虛擬仿真現實技術在未來建筑設計中的運用分析

眾所周知，我國建筑市場發展迅速，建筑工程項目更是與年劇增，其工程規模不斷擴大，施工復雜性也相繼有所提高。在這種規模大且復雜性較高的情勢下，建筑設計工作也有了較大改變和發展，若是僅依靠傳統的紙質工作方案是不可行的，只有將建筑工程項目與建筑設計進行有機融合，并匹配相應的技術設備，方可有效體現建筑設計的最終價值。而要想提高建筑設計水平，就要善用科學技術手段，其中虛擬現實技術是近些年來跟隨計算機技術發展而研發出的一種新型技術，已逐步滲透到當代建筑設計工作中，可確信的是在未來建筑設計中，虛擬現實技術將會成為必不可少的一個技術手段。

一、虛擬現實技術基本概述

所謂的虛擬現實其實就是依托于計算機技術基礎的綜合性技術手段，這種虛擬現實技術主要是借助計算機這個輔助平臺來建立三維立體環境，從而為人們展示出一種直觀性的動態景象，讓人們能夠更好的進行認知，并將感官視覺、聽覺、觸覺等加以有效結合，使人們能夠與創設出的虛擬環境進行互動。在互動過程中人們能夠感受到環境中的缺陷與不足之處，進一步促使設計者加以完善優化，以設計出更為理想化的、符合人們感官感受的產品。

虛擬現實技術最早出現于美國，被應用于美國軍用事業中駕駛員的培訓上，創設出逼真的模擬環境以促使駕駛員進行訓練，準確掌握好各項操作，不僅顯示出了良好的模擬飛行效果，更有利于駕駛員提升飛行技術。在這種虛擬現實技術不斷快速發展的背景下，其使用范圍也隨之擴寬，在多個行業中都發揮了積極作用。而從該發展狀況來看，虛擬現實技術在各個行業領域中的適應性也逐漸凸現出來，這種適應性充分展示了虛擬現實技術的實用價值，且在建筑設計過程中運用虛擬現實技術，同樣也具有十分重要的意義。

二、虛擬現實技術在建筑行業中的應用價值和實現方式

（一）應用價值

1、直觀性作用

虛擬現實技術能夠將建筑設計效果以理想性、最優性的角度全方面的加以展示，這種技術能夠讓設計師以眾覽全局的視覺將設計方案呈現在客戶眼前，不僅有效詮釋了設計理念，更便于用戶了解整體設計效果。同時，雙方還能夠進行意見溝通交流，以便發現問題及時修改設計方案。虛擬現實技術能夠以逼真式的狀態將工程項目中的場景一一還原，例如將人文景觀設計、建筑物外觀設計、道路橋梁施工方案等融合至三維建筑設計系統中，用戶便能通過各種感官來感受整體建筑設計方案，這在一定程度上提升了建筑設計的實際操作性，尤其在互聯網時代，這種設計效果只需通過遠程溝通便能直接傳送至用戶眼前。

2、節省項目投資

虛擬現實技術通過展示建筑設計全階段，促使設計方案得以有效的被設計師和用戶加以反復驗證、瀏覽，使最終設計出的方案皆獲得雙方滿意。后續再根據該設計方案實施施工，不僅避免了工程項目進行大規模返修的現象發生，在一定程度上也大大降低了工程項目的成本支出和資金投資。

3、遠距離瀏覽

虛擬現實技術中的遠距離瀏覽也是應用于建筑設計中的一種使用價值。這種遠距離優勢主要表現為不需要進行現場實際考察，相關感受人員只需處于恰當位置，并借助計算技術或是相關的設備設施便能夠真實感受項目現場的某些環境特征或是具體細節要點，從而有效提升建筑施工的操作便利性。尤其在網絡時代，技術共享手段對于提高虛擬現實技術中的遠距離瀏覽效果大有裨益，同樣的也提高了建筑設計監察水平。

4、驗證能力強

在科技不斷發展的時代，我國的建筑施工水平也不斷提高，尤其是高層施工水平更是取得了不錯的成績。然而，在新型施工技術不斷涌現的形式下，對這些新技術是否具有可靠性和風險性等都帶有不確定性，而通過虛擬現實技術能夠進行先期建筑演示，檢驗新技術是否能有效運用于工程項目中，避免施工后而導致建筑工程安全事故發生的現象，并使施工技術應用的成功率得到提升。

