VR技術(shù)在城市建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

摘 要：在信息數(shù)字化時(shí)代背景下，以VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）為主的先進(jìn)高端技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域之中，尤其是在城市建筑領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍仍在持續(xù)擴(kuò)大。設(shè)計(jì)者通過VR技術(shù)可有效提升建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的效果，讓建筑設(shè)計(jì)可通過高度模擬仿真的數(shù)字化環(huán)境生成，給人們以視覺、聽覺和觸覺上的良好體驗(yàn)。VR技術(shù)在城市建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可更為直觀立體地展現(xiàn)出建筑的內(nèi)外部情況、建筑周圍的環(huán)境、整體效果，體現(xiàn)出城市規(guī)劃與使用者對(duì)建筑物的要求，特別是在建筑物施工所需材料、工程資金預(yù)估、工程施工環(huán)節(jié)等方面具備精確化計(jì)算作用，對(duì)于有效節(jié)省工程材料、資金、時(shí)間和勞動(dòng)力等方面具有關(guān)鍵性指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);城市建筑環(huán)境設(shè)計(jì);三維建筑模型

基金項(xiàng)目：本文系“VR技術(shù)促進(jìn)環(huán)境設(shè)計(jì)發(fā)展的實(shí)踐研究”（2020XJYB019） 、“廣東省大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)基地”（2019SJXWSJJYJDO1）、廣州商學(xué)院本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目 “新時(shí)代美麗鄉(xiāng)村建設(shè)背景下環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)相關(guān)課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”（2019XJJXGG06）階段性成果。

伴隨著我國建筑領(lǐng)域的快速發(fā)展，當(dāng)前全新的智能化設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生，建筑設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平和效率均得到明顯提升，而人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)的要求也越來越多元化、復(fù)雜化，尤其是VR技術(shù)在建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為建筑物的使用者提供了更多良好的服務(wù)和體驗(yàn)。VR技術(shù)將設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的建筑模型以一種三維立體的形式呈現(xiàn)出來，可以幫助設(shè)計(jì)者快速精準(zhǔn)地查找問題，以便及時(shí)進(jìn)行糾正和優(yōu)化，從而有效彌補(bǔ)原來二維平面工程圖設(shè)計(jì)的缺陷，提高建筑設(shè)計(jì)工作的實(shí)效性和功能性。

一、VR技術(shù)概述及其在城市建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中的作用

（一）VR技術(shù)概述

所謂VR技術(shù)指的就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過VR技術(shù)，相關(guān)人員可針對(duì)每個(gè)階段中城市環(huán)境的規(guī)劃進(jìn)行有效分析和設(shè)計(jì)。VR技術(shù)可詳細(xì)描繪人們現(xiàn)實(shí)生活中的景象和未來城市樣貌，利用VR技術(shù)可構(gòu)建出未來城市生活的美麗藍(lán)圖，這對(duì)于提升人們生活環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)城市發(fā)展可以起到積極的促進(jìn)作用[1]。

當(dāng)前，我國城市人口數(shù)量快速增長(zhǎng)，城市經(jīng)濟(jì)也要適應(yīng)發(fā)展節(jié)奏，這使得城市管理者對(duì)未來城市的發(fā)展需求更為迫切，作為城市管理的“大臣”，他們對(duì)城市未來的發(fā)展必然會(huì)有長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。而通過利用VR技術(shù)，相關(guān)人員可從各個(gè)角度對(duì)城市開展全面的環(huán)境設(shè)計(jì)，促使城市能夠在建筑、交通、人口和環(huán)境等各個(gè)方面形成更為科學(xué)合理的預(yù)備分配方案，繼而推動(dòng)城市未來健康持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，通過VR技術(shù)，大眾可站在任意角度了解城市未來規(guī)劃的整體效果，這有助于提升城市管理透明度，強(qiáng)化人們的社會(huì)主人翁意識(shí)，幫助他們樹立良好的社會(huì)責(zé)任心，讓更多人積極主動(dòng)參與城市設(shè)計(jì)、規(guī)劃及管理工作[2]。

