虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

湯曉東

【摘 要】本文主要針對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特點(diǎn)及分類、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑行業(yè)的現(xiàn)實(shí)意義、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的作用以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行簡要分析，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；未來建筑設(shè)計(jì)；運(yùn)用

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特點(diǎn)及分類

虛擬現(xiàn)實(shí)又稱為靈境技術(shù)，是通過利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(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。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)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑行業(yè)的現(xiàn)實(shí)意義

1、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進(jìn)行檢查。而僅僅依靠人為的控制，不僅效率低，也很難對其進(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、改善建筑設(shè)計(jì)。建筑設(shè)計(jì)需要一個(gè)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，在對建筑體進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要不斷的對其可行性進(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)可以為我國在建筑設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行評價(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、節(jié)省成本投資。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)行對工程過程中不協(xié)調(diào)的部分加以修改，對各專業(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。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的作用

建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，它不僅要對建筑物的外在空間形象進(jìn)行設(shè)計(jì)與創(chuàng)造，不要同時(shí)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(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新和提高質(zhì)量，就要對設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、施工等等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，整個(gè)設(shè)計(jì)建造過程都必需十分嚴(yán)謹(jǐn)，不允許出現(xiàn)偏差，而應(yīng)用傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方法想要實(shí)現(xiàn)這此要求，要花費(fèi)大量的人力和物力才能完成。而計(jì)算機(jī)技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合，使得原有的工作內(nèi)容操作起來更為方便快捷，準(zhǔn)確度也更高，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是一項(xiàng)較好的建筑輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其應(yīng)用可以將建筑設(shè)計(jì)方案通過計(jì)算機(jī)的形式進(jìn)行仿真，建筑設(shè)計(jì)內(nèi)容以虛擬的方式展現(xiàn)在人們面前，使得人們可以更為真實(shí)的感知建筑設(shè)計(jì)的效果，從而更好的判斷建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，通常有以下幾點(diǎn)作用：

1、展示建筑物的整體信息。原有的建筑設(shè)計(jì)方式，如二維、三維手段等，雖然能夠體現(xiàn)建筑物的部分屬性及設(shè)計(jì)信息，但是也只是從某一種角度簡單的傳遞建筑設(shè)計(jì)情況，人們只能從外在圖形及表現(xiàn)對建筑設(shè)計(jì)方案有一個(gè)簡單的直觀了解，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合，使得建筑物更具生命力，人們可能通過漫游等形式，體驗(yàn)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(shè)計(jì)不僅僅是設(shè)計(jì)者的事，更多的住戶以及管理者參與到方案決策中來，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)者與使用者之間的溝通，使得設(shè)計(jì)方案更具有實(shí)用性，也更滿足用戶的要求。

2、遠(yuǎn)距離的瀏覽。在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要與工程單位進(jìn)行不間斷的溝通，最終達(dá)成共識，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用將溝通變得更為方便快捷，它可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)作用的傳輸與瀏覽，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(zhuǎn)換格式。

3、實(shí)時(shí)多方案比較。在進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，通常都會(huì)提出多種設(shè)計(jì)方案，對建筑物的設(shè)計(jì)形象有多種構(gòu)想，并通過建模的形式進(jìn)行展示，從而擇優(yōu)選擇，優(yōu)勢互補(bǔ)，再確定最終的設(shè)計(jì)思路。而通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)方案之間的實(shí)時(shí)切換，在同一位置或觀察點(diǎn)感受不同建筑設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)想法間的對比，為最終的設(shè)計(jì)方案確定提供參考。此外，通過該技術(shù)不僅可以進(jìn)行實(shí)時(shí)多方案比較，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。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)方法

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)分為硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)兩部分。

1、虛擬現(xiàn)實(shí)硬件系統(tǒng)。簡單的虛擬實(shí)踐系統(tǒng)并不需要太多復(fù)雜的設(shè)備來完成，只需可以滿足具有輸入、輸出功用的設(shè)備即可，簡單的計(jì)算機(jī)桌面互動(dòng)系統(tǒng)就可以構(gòu)成一個(gè)簡單的桌面虛擬實(shí)踐系統(tǒng)。但要充分完成虛擬實(shí)踐技術(shù)帶來的沉浸感、交互性、想象性三個(gè)特征就需要專業(yè)的信息輸入設(shè)備和信息輸出設(shè)備。信息輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)等等，信息輸出設(shè)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(shè)備用戶可以將自己在實(shí)踐時(shí)空的行為經(jīng)過用戶化身映射給虛擬環(huán)境，反之亦然。用戶化身在用戶與虛擬環(huán)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(guī)范計(jì)劃的較準(zhǔn)確的采樣并映射給虛擬空間，虛擬空間根據(jù)幾何體求交的碰撞檢測算法及根據(jù)傳感器的力反饋技術(shù)又可將虛擬空間的測量信息實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)方案的虛擬設(shè)計(jì)有非常的幫助。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)。要想讓設(shè)計(jì)者與用戶或許其他人員真正體驗(yàn)到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所帶來的身臨其境的臨場感與沉浸感，首先就要樹立一個(gè)與客觀世界相符合或許與設(shè)計(jì)者頭腦料想的設(shè)計(jì)方案相符合的虛擬三維模型，這個(gè)三維虛擬場景模型不但能夠精確的表現(xiàn)出建筑、環(huán)境、室內(nèi)等客觀存在，而且需求較真實(shí)的反應(yīng)出場景的顏色、材質(zhì)、陰影等。樹立可視化三維模型從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上可分為三步：幾何建模，首要樹立所需三維場景的幾何構(gòu)形；形象建模，首要對幾何建模的成果進(jìn)行材質(zhì)、顏色、光照等處理；行為建模，首要處理物體的運(yùn)動(dòng)和行為描繪。幾何建模首要是指三維空間的物體經(jīng)并、交、差等調(diào)集運(yùn)算和旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等幾何變換，發(fā)生設(shè)計(jì)者所期望得到的較為復(fù)雜的立體模型的進(jìn)程，幾何建模的可視化三維模型的根底，當(dāng)前可以進(jìn)行幾何建模的軟件已經(jīng)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(fēng)格技術(shù)，即場景中的立體形體都是由若干個(gè)三角形面組成的，三維形體分得越細(xì)致，網(wǎng)格就越密，形體上看起來愈加傳神，但相應(yīng)的運(yùn)算速度也會(huì)降低。軟件系統(tǒng)及硬件系統(tǒng)的有效配合使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮了更大的效果。

五、結(jié)束語

建筑工程在實(shí)際施工過程中，存在著不可逆性，而且施工項(xiàng)目的工程成本通常情況下都會(huì)很高，建筑設(shè)計(jì)是建筑施工的基本依據(jù)。為了避免出現(xiàn)過多的差錯(cuò)，就需要對建筑設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶彶椤６ㄟ^虛擬技術(shù)的模擬方法，可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來的建筑設(shè)計(jì)中一定會(huì)起到一個(gè)非常重要的作用。目前在我國也己經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

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