增強現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計仿真中的應(yīng)用

雷佳曄

摘 要：21世紀我國社會經(jīng)濟態(tài)勢呈逐年上升趨勢，推動了科學(xué)技術(shù)水平的逐步完善，人民生活水平逐漸提高。在這樣的時代背景下，我國人口數(shù)量與日俱增，對于房屋建筑的需求也不僅僅局限于舒適性與安全性，提出了更高的建筑需求。為滿足住戶對房屋結(jié)構(gòu)的需求，建筑行業(yè)逐步應(yīng)用仿真技術(shù)于房屋建筑設(shè)計環(huán)節(jié)中，通過逐步增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用水平，保障居住環(huán)境的真實性與合理性，以滿足建筑用戶的根本需求。

關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實技術(shù)；建筑設(shè)計仿真；措施；分析

隨著建筑領(lǐng)域新興技術(shù)與設(shè)備的逐步應(yīng)用，仿真設(shè)計環(huán)節(jié)已成為建筑設(shè)計環(huán)節(jié)不可或缺的部分，但仍存在著諸多不足?；诖祟惽闆r，應(yīng)逐步完善提升顯示技術(shù)的整體性能，以使此項技術(shù)得到更高的推廣與應(yīng)用。

1 增強現(xiàn)實技術(shù)的具體含義

時下，我國經(jīng)過經(jīng)濟體系改革與產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)化調(diào)整逐步適應(yīng)了當前經(jīng)濟全球化的發(fā)展趨勢，大力發(fā)展生產(chǎn)力，深入提升科學(xué)創(chuàng)新水平，加之信息化技術(shù)的應(yīng)用與推廣使我國各領(lǐng)域行業(yè)的技術(shù)水平得到了長足的發(fā)展，科研力度逐年增加。以增強現(xiàn)實技術(shù)為例，以早期虛擬技術(shù)作為發(fā)展前身并進一步突破，實現(xiàn)了技術(shù)層面的飛躍。其技術(shù)實質(zhì)在于，將虛擬技術(shù)與計算機信息化技術(shù)有機結(jié)合，通過計算機處理后的影像、場景等與實際的現(xiàn)實場景相結(jié)合，在保障顯示畫面真實性、合理性的同時，最大限度發(fā)揮計算機虛擬場景的特點。增強現(xiàn)實技術(shù)既能將計算機虛擬場景融入于實際場景中，又可以根據(jù)實際需求調(diào)整虛擬畫面的位置，以實現(xiàn)虛擬畫面與實際場景之間有效切合，提升圖像觀察者的真實體驗，從而實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬，實際與理論的有機結(jié)合。與此同時，增強現(xiàn)實技術(shù)在應(yīng)用過程中會將實際的圖像情況進行保存并進行輸出，圖像畫面真實性與可靠性得以保證。此項技術(shù)的工作原理是通過畫面實時拍攝的方式保留真實場景，經(jīng)過處理輸出后的圖片與視頻保留了顯示圖像與虛擬圖像相融合后的真實性信息，采取專業(yè)的計算方式，對輸出的圖片與影像資料進行比對，保持其統(tǒng)一性；并且根據(jù)輸出圖像進行科學(xué)運算，以之前的數(shù)據(jù)規(guī)律為依據(jù)得到其他虛擬圖像，而后采用將影像資料與虛擬圖像相融合的方式，以提升影響感官真實性與完整性。

2 建筑設(shè)計仿真環(huán)節(jié)增強現(xiàn)實技術(shù)的實際應(yīng)用

2.1 增強現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計仿真中的系統(tǒng)構(gòu)思

在建筑設(shè)計仿真環(huán)節(jié)采取增強現(xiàn)實技術(shù)的工作原理在于以前期建筑規(guī)劃設(shè)計的概念模型為基礎(chǔ)，加入其周邊環(huán)境的影音圖像，將二者巧妙的結(jié)合處理；以設(shè)計環(huán)節(jié)中的虛擬概念與實際場景進行融合并輸出。與傳統(tǒng)的建筑概念設(shè)計所采取技術(shù)不同的是，增強現(xiàn)實技術(shù)對概念設(shè)計建筑的臨近場景并不加以增強處理，而是對建筑的概念設(shè)計進行場景模擬即可，通過對現(xiàn)實場景圖像進行模擬并施以技術(shù)處理，最終實現(xiàn)建筑理論概念與實際臨近場景二者巧妙結(jié)合。隨后，根據(jù)建筑概念的理論模型的輸出情況進行實際反饋處理，從而滿足直觀體驗的目的，即體現(xiàn)出了建筑設(shè)計之初的理論概念，又將建筑附近真實場景予以展示，形成真正意義上的虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的建筑仿真目的。除此以外，在建筑概念設(shè)計環(huán)節(jié)中采取增強現(xiàn)實的手段，可以有效降低工作強度，其原因在于，不必進行概念建筑附近的真實場景進行技術(shù)處理，而不影響建筑概念和鄰近真實場景的建模仿真。此項技術(shù)的應(yīng)用即可以真實展現(xiàn)建筑仿真的真實性，又能夠有效保障建筑設(shè)計人員對建筑整體充分了解，從而對欠缺或不當?shù)念A(yù)期設(shè)計概念進行恰當合理的修改，從而提升設(shè)計環(huán)節(jié)的整體科學(xué)性。與此同時，可針對以往的增強現(xiàn)實技術(shù)于建筑概念模擬的應(yīng)用中的具體情況進行分析，總結(jié)此項技術(shù)應(yīng)用的規(guī)律，有效減少設(shè)計環(huán)節(jié)中的不合理環(huán)節(jié)。

