虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的實踐

摘 要：近年來，虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在建筑設(shè)計、展示和溝通中得到了廣泛應(yīng)用。對虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行概述，介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷程，探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的應(yīng)用實踐，包括建筑設(shè)計、古建筑修復(fù)等，并提出強(qiáng)化虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中應(yīng)用的措施，以期推動建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，幫助設(shè)計師、客戶和利益相關(guān)者更好地理解建筑設(shè)計意圖。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；建筑；動畫；設(shè)計實踐

基金項目：本文系2023年度江蘇省高校哲學(xué)社會科學(xué)研究項目“基于‘?dāng)?shù)字孿生’的智慧交通體系構(gòu)建研究”（2023SJYB1329）研究成果。

建筑動畫作為設(shè)計交流的重要工具，通常用于展示建筑項目的外觀和空間布局。然而，傳統(tǒng)的動畫難以提供與設(shè)計交互的機(jī)會。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，建筑動畫的呈現(xiàn)方式發(fā)生了深刻變化，使用戶能夠身臨其境般地“體驗”建筑設(shè)計方案。因此，探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的實踐價值，分析其如何提升建筑設(shè)計的可視化效果與用戶體驗，這也是當(dāng)前的熱門課題。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

（一）發(fā)展歷程

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)中期。雖然當(dāng)時的技術(shù)條件尚不成熟，但科學(xué)家和工程師們已經(jīng)開始探索如何通過計算機(jī)技術(shù)模擬真實世界的體驗。20世紀(jì)60年代，麻省理工學(xué)院的伊凡·蘇澤蘭（Ivan Sutherland）開發(fā)了一款終極顯示器“達(dá)摩克利斯之劍”，這個設(shè)備以極其簡單的顯示效果展現(xiàn)了計算機(jī)生成的圖像，盡管技術(shù)粗糙，但奠定了現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代初，隨著索尼等公司推出虛擬現(xiàn)實設(shè)備，虛擬現(xiàn)實技術(shù)終于進(jìn)入了大眾視野。進(jìn)入21世紀(jì)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始迎來新的曙光。2007年，谷歌正式推出街景功能，通過360度全景圖像為用戶提供了虛擬游覽體驗。2012年，Oculus Rift通過眾籌成功創(chuàng)立，不久后被Facebook收購，這表明了科技巨頭對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重視。隨后，許多公司紛紛進(jìn)軍VR市場，出現(xiàn)了HTC的Vive、索尼的PlayStation VR等產(chǎn)品。其中，索尼發(fā)布的PlayStation VR及各種街機(jī)游戲吸引了大量玩家。2016年，多個VR設(shè)備的發(fā)布使消費者開始體驗到逼真的虛擬世界。在建筑、教育等多個領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來，隨著硬件技術(shù)的進(jìn)步和軟件內(nèi)容的豐富，VR體驗變得愈發(fā)真實，其對觸覺、嗅覺等多感官的融合也在不斷探索之中。此外，5G網(wǎng)絡(luò)的推廣和云計算技術(shù)的發(fā)展為VR的普及提供了更加穩(wěn)定和堅實的技術(shù)保障。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實是一種通過計算機(jī)模擬產(chǎn)生的沉浸式環(huán)境，利用先進(jìn)的計算機(jī)圖形、傳感器技術(shù)、顯示設(shè)備以及人機(jī)交互技術(shù)，創(chuàng)造出一個全新的三維空間。在這個空間中，用戶可以通過視覺、聽覺、觸覺等多種感官與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，實現(xiàn)對真實世界的超越。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心是其能夠模擬真實世界或創(chuàng)造全新的虛擬環(huán)境，這種技術(shù)常常結(jié)合3D建模、渲染、物理模擬等手段，使虛擬世界的表現(xiàn)更加真實。用戶通過VR設(shè)備（如頭戴式顯示器、數(shù)據(jù)手套、動捕系統(tǒng)等）參與其中，可以自主探索、互動和體驗。這種沉浸感是虛擬現(xiàn)實所獨有的，它不僅能夠讓用戶感受到空間的存在，還能讓其在情感上與虛擬內(nèi)容相連接。虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在娛樂行業(yè)，虛擬現(xiàn)實被廣泛應(yīng)用于游戲開發(fā)中，玩家通過VR設(shè)備進(jìn)入游戲世界，進(jìn)行身臨其境的冒險和挑戰(zhàn)。在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以為學(xué)生提供直觀、互動的學(xué)習(xí)體驗，尤其適用于科學(xué)、歷史等課程，通過虛擬實驗室或歷史現(xiàn)場的重現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。此外，虛擬現(xiàn)實在醫(yī)療、建筑、航空航天等專業(yè)領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大的潛力，例如模擬手術(shù)環(huán)境、建筑設(shè)計評估、飛行訓(xùn)練等[1]。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

