虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑與規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

趙凱 李鵬喆 邵佳倪 于奚 王丹丹

摘要：近年來，中國的建筑行業(yè)，新的建筑設(shè)計理念和表現(xiàn)手法的飛速發(fā)展不斷涌現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是其中之一，并發(fā)揮了重要作用。一方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過計算機、專業(yè)設(shè)備和工具創(chuàng)造了一個虛擬環(huán)境，使人們能夠投入其中，給人們提供虛擬和真實的體驗;另一方面，使用各種圖形軟件進行建筑和規(guī)劃設(shè)計，提高了設(shè)計者的創(chuàng)作水平和虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用水平。本文將介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相關(guān)概念及其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實（Virtual ?Reality ， 簡稱VR）， 是一種全新的人機交互技術(shù)， 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機生成一個多源信息融合交互的三維動態(tài)場景和實體行為系統(tǒng)仿真環(huán)境。隨著感應(yīng)頭盔，手套，數(shù)據(jù)等專業(yè)設(shè)備，用戶可以進入虛擬空間，實時感知和操作虛擬世界中各種對象，通過視覺，觸覺，聽覺來獲取身臨其境的感受。它超越了多媒體和動畫技術(shù)的視覺和聽覺體驗，是將計算機信息技術(shù)結(jié)合在建筑規(guī)劃和設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展方向。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可分為兩大類：一是基于圖像的全景技術(shù)，二是基于三維多邊形技術(shù)的VRML 3D技術(shù)。

2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的意義

2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)可用于顯示建筑領(lǐng)域的設(shè)計成果。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以將設(shè)計結(jié)果以全景視圖的形式反映出來。人們不僅可以觀察未來建筑的外觀，還可以感受到建筑周圍的景觀、橋梁、地形等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以不斷調(diào)整在設(shè)計過程中的參數(shù)信息，建筑設(shè)計方案的內(nèi)容，以確保最終的設(shè)計結(jié)果滿足用戶的實際需求。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以在施工前集成多個信息，以節(jié)約施工成本，避免風險事件，提高經(jīng)濟效益和施工效率。

2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于文化遺產(chǎn)、城市規(guī)劃和房地產(chǎn)展示的保護和利用以及建筑設(shè)計理念的提高也具有積極和深遠的意義。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，為設(shè)計者提供了由CAD平面圖繪制及垂直圖形的新高層次設(shè)計方法，建模后的主處理，動畫設(shè)計方法，非線性編輯等生產(chǎn)技術(shù)的渲染模式，讓客戶體驗全新的設(shè)計理念，它為國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用提供了有益的探索。

3、在建筑領(lǐng)域中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1變抽象為直觀

城市的規(guī)劃和建筑的設(shè)計非常重要。它對周邊經(jīng)濟、人民生活和文化交流都有深遠的影響。21世紀是科學技術(shù)飛速發(fā)展的時代?？茖W技術(shù)促進了社會生產(chǎn)力的不斷提高，社會分工越來越細致。出于這個原因，越來越多的人進入城市工作，生活在城市的規(guī)模，城市越來越大。在建設(shè)新興城市之前，要充分考慮城市建筑的規(guī)劃設(shè)計，科學合理地進行城市體系規(guī)劃，確保城市在后期發(fā)展過程中具有更大的潛力?？茖W的建筑規(guī)劃可以幫助城市在原有的基礎(chǔ)上獲得更多的資源和優(yōu)勢，從而更好地發(fā)展。規(guī)劃及建筑的模型建立是非常重要的，并對人們有著非常重要的意義。信息技術(shù)在某種程度上可以被看作是數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。借助龐大的數(shù)據(jù)庫和復雜的計算方法，可以對建筑模型規(guī)劃的各個方面進行全面的計算。作為一個建筑設(shè)計師，他也可以發(fā)揮自己的優(yōu)勢和彌補自己的弱點，發(fā)揮建筑的先天優(yōu)勢，避免了在氣候，地理，文化，經(jīng)濟等方面建設(shè)的不足。然而，通過傳統(tǒng)的設(shè)計工作，建筑設(shè)計結(jié)果呈現(xiàn)出一系列的定量數(shù)字，對于非專業(yè)人員來說，基于數(shù)字樣本的體系結(jié)構(gòu)的未來可視化是困難的。因此，當務(wù)之急是要讓人們可以通過肉眼直觀的觀察和感受抽象的建筑架構(gòu)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能有效地滿足人們的需求，直觀地呈現(xiàn)未來建筑的發(fā)展，并賦予人們特定的視覺感受。此外，人們還可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對建筑設(shè)計中的缺陷進行優(yōu)化和調(diào)整，以彌補這些不足，使建筑設(shè)計更加完善。

3.2建筑的合理規(guī)劃

建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃是一個高度專業(yè)化，系統(tǒng)化和強大的工程，城市的基本框架是大量不同類型的建筑物，構(gòu)筑物組成的。大量的建筑投資需要上萬的成本。因此，在建設(shè)前，要考慮建筑群體的合理性，分析單個建筑的科學性，研究地方建筑與城市整體的比例關(guān)系，協(xié)調(diào)二者的關(guān)系。城市或建筑物的設(shè)計，它的最終目標是要為人民服務(wù)。為此，人們作為主體需要通過直覺和現(xiàn)實需求來判斷施工方案，并從中選擇最佳的設(shè)計方案。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的最大方便是給人一種直觀的感覺。人們可以觀察到未來城市的外觀或建筑不同的角度的建設(shè)。經(jīng)過多次比較和修改，最終確定了城市建設(shè)的合理性。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于建筑領(lǐng)域之前，人們在選擇施工方案后往往會因個人失誤而造成巨大的經(jīng)濟損失，若借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，大大避免了這一缺點。它帶來了巨大的經(jīng)濟效益。例如，德國有虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬大型商業(yè)銀行。該銀行位于德國Frankfor 中心，而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，不僅表現(xiàn)出了銀行的具體形狀，還對應(yīng)設(shè)置了詳實的參數(shù)信息。通過對參數(shù)信息的調(diào)整，實現(xiàn)了銀行變更的形狀和功能，直到達到滿意的標準。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在銀行、德國政府和大眾設(shè)計中的應(yīng)用受到高度重視。在施工過程中，根據(jù)地圖，避免在施工過程中各種事件的未知的風險，極大地保證了工程的質(zhì)量和效率。

4、總結(jié)

在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，人們似乎處于一個完全真實的環(huán)境空間，使建筑設(shè)計能夠突破平面、立面、剖面的僵硬模式，進入一個更加直觀生動的層次。然而，由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展時間較短，在技術(shù)和應(yīng)用上還存在許多問題，這些不足主要體現(xiàn)在對硬件和軟件設(shè)備的高要求、建筑設(shè)計技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高價格和集成等方面。但是，我國的城市化進程正在不斷加快，城市覆蓋面將變得越來越大。城市建設(shè)離不開高效、環(huán)保、節(jié)能的建筑事業(yè)支撐，而要做到環(huán)保節(jié)能，必然需要應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以不斷優(yōu)化建筑的設(shè)計規(guī)劃。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在未來將成為建筑事業(yè)不可或缺的重要組成部分，并隨著技術(shù)的不斷成熟、進步，在建筑事業(yè)中發(fā)揮著越來越大的作用，切實促進社會經(jīng)濟的發(fā)展。

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項目資助：本項目為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201910232094、201910232035）結(jié)題成果。

通訊作者：王丹丹。