 問卷 全球資訊網 其他. 模擬程序. 期 中 簡 報. 模擬技術. 都市設計審議中 電腦模擬之可行性. 結論. 圖 1-2：研究流程. -7-. 期 末 簡 報.
(23) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 第一階段為文獻理論回顧與專家訪談，及電腦視覺模擬之於都市景觀應用層面 分析以歸納出電腦視覺模擬應用的層面及方向，內容包括第一章的研究動機與目的、 用辭定義與研究範圍、研究方法與流程，及國內外在電腦視覺模擬之現況；第二章先 就都市景觀電腦模擬之目的、景觀視覺理論探討，並建構電腦視覺模擬之程序與技術 以為電腦視覺模擬之基礎；第三章說明電腦視覺模擬應用上之發展背景，了解現階段 國內外在都市景觀電腦視覺模擬應用之發展。第二階段為電腦視覺模擬之課題探討與 案例模擬，內容包含第四章的電腦視覺模擬之課題，並分析電腦視覺模擬之特性及限 制；第五章的台南市案例模擬，以四種為例(地標建築、道路景觀、都市更新、開放 空間等)探討電腦視覺模擬效果；第六章為電腦輔助都市設計審議之可行性探討，其 主要內容分別在期初、期中與期末報告。. 第 4 節 文獻回顧 1.4.1 國內發展現況 國內都市與建築相關單位雖在設計規劃方面早已使用電腦，但可說是才開始探 索電腦在都市景觀模擬之功能。目前國內相關之應用研究剛起步，普遍是以單棟建築 物為對象之模擬。至於更大層級之都市街廓或特定區，以台北市政府都市發展局所進 行之台北市都市設計管制地區(以信義計畫區為例)電腦模擬以預測未來實質環境發 展，並幫助都市設計審議之進行，如圖1-3 [呂坤成 吳偉杰 1995]。表1-2說明國內 近年來的視覺模擬案例的模擬單位、範圍、目的、與應用技術。主要是景觀模擬應用， 少數兼具技術性之探討。. 資料來源：台北市都市發展局. 圖 1-3：台北市信義計劃園區量體之電腦視覺模擬. -8-.
(24) 第一章 緒論. 模擬單位 台北市都發局 1994 行政院文建會、 劉祥宏建築師事 務所 1993 劉祥宏建築師事 務所 1995 許志祥 1993. 表 1-2：國內視覺模擬案例 模擬範圍 模擬目的 模擬技術 台北市信義計劃區 信義計劃區量體關係 電腦彩繪 台北市西門街道. 街道招牌改善計劃提 電腦動畫 案. 淡水新市鎮. 新市鎮計劃量體配置 關係 環境影響評估 景觀模擬 高速公路與景觀道路 沿線沿線之景觀模擬 捷運沿線之景觀模擬. 花蓮和平水泥專業區. 逢甲大學 李素馨 1998 台灣科技大學 許世明 1998 高迪多媒體 1998. 中山高速公路沿線 景觀道路 台北市木柵捷運沿線. 柏森建築師事務 所 1990 中國興業建築師 事務所 1997 李祖原建築師事 務所 1998 國家高速電腦中 心、國科會 1997 中華顧問工程、 新見設計規劃顧 問有限公司 1997 新見設計規劃顧 問有限公司 1998 成大建築系電腦 輔助設計研究室 1997 成大建築系電腦 輔助設計研究室 1998 台大城鄉所 王超偉 1998 文化大學建築及 都市計劃研究所 溫國忠 1998. 台北市中國信託公司 總部大樓基地 台北市中國石油公司 總部大樓基地 台北市國際金融中心基 量體關係 地 台南科學園區 量體關係. 台中市精明一街道路. 台南科技工業園區. 電腦彩繪 電腦動畫 電腦影像分析. 數位錄影與電腦 影像合成 商業街道路景觀改善 電腦動畫 提案 多媒體 量體與街道關係 電腦彩繪與影像 合成 量體與街道關係 電腦彩繪. 量體關係. 嘉義縣中正大學特定區 特定區設計規範 設計審議 台南市成大光復校區 校區之量體與開放空 間(榕園)之關係. 電腦彩繪與影像 合成，電腦動畫 電腦彩繪 虛擬實境場景 電腦彩繪 電腦動畫 電腦彩繪 電腦動畫 虛擬實境場景 電腦動畫. 台南市孔廟文化園區. 孔廟文化園區之規劃 電腦彩繪 與量體關係 電腦動畫. 新竹市火車站前街道. 分析模擬場景之辨識 性與正確性 都市設計準則三度空 間之電腦模擬. 台灣省都市計劃用地. 資料來源：本研究. -9-. VRT 虛擬實境場 景與 WWW 繪圖界面設計 電腦彩繪與動畫.
