試論虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

【摘 要】虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項高新技術(shù)，是可構(gòu)建三維虛擬世界的計算機系統(tǒng)，也是一項實用性強的技術(shù)，其在建筑設(shè)計中有廣泛的使用前景。本文重點探討了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，以及如何提升對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的使用水平。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù)；建筑設(shè)計；應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)又可稱為靈境技術(shù)，是一項高新技術(shù)，是可構(gòu)建三維虛擬世界的計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)建虛擬環(huán)境，能讓用戶產(chǎn)生身臨其境之感，用戶通過計算機到該環(huán)境內(nèi)并且實現(xiàn)交互，逐漸沉浸在里面。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三個基本特點為：沉浸感、交互性以及構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項實用技術(shù)，其在建筑設(shè)計中應(yīng)用廣泛。虛擬現(xiàn)實可以是三維電腦模型實現(xiàn)自然進化后的結(jié)果，該技術(shù)的交互性與混合性使其成長為虛擬空間的表現(xiàn)媒介。

1．?dāng)M現(xiàn)實技術(shù)運用到建筑設(shè)計領(lǐng)域的價值

虛擬現(xiàn)實理念從提出到現(xiàn)在大面積使用已經(jīng)取得了一定進展，為人與機器之間的交互打開了廣闊的應(yīng)用天地，與此同時，其也產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。當(dāng)前世界上很多國家在進行專門的研究，積極開發(fā)使用這一技術(shù)，已經(jīng)運用在多個領(lǐng)域之內(nèi)，它在建筑設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)的使用，也能展示其獨有的優(yōu)勢：

（1）既能展示真實世界，也可展示虛擬世界。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在展示真實世界的時候，能突破時空的限制；在展示虛擬世界的時候，還能在虛擬的建筑物中表現(xiàn)出三維空間效果，達到身臨其境之感，形成人機三維交互空間，能讓參與者切實感受到模型是存在的，并且對參與者來講，其運動與操作可以實現(xiàn)準(zhǔn)確響應(yīng)。

（2）能表現(xiàn)視覺、聽覺以及觸覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)完全可以利用計算機的計算和圖形處理能力，重現(xiàn)原來物質(zhì)，并作為表現(xiàn)視覺、聽覺以及觸覺的技術(shù)手段、參照調(diào)查數(shù)據(jù)，虛擬并展示不存在或損壞的建筑群。

（3）可為建筑師提供驗證設(shè)計的可行性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)完全可以創(chuàng)造并展現(xiàn)出虛擬世界計算機系統(tǒng)，其將VR技術(shù)放置在建筑設(shè)計的整個進程中，使其能在整個設(shè)計的進程中變得可視化，讓建筑師仿佛置身于將要建設(shè)的場地之內(nèi)，并感受到建筑物的內(nèi)部功能布局以及外部環(huán)境設(shè)計方面的優(yōu)點與缺點，切實為建筑師提供驗證設(shè)計的可行性與準(zhǔn)確性。

（4）將規(guī)劃設(shè)計方案置于現(xiàn)實環(huán)境內(nèi)進行考察。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)后，能夠?qū)⒍喾N城市規(guī)劃方案定位到現(xiàn)實環(huán)境內(nèi)，研究加入相關(guān)的規(guī)劃方案之后其對現(xiàn)實環(huán)境造成的諸多影響，評價方案是否科學(xué)合理。政府相關(guān)職能部門、項目開發(fā)人員以及社會大眾能從多個角度，全方位觀察建筑師設(shè)計規(guī)劃的實際效果，能掌握設(shè)計的意圖以及設(shè)計形態(tài)。所以，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)為進一步實踐創(chuàng)造出一定條件，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能提升建筑規(guī)劃的設(shè)計科學(xué)性，降低規(guī)劃設(shè)計的開發(fā)成本，與此同時，還能大大縮短計劃以及設(shè)計的時間。

（5）復(fù)雜機構(gòu)施工方案以及施工結(jié)構(gòu)計算中可使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境內(nèi)，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)構(gòu)件、場景、機械設(shè)備等三維模型，形成具有特定功能的系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)的模型具備動態(tài)性能，對系統(tǒng)內(nèi)的模型展開虛擬匹配，按照虛擬裝配結(jié)果，在實現(xiàn)電腦與人的可視化環(huán)境內(nèi)對設(shè)計方案進行適當(dāng)修改，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對不同方案加以分析，確保施工方案達到最優(yōu)。

2．?dāng)M現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用

建筑設(shè)計既需要考慮空間形象思維，還需要充分關(guān)注用戶感受，是一個需要一系列創(chuàng)新的過程，其包含規(guī)劃、設(shè)計、施工以及維護等多個環(huán)節(jié)。建筑工程的資金大量耗費以及不可逆的運作程序，不允許存在差錯。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是能創(chuàng)造與展現(xiàn)虛擬世界計算機系統(tǒng)，虛擬世界則是整個虛擬環(huán)境或者對確定仿真對象的整體，可以使用計算機進行輔助設(shè)計與虛擬現(xiàn)實，能大大減輕建筑設(shè)計人員整體勞動強度，并能做到縮短建筑設(shè)計時間，提升建筑設(shè)計質(zhì)量，節(jié)約投資。