2.2 增強現(xiàn)實的建筑設(shè)計系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

增強現(xiàn)實的建筑設(shè)計系統(tǒng)能夠更好的實現(xiàn)真實目標位置狀態(tài)的跟蹤，這也是實現(xiàn)虛擬目標在真實場景中的定位注冊基礎(chǔ)，對虛實結(jié)合效果的體現(xiàn)有著十分重要的作用影響。在這個系統(tǒng)中，可以利用標記卡的真實目標位置狀態(tài)跟蹤替代無規(guī)則真實目標的位置狀態(tài)。這兩者相比較而言，具有跟蹤算法簡便、速度快、效率高等特點。因為標記卡的真實目標位置狀態(tài)跟蹤是依據(jù)攝像機拍攝圖像的排序中任意一幅圖像來進行的，所以，才能夠求取出標記卡對于攝像機位置和狀態(tài)。因為記憶卡是在被跟蹤目標上所固定的，就是標記卡的位置狀態(tài)情況能夠真實有的表達出真實目標的位置狀態(tài)情況。

2.3 增強現(xiàn)實的建筑設(shè)計仿真系統(tǒng)的結(jié)果

以廣場中的涼亭為主要參考依據(jù)，并驗測出增強現(xiàn)實的建筑設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)思情況。

軟件系統(tǒng)的應(yīng)用：

（1）3DMax建模軟件，主要的作用就是便于涼亭模型的建立以及修改。

（2）增強現(xiàn)實的建筑仿真系統(tǒng)。這個仿真系統(tǒng)主要是依據(jù)AR-ToolKit和OpenGL來進行自主研發(fā)的，在進行運用的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)標記卡的位置和狀態(tài)進行實時的跟蹤，能夠?qū)崿F(xiàn)涼亭虛擬模型和建筑周邊環(huán)境的虛實進行有效的結(jié)合以及對視頻流進行輸入和輸出的處理等。在三模軟件將涼亭的三維模型設(shè)計完畢之后，相關(guān)的設(shè)計人員能夠利用攝像頭來進行任意角度的拍攝帶有標記卡的建筑周邊環(huán)境。并且利用增強現(xiàn)實的建筑設(shè)計仿真系統(tǒng)來對標記卡的位置狀態(tài)情況進行實時的跟蹤處理，在此基礎(chǔ)上，將標記卡相對于相機的具體位置有效的求解出來。再通過幾何變換的形式來實現(xiàn)虛擬涼亭的模型與建筑周邊環(huán)境的融合情況，輸出的結(jié)果就是結(jié)合的視頻流。相關(guān)的設(shè)計人員也能夠自主的對拍攝視角進行隨意的切換，從而就能夠通過不同的角度來觀測到?jīng)鐾そㄖ晒髴?yīng)該呈現(xiàn)的視覺效果。

3 增強現(xiàn)實的建筑設(shè)計仿真與虛擬仿真的對比情況

增強現(xiàn)實的建筑設(shè)計仿真與虛擬現(xiàn)實的建筑設(shè)計仿真相比較而言具有以下幾點優(yōu)勢：

3.1 在進行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員可以不用對建筑的周邊環(huán)境進行建模處理，這樣不僅能夠緩解設(shè)計人員在仿真工作中的工作量，同時也能夠為建筑設(shè)計的周期進程情況起到促進的作用。

3.2 在最后的輸出結(jié)果中，周邊環(huán)境的情況是真實有效的，設(shè)計人員在進行建筑設(shè)計方案的做出時能夠更加的貼切和合理，能夠做出準確有效的評估。

結(jié)束語

根據(jù)以上具體的分析與闡述，建筑設(shè)計師在進行概念模擬仿真的環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)實際建筑設(shè)計需求選取科學(xué)的技術(shù)手段。原因在于，傳統(tǒng)的實際建筑與模擬概念相結(jié)合的情況存在缺陷與不足。而隨著建筑領(lǐng)域的日益發(fā)展，用戶對于房屋建筑結(jié)構(gòu)的需求日益增加，以往的虛擬現(xiàn)實技術(shù)與日漸興起的建筑產(chǎn)業(yè)之間的矛盾逐步加深，技術(shù)與需求難以達成正比?；诖祟惽闆r，創(chuàng)新型的增強顯示技術(shù)能夠充分滿足時下的建筑設(shè)計需要，成為當前建筑設(shè)計模擬階段的主要措施，方便快捷的同時，節(jié)約了建筑設(shè)計的人力、物力，逐步滿足建筑需求的同時，帶動建筑領(lǐng)域模擬概念設(shè)計工作的飛躍。

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