虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用探析

鄭州信和嘉程建筑設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450000

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計方面的應(yīng)用作用

1.1 展示建筑信息

在傳統(tǒng)筑工程設(shè)計模式中，受到技術(shù)限制，雖然設(shè)計人員可以通過繪制二維平面工程圖紙等方法，展示部分工程設(shè)計信息與建筑結(jié)構(gòu)屬性特征，但卻面臨著信息展示角度單一、立體化程度不足的問題，難以保證工程設(shè)計理念及意圖的正確傳達。在這一工程背景下，不但時常出現(xiàn)工程設(shè)計方案與建設(shè)需求相違背的問題，同時，也不利于后續(xù)技術(shù)交底及各項施工活動的開展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計人員可選擇基于已知工程信息與設(shè)計數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維建筑模型、營造虛擬空間。工程參與各方可以浸入至虛擬空間中，直觀了解建筑工程的主體結(jié)構(gòu)、室內(nèi)外環(huán)境以及空間布局等建筑信息，再將其與工程建設(shè)需求相比對。例如，建設(shè)單位運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，正確了解工程設(shè)計理念意圖及具體信息，與設(shè)計方對各項設(shè)計細節(jié)進行溝通、探討，在保證工程設(shè)計方案合理、可行的基礎(chǔ)上，避免因設(shè)計成果理解錯誤而產(chǎn)生的施工糾紛等問題的出現(xiàn)。

1.2 遠距離瀏覽

在傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計模式中，設(shè)計方與企業(yè)之間普遍存在溝通頻率過低的問題，如若選擇開展遠程設(shè)計溝通工作，所繪制二維平面工程圖紙的立體化程度不足且二維平面圖紙表達專業(yè)化、抽象化程度很高，設(shè)計方與企業(yè)缺乏探討工程設(shè)計細節(jié)的基礎(chǔ)條件。如若選擇開展線下設(shè)計溝通工作，則受到空間與時間因素的限制。針對這一問題，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，可選擇構(gòu)建三維建筑模型，并采用網(wǎng)頁展示、營造虛擬空間等方式，為遠程設(shè)計溝通工作的開展提供基礎(chǔ)條件［1］。

1.3 設(shè)計方案對比

建筑工程涉及范圍廣，多學(xué)科、多領(lǐng)域，設(shè)計方案十分復(fù)雜，而在傳統(tǒng)工程設(shè)計模式下，受到人為因素限制，設(shè)計人員難以做到對整體建筑設(shè)計情況的全面、有效把控，往往存在各詳細設(shè)計階段工作交接不完全、成果不完善等問題，進而在后續(xù)工程施工階段中，引發(fā)各類施工問題的出現(xiàn)，導(dǎo)致工程實際施工質(zhì)量與預(yù)期質(zhì)量產(chǎn)生出入。借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計人員可以沉浸至所營造虛擬空間中，將各項建筑信息、環(huán)境情況與設(shè)計方案進行對照分析，及時發(fā)現(xiàn)并解決所存在工程設(shè)計問題。同時，也可以對多項工程設(shè)計方案進行對比分析、技術(shù)論證，從中選擇與工程建設(shè)需求相符、可行性較高的計劃作為最終方案、明確設(shè)計思路。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計方面的實踐方法

2.1 構(gòu)建建筑信息模型

對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)提前根據(jù)已知工程信息與建筑設(shè)計信息，針對性構(gòu)建三維建筑信息模型，為虛擬空間的營造提供基礎(chǔ)條件。同時，所構(gòu)建三維建筑信息模型的合理與否、完整程度，也將直接影響到虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計方面中的應(yīng)用效能。在模型構(gòu)建過程中，應(yīng)注重以下要點：

（1）模型參數(shù)化。與二維平面圖紙相比，所構(gòu)建三維建筑信息模型并非為點、線、面等基礎(chǔ)要素的簡單堆砌，而是根據(jù)工程設(shè)計方案，搭建虛擬化、立體化的建筑主體結(jié)構(gòu)框架，并在相應(yīng)位置展示門窗、墻梁等建筑部位構(gòu)件的設(shè)計信息，對各處建筑部位進行有機組合搭建，進而形成的虛擬建筑模型。因此，在模型構(gòu)建過程中，重點突出三維建筑信息模型的參數(shù)化特征，明確標(biāo)注建筑各部位的設(shè)計參數(shù)［2］。