5、便捷性

便捷性應用價值的效果是較為突出的，虛擬現實技術所體現的便捷性優勢主要在于運用到建筑設計當中，能夠快速使相關人員體驗到建筑設計的內容，從而更為直觀、及時的發現設計中存在的不足之處。特別是在優化設計方面，虛擬現實技術的價值表現極強，這種特點也是促使虛擬現實技術有效的運用于建筑設計中的關鍵所在。

（二）實現方式

1、硬件系統

簡易的虛擬現實技術系統并沒有涉及到硬件設備配置的內容，系統也只需要從輸入、輸出兩種相應的設備入手即可，例如，計算機顯示器桌面互動系統便能夠作為一個建議的虛擬現實技術系統。但是，若想有效突破虛擬現實技術中的創造性、互動性及其真實性，那么匹配專業化較高的信息輸入及輸出設備是極為重要的。信息輸入設備主要包含基礎的計算機鼠標、鍵盤、手寫輸入板等設備，而信息輸出設備則包含3D眼鏡、電腦顯示器及多種通道形式的投影設備等。同時，通過傳感設備能夠進一步將用戶實際舉動以映射方式輸送至虛擬環境，此時用戶便以化身形式來實現與虛擬環境的實時溝通互動。此外，具有測量功能的方位追蹤器能夠直接獲取用戶行為范圍并將其樣品數據直接反應給虛擬環境，而虛擬環節在接收到反應的信息數據后，又將用戶行為動作、傳感器力反饋技術等通過虛擬環境所測量的信息映射給用戶，實現信息的共享交互。在此情形下，用戶雖在虛擬環境外，但卻能夠真實感受和體驗逼真的建筑工程，還能夠與機器進行良性互動。這種能有效映射和感應用戶個人與環境的虛擬現實技術對于未來建筑設計具有十分重要的意義。

3、軟件系統

虛擬現實技術的軟件主要將計算機程序作為立足點，而將建筑設計和用戶得以看見的所實踐的一種虛擬狀態。處于虛擬狀態當中，用戶猶如身臨其境，這也意味著必須有一個能便于設計師創建與現實環境相應的虛擬三維模型設計軟件，亦或是達到設計師和用戶所欲想的虛擬三維模型設計軟件。這種模型能夠將建筑環境中所涉及的地形、建筑物外觀、設備配套及建筑布局構景等真實再現，更重要的是還會切實反映出未來建筑實景中建材質量、裝飾和色彩搭配等。虛擬現實技術中三維模型設計軟件的實現還必須從以下幾點出發：首先，要根據建筑實景的建設比例需求，進一步虛擬標準尺寸以構建幾何結構；其次，在構建幾何結構完成后，開始幾何結構的施工模擬，主要從建筑物著色、光照陰影處理等幾方面入手；最后，還必須塑造動態模型，在虛擬模型的基礎上進行逼真演練。

三、虛擬現實技術在未來建筑設計中的運用

（一）建筑空間體驗

虛擬現實技術于現代建筑設計中的運用主要表現為：能夠將一個直觀的三維立體建筑設計圖生動形象的展示于人們眼前，從而讓人達到一種身臨其境的感覺，有效提升人們對于建筑空間的體驗性效果。在建筑設計中實現虛擬現實技術的應用后，將會使初始的紙質二維建筑設計圖進一步轉化為三維立體設計圖，不僅有效展示了建筑設計圖，還有利于建筑設計人員設計水平的提升。而對于未來建筑設計的應用便是體現在分析建筑空間的體驗，當今時代，建筑師在感受分析建筑空間時主要采用繪制透視的草圖或是進行攝影拍照兩個方式，但這兩個方式皆具有局限性，即不能使建筑設計師真實的反應建筑設計效果。而虛擬現實技術的運用，建筑設計師能夠有效利用感官全方面、全方位的感受到建筑設計的真實效果，促使建筑設計師有效的分析建筑設計。