(25) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 同時，近年來國內大型工程如高速鐵路、捷運工程、工業區、風景區之開發， 也皆以電腦視覺模擬作為都市設計審議或環境影響評估之說明。例如花蓮和平水泥專 業區以電腦動畫製作景觀模擬，其模擬過程是首先沿著鐵公路拍攝沿路實際景觀，另 一方面把等高線、土地使用分區、廠房等硬體設施等資料電腦建檔，完成電腦模型， 最後影像合成，於是可看到沿路景觀由現況到未來的變化情形[許志祥，1993]。此外， 國家高速電腦中心配合國科會之計劃以虛擬實境技術模擬台南科學園區規劃構想中 的園區量體。中華工程顧問與新見設計規劃顧問有限公司受台南市政府委託以台南科 技工業園區之規劃構想利用電腦模擬園區之未來量體關係與意象，圖1-4。. 資料來源：新見設計規劃顧問，1998. 圖 1-4：台南科技工業園區未來量體之電腦視覺模擬 學術單位包括都市計劃、建築與景觀相關系所，如中興大學都市計劃研究所以 台北市信義計劃區之景觀模擬探討視覺模擬景觀之表現[梁又文 1990]。中山大學公 共管理研究所以電腦動畫與視覺模擬在都市景觀評估 [郭瑞坤 1996] 。逢甲大學景 觀道路之規劃與管理[李素馨、蔡榮峰 1997]。台灣科技大學以台北市木柵捷運沿線 之景觀模擬[許世明 1998]。交通大學應用藝術所以新竹市東門城廣場作為規劃模擬 範圍[劉育東 1997]。成功大學建築系電腦輔助設計研究室曾模擬台南市古蹟(孔廟、 祀典武廟、景福祠等)與成大校區景觀，並在「虛擬實境在建築視覺模擬之研究與應 用」之研究已進行不同類型與尺度之建築視覺模擬[邱茂林 1997]。文化大學建築及 都市計劃研究所配合台灣省住都局研擬都市設計準則視覺化之系統介面設計與三度 空間之電腦模擬[溫國忠 1998]。 在實務應用的層面，一般設計規劃單位(包括建築師事務所、工程顧問公司、規 劃顧問公司、景觀造園顧問公司等)已逐漸能應用電腦在實際案例中的視覺化之表 現。將厚重的規畫報告以動畫、多媒體等表現方式完成的錄影帶在競圖時播放，將基 地現況、規畫理念、設計構想有條理的呈述，可以幫助評審在短時間進入狀況，應是 視覺化的主要功能 [許志祥 1993]。 然而國內普遍以個人電腦硬體條件作視覺模擬，在以整個都市或都會區為模擬. -10-.
