計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

曾田

（山東建筑大學(xué)）

1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概述

1.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概念和重要性

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就是利用數(shù)字化系統(tǒng)和物理模型將自然因素的情況模擬到計(jì)算機(jī)中，并且通過(guò)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行變量的控制分析，這種技術(shù)是運(yùn)用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)的技術(shù)來(lái)對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就是筆種技術(shù)的共同結(jié)合下對(duì)于系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)自從研究出來(lái)，就受到人們的廣泛關(guān)注。它不僅可以將抽象化的事物轉(zhuǎn)換為模型，應(yīng)用到交通、航空、軍事、能源等各個(gè)領(lǐng)域，而且還可以在建筑工程設(shè)計(jì)當(dāng)中降低工程的成本，減少安全風(fēng)險(xiǎn)，保證工程設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到建筑工程設(shè)計(jì)中不僅僅是對(duì)建筑的本身進(jìn)行模擬，還能夠?qū)τ谡w的環(huán)境進(jìn)行真實(shí)的再現(xiàn)和預(yù)測(cè)，借助虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，將整體建設(shè)設(shè)計(jì)的空間性充分的展現(xiàn)出來(lái)，讓建筑設(shè)計(jì)的空間體驗(yàn)?zāi)軌蚋泳邆潇`活性和交互性，給人以身臨其境的感覺(jué)，并對(duì)整體的工程設(shè)計(jì)進(jìn)行的評(píng)估和篩選，對(duì)于細(xì)節(jié)進(jìn)行推敲和調(diào)整，最終得到物理學(xué)和美學(xué)都最佳的設(shè)計(jì)形式。同時(shí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)于提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和減少施工的工期也都有著重要的意義。這種方式對(duì)提高工程的經(jīng)濟(jì)效益，為建筑的施工都定好了良好的基礎(chǔ)。

1.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用特征

人們?cè)诮ㄖO(shè)計(jì)當(dāng)中所獲取的經(jīng)驗(yàn)都是通過(guò)傳統(tǒng)的施工方法和組織得到的，經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)于施工有一定的幫助，但是也存在有非常多的局限。在這種情況下，建筑工程通常會(huì)存在有建筑風(fēng)格和設(shè)計(jì)表現(xiàn)千篇一律，另外還對(duì)于施工過(guò)程中的成本消耗難以控制。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，人們將這項(xiàng)技術(shù)融入到建筑設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，大大地改善了這個(gè)領(lǐng)域中存在的很多問(wèn)題。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的交互性和仿真性能夠依照建設(shè)工程的要求來(lái)建立虛擬的三維模型，并且對(duì)于施工的全過(guò)程進(jìn)行模擬，這個(gè)模擬的過(guò)程是可以直接用肉眼觀察。工作人員能夠清晰的了解各種構(gòu)件的使用效果以及在實(shí)際使用中的重要性，從多種模擬嘗試中得出正確的安全施工的參數(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠通過(guò)技術(shù)核算降低建筑的成本，同時(shí)可以避免系統(tǒng)受到外界的干擾。而且許多的項(xiàng)目實(shí)施在建筑中直接進(jìn)行測(cè)試會(huì)有非常大的風(fēng)險(xiǎn)，而運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)則能夠弱化危險(xiǎn)系數(shù)，從而保證測(cè)試系統(tǒng)的安全性。而且運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠提高建筑設(shè)計(jì)的效率，而且對(duì)于建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及參數(shù)設(shè)置都能夠進(jìn)行詳細(xì)的分析和優(yōu)化，提高建筑設(shè)計(jì)的效果。

2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的適用性和局限性

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)所建立的虛擬環(huán)境都是應(yīng)用詳細(xì)的數(shù)據(jù)來(lái)建立的數(shù)字模型，在設(shè)計(jì)中需要遵循真實(shí)的三維場(chǎng)景要求而對(duì)整體建筑的設(shè)計(jì)進(jìn)行再現(xiàn)，傳統(tǒng)的透視設(shè)計(jì)圖不能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的材質(zhì)和多維的細(xì)節(jié)進(jìn)行全面的展現(xiàn)，會(huì)造成想象的差距，但是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)都是用最直接最真實(shí)的方式來(lái)表達(dá)，可以令人獲得更為全面的信息，而且發(fā)現(xiàn)問(wèn)題只需要通過(guò)計(jì)算機(jī)系數(shù)進(jìn)行更改，其它相應(yīng)的地方都會(huì)隨即進(jìn)行全面的更改，大大加快了設(shè)計(jì)方案更改的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率。但是建筑設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用中仍然對(duì)于一些系數(shù)不能真實(shí)的表現(xiàn)，比如太陽(yáng)輻射、人工照明、熱工等技術(shù)參數(shù)，而這些技術(shù)參數(shù)卻在建筑設(shè)計(jì)中也占有重要的位置，也是建筑設(shè)計(jì)是否合理的重要指標(biāo)，這些也都影響著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與真實(shí)體驗(yàn)的差距。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)于許多建筑設(shè)計(jì)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型仍然難以作到全面的展現(xiàn)，對(duì)于一些已有的建筑重新進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行虛擬重建就必須運(yùn)用不同的技術(shù)來(lái)結(jié)合，比如三維掃描的重建和二維圖像的貼圖建模方式。

