建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用淺析

王亮

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用豐富了原有的建筑設(shè)計(jì)方法及技術(shù)，提升了建筑設(shè)計(jì)的水平，本文即針對(duì)建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU201.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—243—02

前言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑領(lǐng)域還屬于一種比較新型的技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，促進(jìn)了我國(guó)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域更大幅度的發(fā)展。

1建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)又稱為靈境技術(shù)，是通過使用3 d圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨率顯示技術(shù)，生成一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境，使用者只需要戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備就可以利用鍵盤和鼠標(biāo)等輸入設(shè)備進(jìn)行對(duì)虛擬環(huán)境做一個(gè)親身的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下三個(gè)特點(diǎn)，即想象性、交互性和沉浸性。想象性是指通過虛擬技術(shù)可以將人類的想象力和創(chuàng)造思維最大程度的顯現(xiàn)出來(lái)。交互性是指參與模擬者可以通過模擬設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與虛擬世界之間的完整交流互動(dòng)。沉浸性是指通過模擬，可以讓參與者有更好的投入感，能夠全身心的投入到虛擬的環(huán)境當(dāng)中，感覺身臨其境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前尚未成熟，而按照其功能特點(diǎn)又可以分為四種類型，即分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、沉浸性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和增強(qiáng)式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

2建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的意義

2.1節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用

項(xiàng)目的投資可以分為人力投資、材料投資以及其他金錢投資，而采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以進(jìn)行對(duì)工程過程中不協(xié)調(diào)的部分加以修改，對(duì)各專業(yè)負(fù)責(zé)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)配處理，通過模擬演示論證，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中不合理的地方在進(jìn)行修正，這樣就會(huì)避免出現(xiàn)返工情況的發(fā)生。在很大程度上節(jié)約了工程的成本投資。

2.2實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的技術(shù)論證

建筑行業(yè)與其他行業(yè)有所不同，它與人們的生活緊密相關(guān)，直接影響到人們的生活環(huán)境水平、人們生命安全等方面。而在當(dāng)今社會(huì)中，一些大型的建筑場(chǎng)館在施工過程中，都會(huì)遇到經(jīng)濟(jì)問題。而前期設(shè)計(jì)中遇到的一些問題，也可能導(dǎo)致整個(gè)工程項(xiàng)目的失誤。在竣工后，建筑的功能性以及安全性能否達(dá)到要求，都需要大量的投資來(lái)進(jìn)行檢查。而僅僅依靠人為的控制，不僅效率低，也很難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。因此在進(jìn)行大型的建筑物時(shí)，我們一定要在前期進(jìn)行一個(gè)三維成像的模擬，通過一些數(shù)據(jù)的分析，可以更好的將成本以及安全系數(shù)等問題加以控制，并取得利益的最大化，節(jié)省資源。

2.3進(jìn)行施工方案的驗(yàn)證

通過不斷地實(shí)踐證明，我國(guó)的高層建筑施工水平有了很大的提高，施工的新技術(shù)不斷出現(xiàn)，雖然這些技術(shù)有較大的風(fēng)險(xiǎn)但是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的先期演示和技術(shù)避免了大的風(fēng)險(xiǎn)，提高了成功率。

2.4實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的改善

建筑設(shè)計(jì)需要一個(gè)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，在對(duì)建筑體進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要不斷的對(duì)其可行性進(jìn)行分析，并加以修改，以免在施工過程中由于設(shè)計(jì)而出現(xiàn)工程問題。通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以為我國(guó)在建筑設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果分析過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的缺陷，也可以使用系統(tǒng)模擬出不同的解決方案，這在一定程度上也可以降低成本，完善設(shè)計(jì)方案。

3建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)難度較高的技術(shù)，同時(shí)在當(dāng)下的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，也是一項(xiàng)比較高端的技術(shù)。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用能夠更有效的顯示設(shè)計(jì)效果、節(jié)省投資和運(yùn)行成本，甚至可以幫助架構(gòu)師提供沒有過的驗(yàn)證施工方案。所以，一旦虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，就代表對(duì)于我們國(guó)家的建筑建設(shè)是邁出了歷史性的一步。

3.1虛擬現(xiàn)實(shí)硬件系統(tǒng)

簡(jiǎn)單的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不需要太多復(fù)雜的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，只要有輸入和輸出設(shè)備的功能。簡(jiǎn)單的電腦桌面互動(dòng)系統(tǒng)可以形成一個(gè)簡(jiǎn)單的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，但要完全實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的顯示身臨其境、互動(dòng)和想象力的優(yōu)勢(shì)，必須有一個(gè)專業(yè)的信息輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，借助傳感設(shè)備，用戶可以將用戶行為通過化身真正體現(xiàn)，用戶和虛擬環(huán)境交互發(fā)揮了關(guān)鍵作用。防偽跟蹤測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)用戶行為尺度范圍的更精確的采樣，和及時(shí)的投影到虛擬空間，虛擬空間的實(shí)時(shí)信息反饋給用戶，這樣用戶的虛擬空間除了身臨其境的感覺，也有觸覺的感受。這對(duì)于建筑設(shè)計(jì)很有幫助。

3.2虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)