(26) 第一章 緒論. 對象的尚未進行。同時目前都市景觀之評估普遍以問卷與專家評估方式為主，其投入 分析之人力與時間或效果皆值得檢討。電腦視覺模擬在都市設計審議或環境影響評估 之應用仍侷限於少數地區或大型工程，其普遍性與認知接受程度也尚待發展。. 1.4.2 國外發展現況 環境視覺模擬在國外發展已有一段時期，環境模擬為一種有效的研究技法，尤 其是動態視覺模擬技法在表達真實環境的高度能力，較著名的研究單位包括加州大學 柏克萊分校的環境模擬實驗室。環境模擬在環境規劃與設計上的價值，對設計者而言 可視為一種有用的溝通媒體與方法，也是一種有效的決策工具[黃世孟 1986]。 在建築相關之學術領域，國外之發展以美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)、英國 的Strathclyde大學、加拿大多倫多大學景觀研究中心（Centre for Landscape Research）、 日本的大阪大學、澳洲的Adelaide大學之研究較具成果。例如美國加州洛杉磯市(Los Angels)以能整個都市為對象進行街道走過與飛越建築物之觀察方法，龐大之資料 量，電腦材質貼圖(mapping)技術，與整合錄影技術。此外，日本建設省建築研究所 在都市開發應用電腦模擬技術之研究亦具成效，並將資料運用在都市防災之模擬[小 林英之 1997]。 國際都市中，美國的賓州費城市(Philadelphia)，英國的巴斯市(Bath)，倫敦市東 區(London)，與愛丁堡(Edinburgh)舊城區，德國的柏林市(Berlin)，加拿大的蒙特利爾 市(Montreal)，日本的橫濱市(Yokohama)，澳洲亞德雷市等皆以完成不同尺度的都市 模型以輔助都市開發之研究[邱茂林 1997]。圖1-5為德國柏林市的量體模擬，不僅可 以虛擬導覽，並且線上提供影像資料庫(image bank)。圖1-6為澳洲亞德雷市的量體模 擬，利用都市量體視覺化幫助確定發展計劃之效果，都市電腦模型主要利用塊體模型 與數位照片作初步模擬，並且進一步可以虛擬導覽主要建築物[Day 1998]。. 資料來源：http://www.artcom.de/contacts/city-and-architecture/welcome.en.shtml. 圖 1-5：德國柏林市的量體模擬. -11-.
(27) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 資料來源：http://ch1.gisca.adelaide.edu.au/kra/am.html. 圖 1-6：澳洲亞德雷市的量體模擬 表1-3為國外視覺模擬案例，包括了研究案例與實際案例。模擬單位包括政府單 位、學校研究單位、與電腦企畫單位。其模擬範圍從單棟建築、街廓到整個城市皆有。 模擬目的從新建工程計劃提案，都市更新、歷史建築維護、到環境影響評估與模擬技 術探討。模擬技術包括了一般的電腦彩繪與電腦動畫，到虛擬實境。 表 1-3：國外視覺模擬案例 模擬單位 日本建設省建築 研究所 日本大阪大學 Sasada Lab 日本大阪大學 Sasada Lab 日本熊本大學 Morozumi Lab 德國 ART+COM gmbh 英國 Strathclyde 大學 英國 Bath 大學 CASA 澳洲的 Adelaide 大學 美國加州大學洛 杉磯分校 UCLA 加拿大多倫多大 學景觀研究中心. 模擬範圍 都市景觀(街廓與街道 等) 關西機場. 模擬目的 量體關係 色彩計劃 新建工程計劃提案量 體關係與色彩計劃 量體關係. 模擬技術 電腦彩繪. 電腦彩繪 電腦動畫 京都市 電腦彩繪 電腦動畫 九州熊本市熊本城周邊 量體改善計劃提案 電腦彩繪 電腦動畫 德國柏林市 量體與街道關係 電腦彩繪/動畫 虛擬實境 英國愛丁堡(Edinburgh) 量體與街道關係 電腦彩繪 舊城區 電腦動畫 英國巴斯市(Bath) 量體與街道關係 電腦彩繪 電腦動畫 澳洲 Adelaide 市 環境影響評估 電腦彩繪 景觀模擬 電腦動畫 美國加州洛杉磯市 景觀模擬與模擬技術 數位資料整合 探討 虛擬實境 加拿大多倫多市 景觀模擬與模擬技術 數位資料整合 探討 地理資訊系統. 資料來源：本研究. 將視覺模擬透過網路傳遞以達溝通之效果，或利用虛擬實境(VR)瀏覽，或與地 理資訊系統(GIS)或衛星定位系統(GPS)結合以提高資料附加使用價值都是目前之研 究方向。在第三章時將針對美國、英國、日本如何利用電腦模擬於都市設計實質計劃 或審議中探討。. -12-.
