虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計教學(xué)的發(fā)展分析

秦屹

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)VR（Vi rtual Realny）日臻成熟。在建筑設(shè)計教育領(lǐng)域，VR逐漸被用作空間設(shè)計的可視化工具，日后更將會在VR應(yīng)用中實現(xiàn)設(shè)計建模操作，更為設(shè)計教學(xué)過程提供更直觀的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：VR；設(shè)計；建筑設(shè)計；教學(xué)

一、VR技術(shù)發(fā)展與建筑設(shè)計教育現(xiàn)狀概述

建筑與虛擬現(xiàn)實之間有著悠久的歷史。隨著計算機(jī)越來越參與到設(shè)計過程中，虛擬現(xiàn)實作為建筑設(shè)計的媒介讓學(xué)生體驗到身臨其境的感受。

另外，許多關(guān)于VR的應(yīng)用都出現(xiàn)了建筑漫游體驗，讓場景看起來更真實，并在場景中設(shè)置參數(shù)面板來改善用戶的空間感知。

與過去相比，VR設(shè)備已經(jīng)有了很大的突破，VR設(shè)備變得更加輕巧和實惠。具有強(qiáng)大HMD（頭戴式顯示器）和自然人體運(yùn)動的全新VR設(shè)備，讓設(shè)計師在虛擬世界中的想象力可以更加逼真的展現(xiàn)出來。這是建筑設(shè)計教育的一次變革機(jī)會，這些VR設(shè)備提供給學(xué)生一種沉浸式空間學(xué)習(xí)平臺。

目前傳統(tǒng)的建筑設(shè)計教育仍然以素描和物理模型為主要手段來展示構(gòu)思。同時，與經(jīng)驗豐富的設(shè)計師不同，學(xué)生只能用原始的方法想象甚至猜測項目的真實規(guī)模尺度。不過現(xiàn)在依賴新的VR設(shè)備技術(shù)突破，除了建筑漫游之外，通過模型對象中的實時操作以及VR環(huán)境中的相關(guān)參數(shù)，學(xué)生可以對建筑獲得更加全面的理解。

這為當(dāng)今建筑學(xué)生提供了一種新的學(xué)習(xí)途徑。通過融入沉浸式VR環(huán)境，他們可以在更直觀靈活的環(huán)境中學(xué)習(xí)建筑，并在現(xiàn)場直接互動。這些研究表明，VR平臺是一個更有效的工具，可以讓學(xué)生開發(fā)和討論他們的設(shè)計，而不僅僅作為一個可視化工具。

二、建筑設(shè)計工具媒介的發(fā)展

（一）建筑設(shè)計中的媒介

媒介包含設(shè)計理念，即由建筑師思考分享并討論的設(shè)計思路。建筑師展現(xiàn)設(shè)計理念的常用手段是自由手繪草圖，這種方法可以追溯到文藝復(fù)興之前。草圖的模糊和不確定性有助于建筑師改進(jìn)構(gòu)思，也便于簡單討論和交流想法。此外，制作小型體塊模型是一種設(shè)計媒介。

計算機(jī)工具介入設(shè)計過程后，越來越多的設(shè)計者對數(shù)字媒介帶來的影響產(chǎn)生極大興趣。大多數(shù)研究認(rèn)為數(shù)字參與可以提高設(shè)計過程的效率，減少預(yù)算，擴(kuò)大形式的復(fù)雜性，增加設(shè)計經(jīng)驗。

隨著設(shè)計師對數(shù)字媒介的精通，他們開始試圖在不同的方向上嘗試計算機(jī)工具。起初，他們中的一些人以傳統(tǒng)的設(shè)計媒介，素描和實物模型，通過數(shù)字化的方式延續(xù)使用。另一些研究人員則開發(fā)了全新的設(shè)計方法，通過設(shè)置一系列規(guī)則來創(chuàng)建形態(tài)和設(shè)計結(jié)果，這便是一種參數(shù)化建模。

（二）建筑設(shè)計中的程序建模

在傳統(tǒng)的程序建模過程中，設(shè)計師通常先從概念生成造型，然后逐個將其構(gòu)建在建模工具中。近年來，設(shè)計師可以通過電腦將建模分成許多步驟，每一步驟作為一個小功能，可以在另一個設(shè)計過程中重復(fù)使用。這種建模方法帶來一些重要的功能，如數(shù)據(jù)放大功能，數(shù)據(jù)壓縮和不可預(yù)測性。設(shè)計師只需要設(shè)計自己的規(guī)則，并將這些規(guī)則生成動態(tài)形態(tài)，而不是事先完成所有形態(tài)。設(shè)計師還可以構(gòu)建自己的工具包進(jìn)行設(shè)計，并且該工具包可以輕松分享給其他設(shè)計者。

（三）建筑設(shè)計教育中的VR應(yīng)用發(fā)展

雖然VR技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，但是使用VR平臺作為展示工具的建筑設(shè)計教育仍未普及。目前，教學(xué)過程中，學(xué)生依舊通過使用草圖和模型來提交設(shè)計項目成果，提出想法并進(jìn)行討論。

在建筑設(shè)計的早期階段，依舊依靠簡要的素描來發(fā)展思路。隨著概念的深化，抽象概念逐漸在空間或建筑物中生成。在這個階段，一些研究者認(rèn)為在VR環(huán)境中學(xué)習(xí)可以提高新手的空間認(rèn)知能力。有關(guān)VR學(xué)習(xí)建筑設(shè)計目前進(jìn)行著各種各樣的研究。

（四）建筑設(shè)計教育中的VR建模研究

結(jié)合參數(shù)化建模和實時渲染的VR環(huán)境仍然是一個研究空白。在Grasshopper（參數(shù)化建模軟件）和VR平臺Unity 3D之間有幾次實驗。

在Gathmann的演示中，他成功地將數(shù)據(jù)從Grasshopper傳輸?shù)経nity，并且該程序自動創(chuàng)建出場景中的對象模型。AWARE團(tuán)隊嘗試從Unity返回數(shù)據(jù)到Grasshopper，通過捕獲光標(biāo)位置和對象尺寸來改變虛擬模型。還有一些實驗顯示了在Grasshopper中用于Unity的用戶界面的參數(shù)。目前這項研究還在繼續(xù)進(jìn)行中。

三、結(jié)語

以程序化建模和新一代沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，更新建筑設(shè)計教育工具，學(xué)生和教師可以在其中模擬和討論建筑設(shè)計。通過與對象進(jìn)行交互，除了操作設(shè)計參數(shù)之外，還可以在沉浸式VR環(huán)境中“身臨其境”地進(jìn)行操作。同時允許沉浸式VR環(huán)境的3D模型供所有設(shè)計者的訪問，以便執(zhí)行設(shè)計模擬和討論，同時反過來，通過該系統(tǒng)向設(shè)計師反饋3D模型和程序模式。在設(shè)計階段，建模和VR平臺之間的參數(shù)幾何的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，是目前開發(fā)測試的VR系統(tǒng)的關(guān)鍵。

此外，要想普及VR環(huán)境的廣泛應(yīng)用，還需要其他方面的研究工作，例如面向VR環(huán)境中的對象操作和可移動的直觀界面設(shè)計，從而實現(xiàn)整個建筑設(shè)計教育多用戶系統(tǒng)工具的未來普及。