（二）VR技術(shù)在城市建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中的作用

1.及時(shí)修正建筑設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤

設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)某個(gè)城市建筑物時(shí)需開展的工作往往煩瑣復(fù)雜，難免會(huì)在設(shè)計(jì)過程中出錯(cuò)，出現(xiàn)比如建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)說明存在矛盾或是表意不清、建筑尺寸標(biāo)注不準(zhǔn)等諸多問題。而借助VR技術(shù)的應(yīng)用，則可有效降低建筑設(shè)計(jì)者的工作難度，可將城市建筑設(shè)計(jì)以三維立體模型展示出來，方便建筑設(shè)計(jì)者及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的各種問題，繼而進(jìn)一步完善建筑設(shè)計(jì)的效果。VR技術(shù)能夠提供逼真的建筑環(huán)境場(chǎng)景、視頻觀看及安全考核等功能模塊，使建筑設(shè)計(jì)體驗(yàn)感更強(qiáng)，安全教育效果更明顯。設(shè)計(jì)者可自行操作體驗(yàn)，體驗(yàn)效果更直接?；赩R技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)可增強(qiáng)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)體驗(yàn)感，且虛擬場(chǎng)景建設(shè)不再受場(chǎng)地限制，可最大程度模擬真實(shí)場(chǎng)景下的環(huán)境設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性。VR技術(shù)以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)為基礎(chǔ)，涉及建筑工程、工業(yè)、房地產(chǎn)、教育、旅游等多個(gè)領(lǐng)域。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用VR技術(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑環(huán)境中的矛盾沖突問題，作出相應(yīng)指示。這樣，在具體的建筑實(shí)踐中就可以避免相關(guān)矛盾和沖突出現(xiàn)，促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)整體效果提升。此外，借助VR技術(shù)，建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的成本也會(huì)降低，因?yàn)椴恍枰ㄙM(fèi)更多的資源來處理矛盾問題，可以保證建筑環(huán)境工程建設(shè)更高效。

2.便于正確解讀建筑設(shè)計(jì)理念和信息

通常，建筑施工者在面對(duì)專業(yè)性較強(qiáng)的二維或三維繪制圖時(shí)，可能無法做出正確的施工操作，造成施工實(shí)際與設(shè)計(jì)形成一定偏差，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)施工無法正常開展，從而造成不必要的人工和經(jīng)濟(jì)損失。通過利用VR技術(shù)，建筑設(shè)計(jì)師可將要表達(dá)的設(shè)計(jì)理念與細(xì)節(jié)問題清晰地呈現(xiàn)給建筑施工方，比如墻體與門窗的尺寸和比例、需要采用何種材料材質(zhì)等，切實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)與施工的高效互通。此外，VR技術(shù)的沉浸式特點(diǎn)可幫助設(shè)計(jì)者構(gòu)建三維立體建筑模型，創(chuàng)設(shè)虛擬情境空間。相關(guān)的建筑參與人員均可進(jìn)入虛擬空間內(nèi)，以更為直觀清晰的視角了解設(shè)計(jì)者對(duì)建筑物主要結(jié)構(gòu)、內(nèi)外部空間布局、各種設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的構(gòu)思，繼而可以詳盡掌握其中的細(xì)節(jié)需求，規(guī)避施工中出現(xiàn)返工的現(xiàn)象，避免產(chǎn)生一些難以修復(fù)的損失。此種立體化展現(xiàn)使建筑施工者可以更高效、高質(zhì)地達(dá)成施工要求和目標(biāo)，集城市建筑適用、經(jīng)濟(jì)、堅(jiān)固和美觀于一體。

3.VR技術(shù)在建筑領(lǐng)域可多元應(yīng)用

建筑設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)往往會(huì)面臨很多矛盾性問題，當(dāng)他們借助繪圖和模型表現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖時(shí)，就可以發(fā)現(xiàn)并解決問題。VR技術(shù)所具備的沉浸式、交互性等特點(diǎn)可使建筑參與人員在參觀VR設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生身臨其境之感，他們可借助傳感設(shè)備與仿真虛擬環(huán)境中的對(duì)象實(shí)現(xiàn)交互，這會(huì)讓復(fù)雜化、抽象性的建筑設(shè)計(jì)在VR技術(shù)的支持下變得具象起來[3]。同時(shí)，應(yīng)用VR技術(shù)更大的優(yōu)勢(shì)是，VR技術(shù)能讓建筑設(shè)計(jì)者與其他建筑參與人員開展無線遠(yuǎn)程溝通，繼而有效減少時(shí)間成本，打破地域和空間的局限，讓建筑設(shè)計(jì)更為廣域化。此外，VR設(shè)計(jì)的構(gòu)想性對(duì)于設(shè)計(jì)者修整建筑設(shè)計(jì)具有非常關(guān)鍵的作用，建筑施工者可通過VR 技術(shù)對(duì)一些古建筑的缺失、損壞部分進(jìn)行有效修補(bǔ)和完善，這對(duì)于現(xiàn)代建筑而言影響意義更為深遠(yuǎn)。