(28) 第一章 緒論. 1.4.3 專家訪談與座談會 專家訪談因時間、地點、與內容因素，分個別訪談與座談會二部份進行。 1.個別訪談 為了解電腦視覺模擬在都市景觀模擬與都市設計審議之未來角色，研究單位分 別就台北市與台南市二地，針對曾在信義計畫區都市設計審議中使用電腦視覺模擬的 設計單位，電腦視覺模擬的製作單位，政府都市設計規劃單位，與部份都市設計審議 委員個別訪談： 表 1-4：專家訪談對象一覽表 訪談對象名稱 台北市政府都市發展局三科 台北市政府都市發展局五科 台南市政府都市計劃課 國立成功大學測量系 (台南市都市數位地形圖製作) 柏森建築師事務所 (中國信託總部大樓) 中國興業建築師事務所 (中國石油公司總部大樓) 李祖原建築師事務所 (國際金融中心大樓) 迪科科技有限公司 (信義計畫區電腦模型) 國立成功大學建築系 四維建築師事務所 新見設計規劃顧問有限公司 (台南科技工業園區) (中正大學特定區) 中冶環境造形顧問有限公司 (台北市天母西路人行道改善 計畫) 國立成功大學建築系 (台南市都市設計規劃綱要). 參與者 劉美秀 王旭斌 林清和 莊德樑 魏榮宗 錢定媛. 幫工程師 幫工程師 先生 課長 先生 講師. 訪談時間 87-8-25. 87-8-27 87-8-28 87-10-21. 陳柏森 建築師. 87-9-1. 鄭至雄 建築師. 87-9-1. 齊 才 唐弘雄 何國源 吳偉杰. 87-9-7. 專案經理 專案負責人 電腦組負責人 經理. 87-9-7. 賴光邦 教授 (台南市都市設計審議委員) 李夢熊 建築師 (台南市都市設計審議委員) 沈 薇 主持人. 87-10-6. 郭中端 主持人 (營建署城鄉景觀風貌改造運動 評審)(高速鐵路計劃評審) 翁金山 教授 (台南市都市計畫審議委員). 87-10-21. -13-. 87-10-13 87-10-15. 87-10-30.
(29) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 從訪談中獲知受訪者對於電腦視覺模擬的看法與都市景觀視覺模擬之經驗。由 於偏重於個別案例中之實際經驗，因此對於未來都市景觀視覺模擬之建議包括程序與 技術則以座談會方式進行以集思廣義。 2.座談會 本計畫在87年9月16日於台北市以及87年10月16日於台南市分別舉行「都市景觀 電腦模擬之程序與技術」座談會。主旨是就國內都市景觀的電腦視覺模擬之程序與技 術以及在未來都市設計審議程序之推行討論。座談會中說明電腦視覺模擬之發展現況 介紹，與景觀視覺模擬之發展現況介紹。座談會參與者名單參見表1-5。就討論內容 而言，台北市部份偏向模擬之功能、條件、與效果，集中在台北市信義計劃區之執行。 台南市部份則偏向電腦模擬在都市設計審議之功能以及應如何進行個案模擬。 表 1-5：「都市景觀電腦模擬之程序與技術」座談會參與者 87 年 9 月 16 日 台北市內政部建研所會議室 柏森建築師事務所陳柏森建築師(請假) 台北市政府都市發展局三科林崇傑科長(請假) 李祖原建築師事務所何國淵先生 森海國際顧問有限公司史迪威副總經理 迪森科技有限公司吳偉杰經理 宗安工程顧問有限公司潘頤安總經理 台灣科大建築系施乃中教授 台灣科大建築系施宣光教授 台灣大學建築與城鄉所林峰田教授. 