虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

朱美霖 牟思曉 謝銘雨 耿嘉文

【摘要】城市環(huán)境設(shè)計(jì)涉及多個(gè)學(xué)科和內(nèi)容，包括建筑學(xué)、人類學(xué)、景觀設(shè)計(jì)等，具有綜合性和多樣性的特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市環(huán)境設(shè)計(jì)的方法和方法也不斷優(yōu)化。目前，人們對(duì)現(xiàn)代城市環(huán)境設(shè)計(jì)提出了更高的要求，不僅要求城市環(huán)境設(shè)計(jì)作品環(huán)保美觀，而且要求城市環(huán)境設(shè)計(jì)作品具有很強(qiáng)的功能性。因此，設(shè)計(jì)師可以利用現(xiàn)代科技手段，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到城市環(huán)境設(shè)計(jì)中，提高城市環(huán)境設(shè)計(jì)的效果和效率。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);城市環(huán)境設(shè)計(jì);實(shí)時(shí)仿真演示

在城市環(huán)境設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師常用的技術(shù)方法有3D動(dòng)畫、實(shí)體模型、效果圖渲染等，這些設(shè)計(jì)方法雖然改變了傳統(tǒng)的純手工設(shè)計(jì)模式，提高了設(shè)計(jì)效率，但也有一些缺點(diǎn)。以實(shí)體模型為例，雖然立體感很強(qiáng)，但由于是按比例縮小的模型，設(shè)計(jì)師很難理解具體的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確。效果圖的渲染只能表達(dá)離散的、靜態(tài)的效果，缺乏整體性。3D動(dòng)畫雖然結(jié)合了前兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，但其提供的運(yùn)動(dòng)路線具有固定不變的特點(diǎn)，不能隨意調(diào)整，人機(jī)交互性不強(qiáng)。因此，設(shè)計(jì)師應(yīng)進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到城市環(huán)境設(shè)計(jì)中，融合圖像、聲音、動(dòng)畫等元素，實(shí)現(xiàn)細(xì)致全面的仿真展示，同時(shí)加強(qiáng)作品的表現(xiàn)力，增強(qiáng)其人機(jī)交互性。效果讓自己有一種身臨其境的感覺。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的仿真技術(shù)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)造出還原度更高、交互性更強(qiáng)的虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以使參與者與模擬環(huán)境進(jìn)行交互。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)自己的感知和認(rèn)知能力在虛擬環(huán)境中獲得靈感，利用虛擬環(huán)境中的空間和邏輯信息進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有三個(gè)基本特征：沉浸感、交互性和想象力。所謂沉浸感，是指用戶作為第一視角存在于環(huán)境中，真實(shí)存在的程度就是沉浸感。如果沉浸感強(qiáng)，說明場景的真實(shí)程度高。理想的虛擬環(huán)境甚至?xí)層脩綦y以分辨真假。虛擬場景可以隨著用戶的視角而變化，并通過燈光、聲音等來優(yōu)化效果。交互性是指用戶在模擬環(huán)境中對(duì)物體的可操作性和環(huán)境反饋的自然程度。如在虛擬環(huán)境中，如果用戶直接抓取一個(gè)物體，手的觸感和物體的重量會(huì)隨著手的運(yùn)動(dòng)而變化，這一切都是通過人機(jī)交互技術(shù)來完成的。想象是指當(dāng)用戶沉浸在多維信息空間中時(shí)，通過自身的感知和認(rèn)知能力獲得更多的信息，從而激發(fā)自己的思維潛能，對(duì)時(shí)空環(huán)境產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)的想法，從而更積極地想象。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種集計(jì)算機(jī)、傳感與測量、仿真等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)主要涉及人工智能、信息網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)和學(xué)科。其中，環(huán)境建模技術(shù)最為重要，可以說是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的核心技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用旨在獲取更詳細(xì)的三維環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)具體的應(yīng)用需求和數(shù)據(jù)構(gòu)建環(huán)境模型。計(jì)算機(jī)模型可用于制作圖形圖像。如果模型準(zhǔn)確且時(shí)間充足，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)不同的光照條件生成不同的圖像信息。立體合成與立體顯示技術(shù)也很重要。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，消除聲音的方向以及與用戶頭部運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性已成為聲學(xué)專家的熱門研究課題。研究表明，人們可以通過聲音在水平方向上的相位差和強(qiáng)度差來判斷聲源的方向。所謂立體效果，就是通過聽到左右耳在不同位置記錄的不同聲音來實(shí)現(xiàn)的，可以給人一種方向感。但目前在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。立體視覺也采用了類似的原理，主要是利用眼睛焦距、大小對(duì)比等方法來呈現(xiàn)距離感和空間感。在VR系統(tǒng)中，立體視覺起著非常重要的作用。根據(jù)顯示器的不同，用戶眼睛看到的圖像也不同。一些系統(tǒng)使用單獨(dú)的監(jiān)視器。用戶戴上VR眼鏡后，兩副眼鏡可以分別看到奇數(shù)幀圖像和偶數(shù)幀圖像，從而產(chǎn)生立體效果。盡管三維圖形和三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的專家學(xué)者們?nèi)栽趯?duì)復(fù)雜場景進(jìn)行更多的研究。此外，觸覺反饋技術(shù)、交互技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等也很重要，需要相關(guān)人員進(jìn)行深入研發(fā)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅可以構(gòu)建虛擬空間，還可以幫助設(shè)計(jì)人員利用實(shí)時(shí)仿真演示技術(shù)，檢查城市環(huán)境設(shè)計(jì)在虛擬空間中的效果，分析方案的可操作性，并進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真演示。目前，VR技術(shù)已廣泛應(yīng)用于影視、游戲等領(lǐng)域。然而，隨著技術(shù)的優(yōu)化、應(yīng)用成本的降低以及計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，VR技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。這種虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言可用于創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)象。通過插件可以在線查看網(wǎng)頁，也可以通過旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等瀏覽工具查看對(duì)象，以獲得更好的動(dòng)態(tài)效果。在VR技術(shù)廣泛應(yīng)用于人們的娛樂生活的同時(shí)，其他領(lǐng)域?qū)R技術(shù)的研究也在不斷深入。在建筑行業(yè)，電子模型技術(shù)的運(yùn)用可以有效提高建筑設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量和效率。通過真實(shí)模擬，設(shè)計(jì)人員可以了解城市建設(shè)的實(shí)際情況和存在的問題，解決建筑街道改造等問題，可以促進(jìn)城市環(huán)境設(shè)計(jì)水平的提高。目前，半圓屏式VR產(chǎn)品和便攜VR產(chǎn)品已應(yīng)用于城市環(huán)境設(shè)計(jì)。效果明顯高于傳統(tǒng)CG模型，可以更自由地改變物體的行走空間。設(shè)計(jì)人員可以使用這些產(chǎn)品來比較多種設(shè)計(jì)方案，最終選擇出最佳方案。

參考文獻(xiàn)

[1]潘鋒.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].城市周刊，2019（14）：26.

作者簡介

朱美霖 2002.10.30 女 遼寧省沈陽市 大連工業(yè)大學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)

牟思曉 2002.12.26 女 遼寧省本溪市 大連工業(yè)大學(xué)視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)專業(yè)

謝銘雨 2000.10.12 女 遼寧省遼陽市 大連工業(yè)大學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)

耿嘉文 2002.05.24 女 遼寧省本溪市 大連工業(yè)大學(xué)藝術(shù)與科技專業(yè)