二、VR技術(shù)在城市建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

（一）VR技術(shù)應(yīng)用的配套設(shè)施

VR技術(shù)當(dāng)中的全景技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)3D互動(dòng)技術(shù)等都需要相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)作為支撐，VR技術(shù)應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)上主要依賴于傳感手套、三維立體聲頻裝置、頭盔顯示器、三維立體顯示系統(tǒng)等硬件裝置，這些硬件裝置組合起來才能讓體驗(yàn)者感受到仿真虛擬的建筑環(huán)境[4]。VR 技術(shù)由功能型編程軟件、三維建模軟件、模型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等軟件組成，設(shè)計(jì)者將設(shè)計(jì)建筑的工程信息、設(shè)計(jì)參數(shù)錄入三維建模軟件中，軟件便能根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)成建筑模型和數(shù)據(jù)庫。設(shè)計(jì)者對(duì)模型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送操作指令，則可優(yōu)化調(diào)整建模信息，實(shí)時(shí)顯示建筑設(shè)計(jì)方案，以便跟進(jìn)并隨時(shí)調(diào)整模型參數(shù)。設(shè)計(jì)者利用功能型編程軟件支配其他應(yīng)用軟件，可促使VR技術(shù)中的模型、場(chǎng)景、燈光和聲音等實(shí)現(xiàn)隨時(shí)轉(zhuǎn)化。三維立體模型對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)和理念等可直觀呈現(xiàn)，模型的交付標(biāo)準(zhǔn)、各專業(yè)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建等對(duì)于VR技術(shù)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求極高。

（二）構(gòu)建三維虛擬仿真空間

應(yīng)用VR技術(shù)構(gòu)建立體虛擬仿真空間，首先需要采集建筑物的有關(guān)信息，如建筑平面圖、立面圖和剖面圖，將建筑物的各角度效果以圖像展現(xiàn)，形成建筑空間關(guān)系及參照物。通過資料的收集，借助建筑軟件設(shè)計(jì)三維模型，在建模時(shí)要以滿足設(shè)計(jì)要求為第一前提，在細(xì)節(jié)上無需過于嚴(yán)苛，盡量減少模型需求的點(diǎn)段數(shù)。同時(shí)，在視覺設(shè)計(jì)上也無需強(qiáng)求精度，避免過于追求一些重要性較低的程序而使工作效率降低。在這一過程中，可以借助BIM技術(shù)（建筑信息模型技術(shù)）構(gòu)建相應(yīng)的信息模型，將相應(yīng)建筑環(huán)境的具體框架構(gòu)建出來，呈現(xiàn)在用戶面前，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的可視性、協(xié)調(diào)性和優(yōu)化性。在建筑工程項(xiàng)目開展之初，借助相應(yīng)信息模型對(duì)工程數(shù)據(jù)源進(jìn)行建設(shè)，采集相應(yīng)建筑環(huán)境中的所有數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行統(tǒng)籌管理。在工程實(shí)踐中，相關(guān)參與者能夠共同使用一個(gè)工程數(shù)據(jù)源，保證數(shù)據(jù)信息完全統(tǒng)一。相關(guān)建筑信息模型涵蓋了項(xiàng)目全部的信息，且相關(guān)信息都能夠隨時(shí)獲取，這有助于實(shí)現(xiàn)信息的有效共享，促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度不斷加快，解決信息不對(duì)稱和信息孤島問題。BIM技術(shù)和VR技術(shù)的整合以及在建筑環(huán)境中應(yīng)用能夠促進(jìn)建筑工程工作效率顯著提升，在統(tǒng)一集成平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的協(xié)同辦公，相關(guān)參與者可以在同一個(gè)平臺(tái)中開展設(shè)計(jì)優(yōu)化等工作。且通過VR技術(shù)構(gòu)建三維建筑模型，相應(yīng)虛擬數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)世界中的建筑環(huán)境交互，可以防止在設(shè)計(jì)操作中出現(xiàn)重復(fù)問題，促進(jìn)設(shè)計(jì)方案有效落實(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

隨后，設(shè)計(jì)者再創(chuàng)建適合的燈光場(chǎng)景和建筑背景，將虛擬的三維建筑模型真實(shí)化呈現(xiàn)出來。光線在虛擬仿真環(huán)境中作用重大，因?yàn)槿狈饩€就難以體現(xiàn)出建筑物的通透感和視覺效果，故此設(shè)計(jì)者應(yīng)合理把握真實(shí)與虛擬光線的差別，摸清光線的變化對(duì)場(chǎng)景的影響，力求將虛擬光線表現(xiàn)得更真實(shí)一些。鑒于材質(zhì)的設(shè)計(jì)會(huì)影響到視覺效果層面的真實(shí)性，所以設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)材質(zhì)時(shí)應(yīng)權(quán)衡各種影響視覺的因素，比如針對(duì)視覺顏色、質(zhì)感、粗糙性、反射性等問題進(jìn)行模擬測(cè)試，促使虛擬場(chǎng)景具備更強(qiáng)的真實(shí)化視覺特效，使建筑模型在整體構(gòu)造、空間構(gòu)建等方面可展示出一種完整真實(shí)性[5]。