87 年 10 月 16 日 台南市成功大學建築系 國立成功大學建築系翁金山教授 國立成功大學建築系賴光邦教授 國立成功大學建築系兼任專家沈薇 國立成功大學建築系兼任專家郭中端 國立成功大學都市計畫系孔憲法教授 國立成功大學都市計畫系黃崑山教授 台南市政府都市計畫課魏宏宗先生 四維建築師事務所李夢熊建築師. 綜合討論議題包括： ◎電腦視覺模擬之目的、範圍、內容、與條件 ◎應如何應用電腦模擬於都市景觀模擬與評估？ ◎應用電腦模擬於都市景觀模擬是否具效益？ ◎都市設計審議是否需要電腦視覺模擬？是否具條件者需要？ ◎應如何應用電腦模擬於都市設計審議? 量體關係該定義什麼?模擬範圍?視點視角?模型細部?表現法? ◎電腦模擬於都市設計審議之配合條件 1.都市電腦模型圖形資料 現有地理資訊運用(數位地圖等)資料格式與轉檔 建築量體與模型細部 植栽、街道傢俱模型 2.都市景觀模擬分析. -14-.
(30) 第一章 緒論. 都市景觀之要素 模擬範圍之選擇 觀景視點與路線之選擇 光源及材質細部 其他(格式等) 3.使用者、觀察者 使用與觀察方式 評估條件 ◎電腦模型送審之程序 ◎都市模型之更新即時性與管理維護 ◎如何應用電腦模擬協助民眾參與都市設計 ◎案例探討 以下乃針對二次座談會與部份訪談之結果歸納如下： 1. 電腦視覺模擬之目的、範圍、內容、與條件 (1) 視覺模擬首先是要看模擬目的，才決定模擬範圍。建議找出目前經常模擬之 項目，定出一基本條件與模擬程序。(賴光邦教授) (2) 視覺模擬必須看對象，可能包括市政府、市民、規劃設計單位、審議委員所 要其求之內容皆不同。市政府所關心的是公共建設之成效、市民所關心的是 其切身之利益、規劃設計單位則從專業之看法希望藉由溝通工具來表達其理 想、審議委員也是偏向專業看法。電腦模擬由於能提供即時性印象，對於即 時呈現都市景觀變更之效果特別顯著。(李夢熊建築師) (3) 大陸杭州西湖為著名風景區，西湖旁之景觀即有指定管制範圍，此即為模擬 範圍。(林峰田教授) (4) 一個都市景觀模擬也必須說明其觀景點，甚至在審議時可以規定觀察控制點 以瞭解模擬之條件與正確性。(研究單位) (5) 一般視覺模擬皆以理想狀況模擬，但實際上因四季變化與時間因素等並不相 同。視覺模擬之規定應以基本條件與原則為主。(宗安 潘頤安先生) (6) 模擬項目包括建築物之材料與色彩，光害現象也可單獨模擬。(施乃中教授) (7) 可以從基本要求中，針對不同類型與尺度整理出來以決定精緻度。(施宣光 教授) (8) 因為資料量與建構時間之考慮，現階段的模擬方式將依重要性區分五個層次 的量體細部。建議先完成第一層次的量體(宗安 潘頤安先生) (9) 現階段的數位圖檔並只有樓層數，並沒有高程資料，目前模擬方式是以建築 物類別或屬性假設樓層高度，可能需現況抽樣調查。一般假設以低層建築者 或年代較久之建築以 4 公尺模擬，此外皆以 3.5 公尺。(研究單位) (10) 為配合都市景觀電腦模擬應可建議未來數值地圖增加高程資料或興建時. -15-.