3 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在建筑工程中占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)，所以其在建筑行業(yè)中具有比較好的發(fā)展前景。目前我們可以看到在春晚舞臺(tái)上的VR仿真技術(shù)、三維仿真技術(shù)、Multigen實(shí)時(shí)交互技術(shù)，以及3Dsmax虛擬仿真技術(shù)，這些都是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的表現(xiàn)形式。

3.1 三維仿真技術(shù)的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)中，三維仿真技術(shù)也是計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種高科技的融合下模擬出能夠有多種感知能力環(huán)境的一個(gè)過(guò)程，在這種模擬的仿真環(huán)境中一般要運(yùn)用到實(shí)施交互技術(shù)、無(wú)縫編輯生物模塊技術(shù)以及粒子系統(tǒng)技術(shù)等。三維仿真技術(shù)的特點(diǎn)是超具想象力，交互性非常強(qiáng)，表現(xiàn)非常真實(shí)。在建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目中就能夠根據(jù)建筑的實(shí)際情況對(duì)模型的設(shè)計(jì)尺寸、大小等進(jìn)行隨意的更改，同時(shí)這種技術(shù)非常安全可靠，能受影響的因素非常少。在三維系統(tǒng)中，模擬的場(chǎng)景一般都需要許多不同元素的支持。

整個(gè)過(guò)程包括：

①首先提出建筑設(shè)計(jì)的方案，并對(duì)設(shè)計(jì)圖的各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行審核和更改，并且確定好設(shè)計(jì)方案的使用情況。

②通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)，對(duì)于設(shè)計(jì)圖中各個(gè)分鏡頭、腳本以及概念圖都進(jìn)行全面的設(shè)置，利用好衛(wèi)星圖的定位系統(tǒng)來(lái)對(duì)建筑設(shè)計(jì)的位置進(jìn)行明確。

③利用仿真技術(shù)做好三維模型的構(gòu)建，這個(gè)步驟是構(gòu)建仿真模型的基礎(chǔ)，需要做好細(xì)節(jié)的處理。

④將三維模型進(jìn)行導(dǎo)出，并且配上構(gòu)圖音效的設(shè)置，此時(shí)的三維系統(tǒng)仿真模型就設(shè)置好了，已經(jīng)可以投入使用。

3.2 實(shí)時(shí)交互技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的實(shí)時(shí)交互技術(shù)是視景仿真技術(shù)的一種，能夠?qū)τ谝暰斑M(jìn)行相應(yīng)的模擬，還可以用于整體環(huán)境的創(chuàng)建中。因?yàn)槠涮攸c(diǎn)是高效、優(yōu)化性強(qiáng)、功能強(qiáng)大，能夠?qū)θS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行模擬，在城市建設(shè)、模擬訓(xùn)練、科學(xué)研究等方面都有著重要的突破，在建筑工程的設(shè)計(jì)方面更是有著非常重要的作用。因?yàn)榉抡婕夹g(shù)運(yùn)用計(jì)算機(jī)的中心控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)場(chǎng)景中的大量實(shí)景進(jìn)行模擬，比如建筑工程中的道路、路燈、花草樹(shù)木等都進(jìn)行模擬展示，而且對(duì)于細(xì)節(jié)的演示都非常到位，比如草地的展示就是先描繪出整體的輪廓，然后運(yùn)用UV坐標(biāo)加紋理投影的技術(shù)方法來(lái)映射草地的圖案到模型當(dāng)中，讓畫(huà)面更為真實(shí)形象。

3.3 3DS虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

3DS虛擬仿真技術(shù)是現(xiàn)實(shí)與虛擬的結(jié)合，結(jié)合了信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)模與計(jì)算技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域中相關(guān)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)作為基礎(chǔ)，并以計(jì)算機(jī)以及多種伏爾泰的物理效應(yīng)的設(shè)備作為工具和系統(tǒng)模型，對(duì)實(shí)際的或者設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究的綜合學(xué)科[1]。一般會(huì)涉及到虛擬仿真角色模擬、場(chǎng)景的創(chuàng)建、三維動(dòng)畫(huà)的制作、交互技術(shù)的實(shí)現(xiàn)等，其特點(diǎn)是直觀性和互動(dòng)性強(qiáng)，而且具有設(shè)計(jì)優(yōu)化功能和可預(yù)測(cè)性，能夠運(yùn)用成熟的模擬效果，真實(shí)的在建筑工程將整體建設(shè)進(jìn)行全面的展現(xiàn)，使用虛擬的交互接口設(shè)備來(lái)對(duì)整體工程進(jìn)行多維信息空間的仿真建模，強(qiáng)調(diào)出三維圖形的立體情況，在設(shè)計(jì)中還能夠利用現(xiàn)代技術(shù)的精確性和高效性，用來(lái)解決建筑設(shè)計(jì)中的通風(fēng)、采光、遮陽(yáng)以及再生能源的利用問(wèn)題等，在整體設(shè)計(jì)中還能夠幫助建筑師以動(dòng)態(tài)觀察和多媒體等不同的形式來(lái)進(jìn)行感知，還可以激發(fā)設(shè)計(jì)師有更新的創(chuàng)想。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)當(dāng)中能夠大大減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，對(duì)于整體的建筑工程設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展也都有著非常重要的意義，相信在未來(lái)的發(fā)展中，建筑工程設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行更深入的探索和研究，從而為整體的行業(yè)提供更為優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支撐，從而推進(jìn)行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。