一般來講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的實際應(yīng)用主要包括以下三個方面：一是，全方位展示建筑物基本信息。在建筑設(shè)計中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能在人們面前展示虛擬建筑物，確保人能產(chǎn)生身臨其境的感覺，確保設(shè)計不僅是設(shè)計者個人的事，并且能使相應(yīng)的管理部門、客戶等也能對決策起到一定的輔助作用。二是，可實現(xiàn)遠距離瀏覽。經(jīng)由虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計的建筑模型，能讓設(shè)計者和工程單位間實現(xiàn)科學(xué)溝通與交流，并采用因特網(wǎng)實現(xiàn)遠距離瀏覽該建筑物。三是，可以進行多個方案之間的比較。在進行建筑設(shè)計競標(biāo)的整個過程中，往往會對建筑物設(shè)計不同的備選方案，對建筑物形象設(shè)計多個構(gòu)想。從現(xiàn)實出發(fā)，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)不只是能對多種方案開展比較，還能對某一特定方案進行局部性修改，并將確定前的方案和修改之前的方案開展綜合性分析比較。由于在虛擬建筑的整個三維空間內(nèi)，不僅能實現(xiàn)對不同方案之間的切換，還能用同一觀察點或者是同一觀察序列去感受各種不同外觀，對不同方案的優(yōu)缺點，做出進一步?jīng)Q策。

3．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的實現(xiàn)方法

（1）模型式虛擬現(xiàn)實

模型式虛擬現(xiàn)實指的是將虛擬現(xiàn)實造型語言當(dāng)成是主描述性語言，確保建筑設(shè)計能使用計算機進行三維建模，充分利用三維施工圖、效果圖以及資料庫，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實時模擬操作。此外，模型式虛擬現(xiàn)實還能首先采用3DsMax對建筑進行建模，主要是因為3DsMax能提供幀動畫的基本功能。比如旋轉(zhuǎn)、平移、縮放操作，再加上3DsMax能開展的變形命令，能讓幾何體表現(xiàn)出任意幾何形狀，可以出現(xiàn)在任意的位置。3DsMax能在連續(xù)性參數(shù)設(shè)定按鈕中建立動畫。比如，不同的時間內(nèi)完全可以對幾何體實現(xiàn)椎化、融化、扭曲等多個命令來制定不同參數(shù)，幾何體能在時間變化中出現(xiàn)不同形狀。在某些材質(zhì)的編輯器內(nèi)還能設(shè)定動畫以及不同時間上物體的顏色差別。此外，3DsMax的粒子以及粒子流系統(tǒng)、導(dǎo)向器等，能模擬出大樓爆破后從底部成為碎片并逐漸坍塌的一個過程，有些散亂的粒子還可以漸漸堆積形成任意形狀幾何體。

（2）圖像式虛擬現(xiàn)實

圖像式虛擬現(xiàn)實主要功能是實現(xiàn)對實體建筑物進行360度的全景拍攝，之后再使用軟件將拍攝到的圖像拼接，獲得虛擬現(xiàn)實環(huán)境。

4．虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用舉例

當(dāng)前，超寫實電腦透視效果在某種程度上已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的水彩等創(chuàng)作的圖畫，諸多設(shè)計單位傾向于采用數(shù)字化工具制作效果圖來呈現(xiàn)給客戶。不管是設(shè)計觀念分析還是在空間表達上，虛擬效果技術(shù)打破原先的專業(yè)化與非專業(yè)化間存在的溝通障礙，并為學(xué)科兼容實現(xiàn)交叉合作。數(shù)字化虛擬技術(shù)逐漸激發(fā)人的想象力，使較為復(fù)雜建筑形式和構(gòu)造成為現(xiàn)實，其結(jié)構(gòu)形式和組織構(gòu)建都依靠計算機做出準(zhǔn)確的判斷。建筑師在進行設(shè)計實踐的時候，虛擬技術(shù)能將設(shè)計理念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實，經(jīng)由建筑模型體現(xiàn)設(shè)計結(jié)果。比如，庫哈斯央視辦公大樓、水立方、安德魯國家大劇院等建筑設(shè)計創(chuàng)作，都與數(shù)字化技術(shù)有很大關(guān)系，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用非常廣泛，其發(fā)展前景極其廣闊。

5．結(jié)語

總之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中有廣泛的適用范圍，建筑師應(yīng)在掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)上，掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用及虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的實現(xiàn)方法，推動建筑設(shè)計再上一個新臺階。

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