(31) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. 間。(林峰田教授) (11) 建議將模擬程式化或參數化以自動更新建築物高度以增加建構模型之效 率。(森海 史迪威先生) 2. 應用電腦模擬於都市景觀模擬是否具效益？ (1) 電腦模擬主要提供良好的溝通效果。對於重覆性高的造型特性，電腦之操作 與模擬相對於實質模型與其他表現法效益較高。但是一般仍以實質模型與傳 統表現法較普遍。(賴光邦教授) (2) 電腦視覺模擬之優點在於電腦模型易於保存，常看到一些大型規劃案之模型 不知該如何處理，電腦模型應可取代傳統模型之功能。(新見設計規畫 沈薇) 3. 應如何應用電腦模擬於都市設計審議? (1) 台北市都發局三科(即都市設計科)認為電腦模擬之功能主要是交待與環境之 關係。一般並無要求電腦模擬，也就是規模小之建築案只須實體模型或透視 圖以表達其與鄰近建築之關係，且實體模型也較易表現材質。規模大之建築 案則要求必須製作電腦模擬，例如國際金融中心大樓，但一般業主也會主動 製作。此外，建成國中為歷史性建築，因此要求高度與量體作模擬。(台北市 都發局幫工程師 劉美秀、王旭斌) (2) 都市設計所關心的是活動、動線、與景觀。都市設計需要審議正是因許多個 人觀點不同，審議中找出異同觀點以反應公眾之立場。都市設計審議也會根 據需要才要求視覺模擬。(賴光邦教授) (3) 目前台南市都市設計審議並沒要求電腦視覺模擬，如果有的案子也只是提供 一二張電腦製作之透視圖，其意義不大。目前的瓶頸是審議時是否有參考資 料以比對改變之差異。(賴光邦教授) (3) 目前台南市都市設計審議並無審議辦法，都市設計審議過程並無一定標準， 主要是針對交通影響評估提出意見。若是規定審議辦法，重點應在於都市設 計之精神，就是如何產生好的都市景觀，此為認知之問題。往往規劃設計單 位只配合業主之需求，在不違反設計原則下進行規劃，卻產生不良效果。因 此審議辦法只是消極地扮演把關的角色。(李夢熊建築師) (4) 曾參與營建署城鄉風貌改造計劃的設計評審，台北捷運、高鐵工程等的評審 委員。在一般設計審議中，並不多見電腦模擬之表現法，主要是重大工程較 多。往往設計單位決定是否製作電腦模擬之因素是因為預算與經費。有時則 是因評審委員要求才製作。例如當初高鐵初審並沒有電腦模擬，委員要求電 腦模擬以瞭解空間環境架構，例如山谷間橋樑之造形是否與環境配合。電腦 模擬之優點是其具說服力，特別是對民眾說明時。(郭中端) 4. 電腦模型送審之程序. -16-.
(32) 第一章 緒論. (1) 當初台北市都發局的構想就是要建構信義計畫區的電腦模型，並要求設計單 位可以電腦模型送審，另一方面則以電腦模型作為都市設計的工具。但是電 腦專業人員的流動造成系統與資料維護之困難。目前是都發局將審議過的個 案資料逐一建構電腦模型並更新基地模型，已約有一百多棟建築物。(迪科 吳 偉杰) (2) 新見設計規劃顧問有限公司接受嘉義縣政府之委託，進行中正大學特定區都 市設計管制規範。主要為商業區發展，其基地面對中正大學，因此設計管制 規範對於中正大學校門之意象、林蔭道路意象等要求視覺模擬。未來開發時 須都市設計審議，視覺模擬之觀察對象包括審議委員，與規劃設計單位(建築 師)。電腦輔助都市設計審議程序是應用電腦建構基本資料，由於考慮一般設 計單位之條件，便以 AutoCAD R14 為主，採線架構電腦模型，其中圖層僅有 七層包括：基準層(0)，建築物(b1,b2,b3)，與設施(s1,s2,s3)三部份。建築物分 為主要量體、次要量體、開口部。設施分為道路、植栽、與汽車等。開發單 位與規劃設計單位(建築師)僅需取得基地之電腦模型資料將建築物模型置 入，再根據設計規範作視覺模擬。景觀控制點根據是設計規範設定為 16 點， 包括主要路口，與重要開放空間，並藉由 AutoCAD 中觀景控制設定 16 個景 觀控制點。(新見設計規劃 沈薇) 5. 