要想讓設(shè)計(jì)者與用戶或者其他人員真正體驗(yàn)到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所帶來(lái)的身臨其境的臨場(chǎng)感與沉浸感，首先就要建立一個(gè)與客觀世界相符合或者與設(shè)計(jì)者頭腦預(yù)想的設(shè)計(jì)方案相符合的虛擬三維模型，這個(gè)3 d虛擬場(chǎng)景模型不僅能準(zhǔn)確地顯示了建筑、環(huán)境、內(nèi)部等客觀存在，并且需要真正的反映了場(chǎng)景的顏色、材質(zhì)、光照等。建立了三維模型的可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)可分為三個(gè)步驟：（幾何建模，主要是建立三維場(chǎng)景的幾何配置。形象建模，主要對(duì)建模結(jié)果進(jìn)行材料、色彩、照明等處理。行為建模，主要處理對(duì)象的運(yùn)動(dòng)和行為描述。幾何建模主要是指三維空間對(duì)象和窮人，設(shè)置操作和旋轉(zhuǎn)，平移、縮放等幾何變換，產(chǎn)生設(shè)計(jì)師希望得到過程越復(fù)雜，幾何建模的三維模型可視化的三維模型。幾何建模主要是指三維空間對(duì)象經(jīng)并、交、差等設(shè)置操作和旋轉(zhuǎn)，平移、縮放等幾何變換，產(chǎn)生設(shè)計(jì)師希望得到過程越復(fù)雜，幾何建模的三維模型可視化的三維模型。目前可以幾何建模軟件有很多，如3 ds Max、AUTOCAD，SKECHUP，REVIT，等等，這些軟件模型能通用互換，但是更一般的模型基本上是技術(shù)基于風(fēng)格，即在現(xiàn)場(chǎng)三維形式是由一系列的三角形表面3 d的形式，分享更多細(xì)致的網(wǎng)格更密集，形狀看起來(lái)更真實(shí)，但也相應(yīng)的減少了計(jì)算速度，軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)有效地合作，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮了更大作用。

4建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

4.1實(shí)時(shí)多方案比較

一般在建筑設(shè)計(jì)中，都會(huì)提出多種設(shè)計(jì)方案，建筑形象有多種的設(shè)計(jì)思想，并通過建模形式顯示，首選優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以確定最終的設(shè)計(jì)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)切換不同的設(shè)計(jì)方案，在同一個(gè)地方或觀察點(diǎn)感覺不同的建筑設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)思想之間的比較，為確定最終的方案設(shè)計(jì)提供參考。此外，通過比較技術(shù)不僅可以實(shí)時(shí)更多的方案比較，還可以進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)修改，并實(shí)時(shí)的將建筑設(shè)計(jì)修改前后的狀態(tài)進(jìn)行比較。

4.2實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離瀏覽

在建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師與工程單位持續(xù)溝通，最后達(dá)成協(xié)議，以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用將溝通變得更加方便快捷，它可以實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸和瀏覽的角色設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。此外，如果一些建筑模擬軟件輸出格式不支持傳輸，還可以轉(zhuǎn)換格式進(jìn)行傳輸。

4.3建筑物的信息展示

原始的建筑設(shè)計(jì)方式，如2 d和3 d意味著盡管可以反映部分的結(jié)構(gòu)的屬性和設(shè)計(jì)信息，但只有從一個(gè)特定角度簡(jiǎn)單的建筑設(shè)計(jì)，人們從外部形狀的建筑設(shè)計(jì)方案有一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的理解，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和建筑設(shè)計(jì)使建筑更具活力，人們可能通過漫游和其他形式體驗(yàn)身臨其境的感覺，更深刻的理解建筑。這樣的建筑設(shè)計(jì)不僅使更多的居民和管理者參與項(xiàng)目決策，提高設(shè)計(jì)師和用戶之間的交流溝通，使得建筑設(shè)計(jì)更加實(shí)用，更能滿足客戶的需求。

5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展

建筑物的設(shè)計(jì)是受一系列因素所影響的，包括設(shè)計(jì)師的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，也限制了其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和思考空間，同樣的建筑設(shè)計(jì)，不同的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)外觀和藝術(shù)審美等多方面也是不一樣的，但是使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在3 d的形式由用戶可以觸摸的聲響和視覺感官，一方面可以使設(shè)計(jì)者更有效地發(fā)揮設(shè)計(jì)靈感，也可以讓客戶在身臨其境中提出自己的一些觀點(diǎn)和意見，為設(shè)計(jì)工作提供方便，也節(jié)省時(shí)間和人力資源，提高建設(shè)是優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。對(duì)于任何建設(shè)項(xiàng)目，規(guī)劃是非常重要的，需要考慮地形、地質(zhì)、氣候、天氣、等等很多因素，但在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中使用規(guī)劃工作有很多缺陷，比如存儲(chǔ)和查詢的規(guī)劃信息系統(tǒng)并不完善，低程度的輔助性能規(guī)劃技術(shù)的集成系統(tǒng)，它的主要形式仍然停留在2 d圖像，和高度的數(shù)字化但低水平的可視化的層面。

6結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有著十分重大的意義，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的技術(shù)，需要從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多個(gè)方面進(jìn)行研究，進(jìn)而增強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)的效果。