1.沉浸感

用戶通過佩戴頭戴式顯示器等設(shè)備，可以進(jìn)入一個仿真世界，獲得身臨其境的體驗。例如，用戶可以在虛擬的自然景觀中漫步，或是在虛擬的建筑內(nèi)探索。這些體驗通常伴隨著360度的視角和立體聲效，可讓用戶忘卻現(xiàn)實世界的束縛。沉浸感的強(qiáng)弱往往取決于技術(shù)的先進(jìn)性及內(nèi)容設(shè)計的精細(xì)度。

2.交互性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅僅支持觀看或聆聽，還能與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動。用戶可以通過手柄、手勢識別或語音指令操縱虛擬對象，這種高度的交互性使用戶能夠主動融入虛擬環(huán)境，而不僅僅是被動參與。例如，用戶可以通過手柄或手勢控制，改變室內(nèi)家具的擺放，調(diào)節(jié)光線效果，或是選擇不同的材料和顏色，以此來探索不同的設(shè)計可能性。這種交互性不僅增強(qiáng)了用戶的參與感，還為設(shè)計師提供了寶貴的反饋機(jī)會，使其能夠更好地理解客戶的需求和偏好。此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以集成模擬功能，展示建筑在不同天氣、時間段的表現(xiàn)，使設(shè)計的可行性和實用性得到充分驗證。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的應(yīng)用優(yōu)勢

通過VR設(shè)備，客戶和設(shè)計師可以在三維空間中自由探索建筑的各個部分，觀察細(xì)節(jié)和整體布局。這種沉浸感使用戶能夠更好地理解設(shè)計意圖，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而在早期階段做出必要的調(diào)整。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用還可以讓客戶在未建成的建筑中模擬各種場景和功能，使其能夠在決策時更加直觀和清晰。傳統(tǒng)的建筑展示方式往往依賴于平面圖紙和模型，難以傳達(dá)真實的空間感和功能布局，而使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，用戶可以進(jìn)行實時反饋，設(shè)計師也能根據(jù)用戶的反應(yīng)和建議進(jìn)行即時修改。這種互動不僅增強(qiáng)了用戶的參與感，也促使設(shè)計師與客戶之間的合作更加緊密。

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建筑項目的投資方、施工方和設(shè)計方可以在同一虛擬環(huán)境中進(jìn)行討論，促進(jìn)各方對項目的理解，有利于達(dá)成共識。這種方式有效降低了設(shè)計與實施階段的溝通成本，減少了實際施工中可能出現(xiàn)的誤解和錯誤，有助于提高項目的整體效率。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用還能提高市場推廣的效果，以引人入勝的視覺體驗吸引潛在客戶，為建筑項目帶來更高的商業(yè)價值。

可見，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅是建筑動畫制作中的一個創(chuàng)新工具，其還是推動建筑行業(yè)協(xié)作與效率提升的重要驅(qū)動力[2]。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的具體應(yīng)用

1.設(shè)計階段

首先，在建筑動畫的設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠大幅度提高設(shè)計質(zhì)量和效率。虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了一種身臨其境的體驗，使建筑規(guī)劃者可以“進(jìn)入”設(shè)計方案。設(shè)計師能夠通過VR頭盔在三維環(huán)境中漫游，體驗建筑的實際布局和空間感。在這種環(huán)境中，設(shè)計師和客戶可以實時查看和體驗建筑設(shè)計的各個方面，例如房間的大小、光線的引入、空間的流動性等。這種沉浸式體驗顯然比傳統(tǒng)的二維平面圖或三維模型更加生動，能夠有效地幫助客戶理解設(shè)計意圖，獲得更真實的感知。建筑項目通常涉及多方主體，如設(shè)計師、客戶、承包商、城市規(guī)劃師等。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，各方均可以在同一平臺共同探討設(shè)計方案，進(jìn)行多輪討論。這種方式不僅能提升團(tuán)隊協(xié)作水平，還能促進(jìn)信息的透明共享，使項目進(jìn)展更加順利。