都市模型之更新即時性與管理維護 (1) 台南市政府完成建購數位地圖之主要目的是更新資料，首先是取代民國 62 年所建的都市計畫資料，由於年代久遠且變更甚多，並且配合近期之工程計 畫以建立 GIS 系統。未來以隨時更新資料為準，舊資料保存於光碟中。目前 正擬定資料流動草案以對外提供圖面資料並收取手續費作為維護之經費。(台 南市政府都市計畫課 魏榮宗) (2) 都市模型之更新即時性與管理維護是目前各執行單位普遍的問題，主要是專 業人員的流動造成系統與資料維護之困難。(吳偉杰) 6. 都市景觀電腦模擬之公信力 (1) 電腦模擬是否正確是否要負法律責任。同時模擬之準確性應有方法檢核。(施 宣光教授) (2) 電腦模擬雖然可以容易產生視覺映象，但也可能虛構而引發法律責任之問 題。也就是模擬之正確性引發公信力之問題，一個具公信力的單位所做出的 模擬也較有說服力，例如美國加州舊金山市委託加州大學柏克萊分校模擬。 (林峰田教授) (3) 以信義計畫區為例，市面上即有多個版本的模型，不知道其正確性如何。(宗 安 潘頤安先生) 7. 案例探討. -17-.
(33) 都市景觀的電腦視覺模擬程序與技術之研究. (1) 中國信託大樓、中國石油公司總部大樓、台北國際金融中心可以說是信義計 畫區開發中三個階段性之案例。視覺模擬之經驗也不同。(研究單位) (2) 台北國際金融中心之模擬因時間因素只有一個星期製作，模擬以電腦影像合 成為主製作審議報告，審議時增加一段電腦動畫配合口頭說明。國際金融中 心之高度 488 公尺，模擬範圍包括信義計畫區大部份以及到國父紀念館，選 擇市府路、基隆路、信義路等重要路口為觀景點，人的觀察角度取景。並且 提供日景與夜景之模擬。(李祖原建築師事務所 何國源) (3) 首都核心計畫之模擬，為維持總統府建築物的意像，市府都發局擬管制其後 方之建築物高度，例如新建築物新聲戲院的屋頂招牌，因此真實性反而幫助 審議者之判斷。(吳偉杰) (4) 目前台北市政府對於中山北路之街道景觀之改善，即改變人行道鋪面、並提 供街道傢俱(包括座椅、路燈、時鐘、公共藝術等)。最近進行的台中「精明 一街」為商店街計劃，即製作動畫與多媒體讓商家能瞭解並參與。就街道品 質而言，可以街道燈光、植栽、活動等模擬。(森海 史迪威先生) 9. 應如何應用電腦模擬於都市景觀模擬與評估？ (1) 本研究擬就道路景觀、都市更新區、開放空間、地標建築等四種都市空間型 態模擬視覺模擬之經驗也不同。(研究單位) (2) 台南火車站前之景觀模擬應先考慮原有都市紋理以彰顯其特性，巴洛克式的 站前廣場與主要道路之關係顯示台南市的入口門戶。舊站體可以歷史性建築 之活化保留，日本京都車站雖然拆除舊建築，是具有足夠信心面對現代化， 但是城市中應保有一些值得記憶的東西。K. Lynch 的「都市意象」提供了閱 讀都市的工具，並非都市設計的理論。開放空間應具有多種型態。城市美化 運動不只是在道路上種樹。 (翁金山教授) (3) 台南火車站之景觀模擬應考慮是否要模擬人潮出入口，以及從人的角度看。 (賴光邦教授) (4) 台南火車站之景觀模擬範圍可考慮其影響範圍，包括視覺的與交通的二方 面。交通上的(包括交通系統之考慮)較視覺上為複雜。(李夢熊建築師) (5) 台南市火車站之模擬建議考慮未來站體與周邊建築之關係(如遠東百貨)，交 通改善與人行道之關係，與古蹟保存(舊站體建築)之關係。(新見設計規劃) (6) 台南市政府對於特殊之計劃會要求視覺模擬。也會要求各以人的高度與鳥瞰 模擬。(台南市政府都市計畫課 魏榮宗) (7) 大學路景觀道路之規畫目前還在現況調查，未來電腦模擬可考慮行人徒步區 之設置對於景觀之影響，電腦模擬可反映改善後的結果。交通停車問題還是 需先解決。(新見設計規劃) (8) 景觀道路模擬，例如街道招牌設計並非"制式化"統一尺寸。道路主要功能是 交通運輸，因此招牌不能影響安全，風格之塑立可以藉由材料、配件等。例. -18-.