（三）進(jìn)行互動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和方案優(yōu)選

將VR技術(shù)應(yīng)用在城市建筑設(shè)計(jì)中，可以讓設(shè)計(jì)具有原來所不具備的互動(dòng)性，設(shè)計(jì)者可借助VR技術(shù)所擁有的交互性，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的優(yōu)勢(shì)，并綜合自然條件、經(jīng)濟(jì)條件和社會(huì)背景因素，依據(jù)不同需求設(shè)計(jì)多種建筑方案，通過合理調(diào)整各個(gè)方案的有關(guān)信息數(shù)據(jù)，針對(duì)某些特定或局部部位予以修改，并將前后修改方案展開對(duì)比，優(yōu)選出最佳匹配的方案。設(shè)計(jì)者可通過在模型中輸入具體的建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的重要參數(shù)搭建起相應(yīng)的三維立體建筑環(huán)境模型，通過模型中的算法應(yīng)用對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中出現(xiàn)的問題，對(duì)相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保存在沖突的地方能夠及時(shí)被解決，促進(jìn)模型優(yōu)化，奠定工程施工基礎(chǔ)。而且，在深化設(shè)計(jì)的過程中，VR技術(shù)可在很大程度上減少設(shè)計(jì)中的沖突問題，使設(shè)計(jì)更為科學(xué)化。

（四）呈現(xiàn)建筑物的整體信息

當(dāng)前用到的很多建筑設(shè)計(jì)手法并不能完整細(xì)致地顯示建筑信息，然而VR 技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，借助計(jì)算機(jī)可將虛擬的建筑物真實(shí)化呈現(xiàn)在大眾面前，還能給人一種身臨其境的真實(shí)性感受。在應(yīng)用VR技術(shù)后，一些不懂得建筑設(shè)計(jì)的人都可完全看懂建筑模型，這也可在很大程度上為建筑參與人員提供溝通的便捷高效性，為更多人參與城市建筑設(shè)計(jì)開辟路徑。

（五）論證建筑施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

一個(gè)城市建筑工程項(xiàng)目要完成開發(fā)建設(shè)需要有建筑設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、施工單位三方共同參與，而首先必須是以設(shè)計(jì)為開端。建筑設(shè)計(jì)者在開始設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好全面考慮，不但要考慮建設(shè)單位對(duì)建筑項(xiàng)目的要求和標(biāo)準(zhǔn)，還需全面衡量施工單位在施工技術(shù)層面的可實(shí)施性，所以針對(duì)建筑施工技術(shù)進(jìn)行可行性研究和論證十分必要[6]。運(yùn)用VR技術(shù)可進(jìn)行模擬仿真，準(zhǔn)確驗(yàn)證施工環(huán)節(jié)中是否會(huì)存有因施工技術(shù)所引發(fā)的質(zhì)量及安全等問題，以便及時(shí)對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保施工技術(shù)的科學(xué)性、合理性和實(shí)用性。

三、結(jié)語

VR技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，VR技術(shù)可利用現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)構(gòu)建虛擬環(huán)境，相關(guān)人員在輸入設(shè)備支持下可進(jìn)入虛擬環(huán)境中進(jìn)行交互操作，獲得在真實(shí)環(huán)境中才能獲得的感受。當(dāng)前，VR技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而將其應(yīng)用到城市建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中，其作用優(yōu)勢(shì)非常明顯，已然成為如今建筑領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)。通過VR技術(shù)的投入應(yīng)用，所有建筑參與人員都可體驗(yàn)建筑仿真場(chǎng)景，這對(duì)于提升建筑環(huán)境設(shè)計(jì)品質(zhì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)過程、控制設(shè)計(jì)成本、呈現(xiàn)設(shè)計(jì)效果等都有著重要的意義。盡管當(dāng)前VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還存在諸多不足有待改進(jìn)，但相信憑借不斷的實(shí)踐探索，通過進(jìn)一步提高VR技術(shù)的軟硬件功能，擴(kuò)大其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，定能推動(dòng)VR技術(shù)在城市建筑領(lǐng)域更好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李婷婷.VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用研究[J].商品與質(zhì)量，2017（33）：42.

[2]丁婧.解析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（20）：970.

[3]梁智杰，梁照.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2014（1）：391-396，398.

[4]蘇志遠(yuǎn).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（6）：30.

[5]孫薇.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市環(huán)境建設(shè)中的應(yīng)用分析[J].美與時(shí)代（城市版），2018（7）：49-50.

[6]毛振華.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析[J].美與時(shí)代（城市版），2020（9）：17-18.

作者簡(jiǎn)介：

賴偉成，廣州商學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院講師、教學(xué)副院長(zhǎng)。研究方向：環(huán)境設(shè)計(jì)（室內(nèi)設(shè)計(jì)方向）。