（二）公眾參與自行設計

在未來建筑設計中，虛擬現實技術的應用還包含能夠自行設計、公眾參與。建筑設計在繪制初期到完結的階段，皆是以客戶的滿意度為基準。然而，在實際建筑設計過程中客戶的參與度極低，更多的是提出相關要求便等待結果，可想而知這種設計方案缺乏合理性和科學性。一份科學的建筑設計方案應當將建筑工程所涉及的到人物都包含在內，客戶理所應當的也要參與到其中，虛擬現實技術的應用就有效的解決了該項客戶參與問題，促使建筑設計進行自主設計與公眾參與。這種技術的運用過程主要是將客戶及其建筑設計師的基本想法理念同時呈現于熒幕上，在真實觸感的體驗下切實提升客戶參與性。此外，虛擬現實技術并不需要客戶擁有專業的、高水準的建筑專業知識技術技能，這為建筑設計師與客戶之間減少了溝通障礙問題，還能夠提升客戶積極參與建筑設計的主動性，使得建筑設計師設計出來的作品方案能夠貼近、符合客戶實際需求。

（三）物理環境和方案對比分析

首先，傳統的建筑設計主要依靠紙質來呈現建筑設計圖形及其實體建筑物外觀，對于建筑物所面臨的物理環境完整有效的呈現出來并加以進行分析。所以，在建筑物所處的物理環境狀況和實際分析上，建筑設計師難以準確把握并制定出讓客戶較為滿意的建筑。而虛擬現實技術有機融合于建筑設計中，建筑設計師便能夠真實的展示出建筑物所在的物理環境并進行有效分析。這是由于建筑設計師能夠充分利用計算機技術來真實再現實際物理環境，此時只需借用虛擬外接設備，便能夠切實體驗到物理環境對建筑物產生的影響。

其次，虛擬現實技術在設計方案對比中也發揮著極大的作用和使用價值，這種方案較之傳統的建筑設計比較方法有了極大的突破性，能使建筑設計師更為直觀的查探出方案中存在的各種問題，從而有效的進行優劣勢對比，最終選取最優設計方案。虛擬現實設計主要是將物理環境所涉及到的各種數據信息及時快速的統計出來，建筑設計師根據這些信息數據進行對比分析，從而選出最理想、最符合的建筑設計數據，促使建筑設計師設計出更為完善的建筑作品。此外，虛擬顯示技術還能夠對相應的量化對比進行分析，根據兩者間內容的差異點進行量化分析，以求得最佳數據比。而較之上述的對比分析處理來說，虛擬現實技術還具有較高的的應用價值，即能直接借助計算機或是相關信息技術等對數據加以修改，促使相關建筑設計程序能夠快速得到優化，最終促使建筑設計方案的應用價值不斷提升。

（四）建筑信息展示

虛擬現實技術在未來建筑設計當中的運用最根本的就是其能準確真實地反映建筑信息，對于建筑工程項目中所涉及到的各種參數數據都能夠準確的展示呈現出來，這也是建筑設計的終極追求目標所在。只有將建筑信息全方面、完整的呈現才能使相應建筑設計的運用真正得到保障，并確保后續建筑施工環節得以落實。從該運用上來看，不僅具有良好的精準性效果，在立體性等方面也發揮著實際性作用，如通過建立虛擬化的三維立體模型來展示整個項目工程的信息內容，這也可有效提升最終的建筑設計方案的真實性和可靠性，同時這種立體性的展示方式也便于設計人員提高檢驗能力并加以完善設計方案，以及時發現建筑設計中隱藏的各項問題。

（五）建設高校土木仿真實訓建設很好效果

建筑行業屬于高風行業，很多高校為了保證學生安全，一般減少學生實際參與工程項目的機會，這樣的培養模式給學生在建筑技能的培養上受到很大的限制，從而影響了培養的質量，最終導致學生就業和未來發展的問題。通過土木工程仿真實訓綜合系統在專業教學中的應用[江西省教育廳科學技術研究項目，項目立項編號151320]虛擬仿真技術的研究，虛擬技術的應用，很好解決了學生不到工地就可以知道實際項目的關鍵施工環節，安全管理主要部位，質量控制的關鍵節點等，設置一定的游戲環節，解決了學生技能短缺的突出問題。

虛擬現實技術不僅具有多種應用價值，對未來建筑設計工作的開展大有裨益。對于每一個建筑設計者來說，如何將虛擬現實技術更好的運用于建筑設計中是極其重要的。虛擬現實技術的不斷普及運用也顯示了未來建筑行業中該項技術是不可或缺的，為此，必須充分保證這項技術在建筑設計中的效用，以促使未來建筑設計工作獲得更好地發展。

本文系江西省教育廳科學技術研究項目，木工程仿真實訓綜合系統在專業教學中的應用，項目立項編號151320。

（作者單位：江西應用科技學院）