（2）修改自動化。建筑工程設(shè)計工作涉及諸多專業(yè)領(lǐng)域，且不同專業(yè)之間有著較為緊密的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。如果某一項設(shè)計參數(shù)存在誤差，都可能引發(fā)一系列問題的出現(xiàn)，導(dǎo)致其他設(shè)計參數(shù)出現(xiàn)變化，進而使得整體工程設(shè)計方案發(fā)生改變。因此，在構(gòu)建三維建筑信息模型時，應(yīng)選擇構(gòu)建配套數(shù)據(jù)庫，持續(xù)采集、分析相關(guān)工程信息與實時設(shè)計參數(shù)。隨后，根據(jù)不同設(shè)計參數(shù)與專業(yè)之間的關(guān)聯(lián)情況，對相應(yīng)數(shù)據(jù)進行變更調(diào)整，并在三維建筑模型中反映具體修改情況。如此，可以有效預(yù)防各專業(yè)之間設(shè)計碰撞問題的出現(xiàn)。

2.2 虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)

目前來看，多數(shù)企業(yè)所構(gòu)建虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)主要由傳感手套、三維立體聲音生成裝置、頭盔顯示器、立體顯示系統(tǒng)等加以組成，可將其分為聽覺系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、虛擬環(huán)境系統(tǒng)等若干子系統(tǒng)。在工作人員沉浸虛擬空間時，各項子系統(tǒng)將根據(jù)環(huán)境情況與行為軌跡，實時向工作人員提供視覺、聽覺、觸覺等方面的感觀反饋。具體來講，在虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，將開發(fā)重點傾向于體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)想象性、沉浸感以及交互性三項基本特征，構(gòu)建桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、確保所配置硬件設(shè)備具有穩(wěn)定的輸出/輸出使用功能，可以向工作人員實時反饋虛擬環(huán)境內(nèi)建筑信息與對象特征。

2.3 虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)軟件系統(tǒng)主要由功能編程軟件、三維建模軟件以及模型驅(qū)動系統(tǒng)等加以組成。在系統(tǒng)運行過程中，三維建模軟件將在所倒入工程信息及設(shè)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建起立體可視化的三維建筑信息模型與配套數(shù)據(jù)庫。模型驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行工作人員下達的各項操作指令，保持三維建筑模型處于驅(qū)動狀態(tài)，可調(diào)節(jié)部分建筑部位信息，或是實時顯示工程設(shè)計方案變更情況。而功能編程軟件負(fù)責(zé)根據(jù)工作人員的使用需求，運行各項軟件使用功能，包括營造虛擬空間、動畫運行停止、場景轉(zhuǎn)換等等。

同時，對虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)的構(gòu)建，應(yīng)確保系統(tǒng)可以在已知信息基礎(chǔ)上，構(gòu)建起相對穩(wěn)定的、與現(xiàn)實世界情況基本符合、可以直觀化展現(xiàn)工程設(shè)計方案細節(jié)與理念的虛擬三維模型。確保工作人員在沉浸至所營造虛擬空間時，可以真實感受到虛擬場景的光照、色彩、建筑格局、構(gòu)件造型結(jié)構(gòu)等具體系統(tǒng)。以三維建筑模型為例，具體構(gòu)建過程為：前期準(zhǔn)備階段，項目的模型交付標(biāo)準(zhǔn)及各專業(yè)的“族”庫建立等等；建筑方案模型階段，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書相關(guān)設(shè)計條件，搭建完整的設(shè)計方案模型；技術(shù)方案模型階段，根據(jù)確定的方案模型，結(jié)構(gòu)、設(shè)備等搭建各專業(yè)的技術(shù)方案模型。

3 結(jié)語

總而言之，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，定會加速建筑行業(yè)技術(shù)迭代，各建筑企業(yè)逐漸加大對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用力度，并取得諸多顯著成果，對提高工程設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計過程控制、直觀呈現(xiàn)建筑設(shè)計效果有著重要的現(xiàn)實意義。因此，為充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用效能，企業(yè)應(yīng)深入了解技術(shù)在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用價值，明確技術(shù)實踐要點，持續(xù)探索與建筑設(shè)計需求相貼合的技術(shù)應(yīng)用模式。