其次，2D平面圖和3D模型雖然能夠在一定程度上傳達(dá)設(shè)計意圖，但往往難以讓非專業(yè)的客戶全面了解設(shè)計效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用扭轉(zhuǎn)了這一局面，基于其創(chuàng)建的沉浸式的三維環(huán)境，客戶可“步入”設(shè)計之中，實時體驗建筑的空間感、材質(zhì)和光線變化。這種互動式的可視化方式，使客戶在設(shè)計初期就能更好地反饋意見，避免后期修改。在設(shè)計過程中，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計師可以快速生成不同的設(shè)計方案，觀察其在實際使用中的效果[3]。例如某城市的高端住宅小區(qū)項目，設(shè)計團(tuán)隊在完成初步設(shè)計后，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將設(shè)計模型轉(zhuǎn)化為可交互的虛擬環(huán)境?？蛻粼谔摂M環(huán)境中可以步行在各類戶型中，了解空間的朝向、采光及通風(fēng)情況，甚至能夠根據(jù)自己的需求調(diào)整室內(nèi)布局。通過這一過程，設(shè)計團(tuán)隊獲得了客戶的反饋，及時修改了部分設(shè)計，提高了最終方案的滿意度。

最后，建筑設(shè)計往往涉及多個學(xué)科的協(xié)作，包括結(jié)構(gòu)工程、機(jī)電系統(tǒng)、景觀設(shè)計等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入，使不同專業(yè)的團(tuán)隊成員能夠在同一虛擬環(huán)境中實現(xiàn)實時協(xié)作，方便地探討設(shè)計細(xì)節(jié)與優(yōu)化方案。在建筑完工前，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以為項目提供全新的市場營銷方式。通過制作虛擬現(xiàn)實展示，潛在客戶和投資者可以在項目正式啟動前親身體驗未來的建筑效果。這種沉浸式體驗?zāi)軌驑O大地提升客戶的興趣和購買意向，有助于項目的順利推進(jìn)。

2.施工階段

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，施工團(tuán)隊可以在施工前進(jìn)行全方位的可視化體驗，其能夠“走進(jìn)”虛擬的建筑模型，觀察各個空間的布局和細(xì)節(jié)，提前識別施工過程中的潛在風(fēng)險，模擬不同的施工情境，對可能出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行分析。例如，在VR環(huán)境中，施工團(tuán)隊可以模擬惡劣天氣、設(shè)備故障等突發(fā)情況，從而提前制定應(yīng)對方案。這種風(fēng)險評估過程可顯著提高施工的安全性，減少事故發(fā)生。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以用于在施工過程中快速解決問題。當(dāng)實際施工中遇到困難時，團(tuán)隊可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)回顧施工動畫，迅速定位問題，尋找解決方案，無需反復(fù)到現(xiàn)場進(jìn)行確認(rèn)。

例如，某建筑施工團(tuán)隊使用建筑動畫展示每個施工步驟的操作流程，包括基礎(chǔ)施工、主體結(jié)構(gòu)搭建等。通過3D建模和動畫，施工人員清晰地理解每個環(huán)節(jié)的要求和注意事項。這種可視化不僅提高了施工人員的預(yù)見能力，還能減少誤解設(shè)計意圖造成的施工錯誤[4]。

3.應(yīng)用階段

在古建筑修復(fù)、城市規(guī)劃以及房地產(chǎn)銷售等多個領(lǐng)域，都可以應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作建筑動畫。以古建筑修復(fù)為例，古建筑是文化遺產(chǎn)的重要組成部分，承載著歷史、藝術(shù)和社會文化的記憶。隨著時間的推移，許多古建筑由于自然環(huán)境、城市發(fā)展以及人為破壞等，面臨著破壞和消失的危機(jī)，需要采用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行有效的修復(fù)和保護(hù)。在這一過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的應(yīng)用，能夠提供全面且可交互的修復(fù)方案。

