虛擬現實技術在未來建筑設計中的運用

湯曉東

【摘 要】本文主要針對虛擬現實技術的主要特點及分類、虛擬現實技術在建筑行業的現實意義、虛擬現實技術在建筑設計中的作用以及虛擬現實技術在建筑設計中的實現方法進行簡要分析，僅供參考。

【關鍵詞】虛擬現實技術；未來建筑設計；運用

一、虛擬現實技術的主要特點及分類

虛擬現實又稱為靈境技術，是通過利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術生成一個逼真的三維虛擬環境，使用者只需要戴上特殊的頭盔、數據手套等傳感設備就可以利用鍵盤和鼠標等輸入設備進行對虛擬環境做一個親身的感受。虛擬現實技術具有以下三個特點，即想象性、交互性和沉浸性。想象性是指通過虛擬技術可以將人類的想象力和創造思維最大程度的顯現出來。交互性是指參與模擬者可以通過模擬設備實現人與虛擬世界之間的完整交流互動。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境當中，感覺身臨其境。虛擬現實技術目前尚未成熟，而按照其功能特點又可以分為四種類型，即分布式虛擬現實系統、沉浸性虛擬現實系統、桌面虛擬現實系統和增強式的虛擬現實系統。

二、虛擬現實技術在建筑行業的現實意義

1、項目的技術論證。建筑行業與其他行業有所不同，它與人們的生活緊密相關，直接影響到人們的生活環境水平、人們生命安全等方面。而在當今社會中，一些大型的建筑場館在施工過程中，都會遇到經濟問題。而前期設計中遇到的一些問題，也可能導致整個工程項目的失誤。在竣工后，建筑的功能性以及安全性能否達到要求，都需要大量的投資來進行檢查。而僅僅依靠人為的控制，不僅效率低，也很難對其進行準確的控制。因此在進行大型的建筑物時，我們一定要在前期進行一個三維成像的模擬，通過一些數據的分析，可以更好的將成本以及安全系數等問題加以控制，并取得利益的最大化，節省資源。

2、改善建筑設計。建筑設計需要一個科學、嚴謹的過程，在對建筑體進行科學設計時要不斷的對其可行性進行分析，并加以修改，以免在施工過程中由于設計而出現工程問題。通過虛擬現實系統可以為我國在建筑設計時進行評價，如果分析過程中發現設計中出現的缺陷，也可以使用系統模擬出不同解決方案，這在一定程度上也可以降低成本，完善設計方案。

3、節省成本投資。項目的投資可以分為人力投資、材料投資以及其他金錢投資，而采用虛擬現實技術可以進行對工程過程中不協調的部分加以修改，對各專業負責項目進行調配處理，通過模擬演示論證，發現設計中不合理的地方在進行修正，這樣就會避免出現返工情況的發生。在很大程度上節約了工程的成本投資。

三、虛擬現實技術在建筑設計中的作用

建筑設計是一項非常復雜的工作，它不僅要對建筑物的外在空間形象進行設計與創造，不要同時考慮到用戶的使用情況，以及建筑物的整體格局等等，要想對建筑設計進行創新和提高質量，就要對設計、設計、施工等等多個環節進行準確的把握，整個設計建造過程都必需十分嚴謹，不允許出現偏差，而應用傳統建筑設計方法想要實現這此要求，要花費大量的人力和物力才能完成。而計算機技術與建筑設計的結合，使得原有的工作內容操作起來更為方便快捷，準確度也更高，虛擬現實技術就是一項較好的建筑輔助設計系統，其應用可以將建筑設計方案通過計算機的形式進行仿真，建筑設計內容以虛擬的方式展現在人們面前，使得人們可以更為真實的感知建筑設計的效果，從而更好的判斷建筑設計的優劣。虛擬現實技術應用于建筑設計領域，通常有以下幾點作用：

1、展示建筑物的整體信息。原有的建筑設計方式，如二維、三維手段等，雖然能夠體現建筑物的部分屬性及設計信息，但是也只是從某一種角度簡單的傳遞建筑設計情況，人們只能從外在圖形及表現對建筑設計方案有一個簡單的直觀了解，而虛擬現實技術與建筑設計的結合，使得建筑物更具生命力，人們可能通過漫游等形式，體驗身臨其境的感覺，使得對建筑物的理解更加深刻、貼切。這樣使建筑設計不僅僅是設計者的事，更多的住戶以及管理者參與到方案決策中來，增強了設計者與使用者之間的溝通，使得設計方案更具有實用性，也更滿足用戶的要求。