(34) 第一章 緒論. 如薩爾斯堡當地因鑄鐵著名，因此街道招牌均以鑄鐵材料完成。(賴光邦教授) (9) 每一條路都有其景觀的部份，稱之道路景觀。景觀道路之定義可能有不同看 法，在美國可能是為了連結二個重要景點形成的道路。但是如果是原來已有 自然景觀而為了建造一條景觀道路反而破壞原有景觀，便不認同，台十一線 便是個例子。環評就是對於現有環境影響之評估。都市景觀道路或許可能可 以塑造成林蔭大道，但需解決停車的問題。藉由都市每一條路道路或許可以 重塑都市風貌。招牌可能是目前都市景觀中最顯著的部份，很難用電腦模擬 表現，3D 電腦動畫往往理想化，而不真實，影像合成可能較容易表現其細部 真實感。招牌設計也並不是制式化規定每一個大小尺寸一樣，失去其意義。 (郭中端) 10 .如何應用電腦模擬協助民眾參與都市設計 (1) 民眾參與都市計畫或設計之方式，以美國為例，一般有 1.民意調查，2.目標 與政策的討論，3.聽證會。國內民眾參與都市設計由於受到現行法令規章的 限制，或囿於溝通管道的狹小，機關人力的不足等，使得民眾參與過程中產 生諸多問題。目前徵求民意之公告方式可依時間區分，包括規劃前(報紙、公 告、廣播)，或規劃過程中(專家與公益團體參與、問卷、座談會)以及公開展 覽期間(知會、說明會)。而民意表達方式可以書面或與規劃設計單位雙向溝 通之座談會。(研究單位) (2) 一般民眾對於都市設計較沒有興趣，較難鼓勵直接參與。台北市都發局在全 球資訊網站僅公佈有限之資料，如受理審議之公告、開會時間等。認為舉辦 說明會之效果會較網站有效，且具直接互動之作用，里長也會動員當地民眾 參與。(台北市都發局幫工程師 劉美秀) (4) 民眾參與之意義應是幫助找出問題，而不是選出方案，否則就不需要專家 了。但是專家往往會有盲點，因此市民參與時可從各個角度提出意見供參考 改進。(賴光邦教授) (5) 目前在民主的時代，政府要多數民眾同意才決定，因此才要參考每個人的意 見，由於每個人可能有不同想法，意見就不同，民眾參與設計反而很困難。 以目前接受台北市養工處委託的台北市天母西路人行步道之規劃為例，當地 里長反對是因為停車之問題，或許人行步道之電腦模擬可提供設計單位在設 計說明會上一說服力之工具。(郭中端) (6) 傳統之評估方式是藉由問卷，效果不佳且互動性差，本研究將嘗試以全球資 訊網線上問卷方式進行。(研究單位) (7) 電腦線上問卷應考慮是否會排除平日不會接觸電腦的人，是否須要以其他方 式進行，例如公聽會。 (翁金山教授) 從上述中提供都市景觀電腦視覺模擬之方向與考慮因素，其主要內容可以歸納 如圖1-7。下章接著探討都市景觀模擬之程序與技術。. -19-.
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