以故宮博物院為例，其近年來進(jìn)行了大量古建筑的修復(fù)工作。在這一過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛應(yīng)用于古建筑修復(fù)的各個階段。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計師可以在虛擬環(huán)境中重建故宮的歷史狀態(tài)，分析建筑的結(jié)構(gòu)特征及損毀情況。在修復(fù)古建筑之前，需要對建筑的現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研與記錄。利用激光掃描和圖像采集技術(shù)，可以獲得建筑的詳細(xì)數(shù)據(jù)；將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入VR系統(tǒng)，專家能夠在虛擬空間中對建筑進(jìn)行觀察和分析，識別需要修復(fù)的部分。通過對故宮各個宮殿的三維建模，修復(fù)團(tuán)隊能夠清晰地看到每一個角落的狀態(tài)，以便進(jìn)行精準(zhǔn)修復(fù)。在了解古建筑的現(xiàn)狀后，團(tuán)隊進(jìn)入設(shè)計階段。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，修復(fù)團(tuán)隊可以創(chuàng)建多種修復(fù)方案，并在虛擬環(huán)境中對其進(jìn)行實時調(diào)整。例如，在修復(fù)故宮的一處屋頂時，修復(fù)團(tuán)隊模擬不同材料的使用效果和色彩搭配，觀察何種方案更符合古建筑的歷史審美。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的應(yīng)用措施

第一，數(shù)據(jù)采集。為提高建筑動畫的精準(zhǔn)性與全面性，要采用實地勘察及資料調(diào)研等多元化的技術(shù)手段，采集一系列真實、客觀的數(shù)據(jù)信息，如建筑周圍的綠化、地形、地貌，以及建筑本身的細(xì)部構(gòu)造狀態(tài)等。獲取到的大量準(zhǔn)確可靠的建筑數(shù)據(jù)，能夠為建筑動畫的高質(zhì)量、高水平制作提供可靠的支撐，確保建筑動畫能夠真實全面地反映建筑的實際情況。

第二，模型制作。在構(gòu)建三維動畫模型的過程中，技術(shù)人員要將采集的建筑構(gòu)件屬性信息科學(xué)添加到模型內(nèi)，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的作用下，綜合制作三維動畫。

第三，模型應(yīng)用。在具體應(yīng)用建筑動畫的過程中，要結(jié)合建筑施工、建筑修復(fù)以及建筑展示等多個領(lǐng)域的現(xiàn)實需求，有針對性地進(jìn)行改進(jìn)，在提高建筑動畫實用價值的同時，提高在各項活動中的實施質(zhì)量和效率[5]。

建筑動畫的制作涉及一系列復(fù)雜且煩瑣的內(nèi)容，在實際操作虛擬現(xiàn)實技術(shù)的過程中，要加強(qiáng)對3D MAX、SketchUp、Lumion等主流軟件的有效應(yīng)用，提高建筑動畫的整體制作水平，為建筑行業(yè)的長效健康發(fā)展注入源源不斷的動力。

四、結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為建筑行業(yè)提供了全新的發(fā)展視角和工具，使設(shè)計師能夠以更加沉浸和互動的方式呈現(xiàn)建筑作品。通過結(jié)合三維建模和真實世界的數(shù)據(jù)，建筑動畫能夠幫助客戶和利益相關(guān)者在項目早期階段更好地理解和體驗最終效果。隨著硬件設(shè)備的不斷升級和軟件算法的完善，未來的建筑動畫將更加真實，具有動態(tài)感。設(shè)計師和開發(fā)者應(yīng)積極探索更多創(chuàng)新的應(yīng)用場景，以推動整個行業(yè)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭冰倩.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在鄉(xiāng)村景觀設(shè)計中的應(yīng)用[J].鞋類工藝與設(shè)計，2024（13）：183-185.

[2]馮珍.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑測繪中的應(yīng)用[J].百科知識，2024（18）：21-22.

[3]崔玉美，陳斌，張志剛.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)施設(shè)備管理實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2023（3）：110-111，115.

[4]王磊.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2022（13）：247-249.

[5]王芳.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑動畫技術(shù)類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].電子元器件與信息技術(shù)，2021（11）：240-241.

作者簡介：

程立，碩士，常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向：藝術(shù)設(shè)計、建筑動畫、影視動畫。