2、遠距離的瀏覽。在進行建筑設計時，設計人員要與工程單位進行不間斷的溝通，最終達成共識，而虛擬現實技術的使用將溝通變得更為方便快捷，它可以通過網絡實現設計作用的傳輸與瀏覽，從而實現遠程交流。此外，如果某些建筑模擬軟件的輸出格式不支持傳輸，還可以轉換格式。

3、實時多方案比較。在進行建筑方案設計時，通常都會提出多種設計方案，對建筑物的設計形象有多種構想，并通過建模的形式進行展示，從而擇優選擇，優勢互補，再確定最終的設計思路。而通過虛擬現實技術，可以實現不同設計方案之間的實時切換，在同一位置或觀察點感受不同建筑設計方案，從而實現不同設計想法間的對比，為最終的設計方案確定提供參考。此外，通過該技術不僅可以進行實時多方案比較，還可以進行建筑設計修改，并實時的將建筑設計修改前后的狀態進行比較。

四、虛擬現實技術在建筑設計中的實現方法

虛擬現實技術在建筑設計中的實現分為硬件系統與軟件系統兩部分。

1、虛擬現實硬件系統。簡單的虛擬實踐系統并不需要太多復雜的設備來完成，只需可以滿足具有輸入、輸出功用的設備即可，簡單的計算機桌面互動系統就可以構成一個簡單的桌面虛擬實踐系統。但要充分完成虛擬實踐技術帶來的沉浸感、交互性、想象性三個特征就需要專業的信息輸入設備和信息輸出設備。信息輸入設備包括鍵盤、鼠標等等，信息輸出設備包括高性能顯示器適配器、單通道或多通道投影響儀、偏振片、立體眼鏡等等。借助于傳感設備用戶可以將自己在實踐時空的行為經過用戶化身映射給虛擬環境，反之亦然。用戶化身在用戶與虛擬環境的交互效果過程中起到了橋梁般的中間效果。方位跟蹤器所具有的測量功用完成了對用戶行為規范計劃的較準確的采樣并映射給虛擬空間，虛擬空間根據幾何體求交的碰撞檢測算法及根據傳感器的力反饋技術又可將虛擬空間的測量信息實時地反饋給用戶，因而用戶對虛擬空間的感觸除了感同身受的視覺感觸外，還有具有力反饋的觸覺感知，這對于在建筑設計方案的虛擬設計有非常的幫助。

2、虛擬現實軟件系統。要想讓設計者與用戶或許其他人員真正體驗到虛擬現實技術所帶來的身臨其境的臨場感與沉浸感，首先就要樹立一個與客觀世界相符合或許與設計者頭腦料想的設計方案相符合的虛擬三維模型，這個三維虛擬場景模型不但能夠精確的表現出建筑、環境、室內等客觀存在，而且需求較真實的反應出場景的顏色、材質、陰影等。樹立可視化三維模型從技術實現上可分為三步：幾何建模，首要樹立所需三維場景的幾何構形；形象建模，首要對幾何建模的成果進行材質、顏色、光照等處理；行為建模，首要處理物體的運動和行為描繪。幾何建模首要是指三維空間的物體經并、交、差等調集運算和旋轉、平移、縮放等幾何變換，發生設計者所期望得到的較為復雜的立體模型的進程，幾何建模的可視化三維模型的根底，當前可以進行幾何建模的軟件已經有很多，如3DSMAX，AUTOCAD，SKECHUP，REVIT等等，這些軟件樹立的模型基本上都可以通用交換，但比較通用的模型基本上都是基于風格技術，即場景中的立體形體都是由若干個三角形面組成的，三維形體分得越細致，網格就越密，形體上看起來愈加傳神，但相應的運算速度也會降低。軟件系統及硬件系統的有效配合使得虛擬現實技術在建筑設計中發揮了更大的效果。

五、結束語

建筑工程在實際施工過程中，存在著不可逆性，而且施工項目的工程成本通常情況下都會很高，建筑設計是建筑施工的基本依據。為了避免出現過多的差錯，就需要對建筑設計嚴謹的審查。而通過虛擬技術的模擬方法，可以提高設計質量和水平。因此虛擬現實技術在未來的建筑設計中一定會起到一個非常重要的作用。目前在我國也己經得到廣泛的應用。

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