虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用初探

王明南

【摘 要】本文首先介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）的概念及其特點(diǎn)，然后從建筑業(yè)設(shè)計(jì)階段和施工階段分別對(duì)VR技術(shù)和AR技術(shù)的應(yīng)用前景作了展望。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);建筑業(yè)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）都是解決建筑行業(yè)出現(xiàn)問題的方法，AR技術(shù)是在VR技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。二者均是由利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬產(chǎn)生一個(gè)看似真實(shí)的虛擬世界。VR技術(shù)可以通過多種傳感設(shè)備，使參與者完全沉浸在虛擬世界中;AR技術(shù)可將真實(shí)世界和虛擬世界無縫結(jié)合，使虛擬物體在合成的場(chǎng)景中具有真實(shí)感。基于VR技術(shù)和AR技術(shù)的特點(diǎn)，在建筑業(yè)設(shè)計(jì)階段和施工階段，可以利用二者輔助完成相關(guān)工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本和減少工期等目的，以發(fā)揮其他技術(shù)所無法替代的作用。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）概述

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的定義

VR是虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）的簡(jiǎn)稱，是指利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)虛擬環(huán)境，通過視覺、聽覺、處決、嗅覺和味覺等多種感覺的實(shí)時(shí)模擬和實(shí)時(shí)交互，讓使用者即時(shí)而又沒有限制地觀察虛擬環(huán)境內(nèi)的物體。這個(gè)虛擬環(huán)境是指綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種顯示及控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境[1]。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的特點(diǎn)

VR技術(shù)具有沉浸、交互和構(gòu)想三個(gè)基本特征。

沉浸性是指參與者可以沉浸到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所制造的環(huán)境之中，有身歷其境一般的沉浸感;交互性是指參與者可以通過VR設(shè)備（例如現(xiàn)在的VR頭顯）與多維化的信息環(huán)境之間發(fā)生交互作用;想象性表明了參與者在VR技術(shù)中的主導(dǎo)地位，參與者可以在這個(gè)定性和定量結(jié)合的環(huán)境中激發(fā)自己的思維，進(jìn)而加深感性和理性的認(rèn)識(shí)。它們之間的關(guān)系可以用三角關(guān)系表示，其中沉浸、交互和構(gòu)想分別位于三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三者之間通過三角形的邊連接在一起。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）概述

（一）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）的定義

AR是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）的簡(jiǎn)稱，它是指通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加參與者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界信息的感知能力，并將計(jì)算機(jī)生成的文本、圖像以及虛擬3D模型、視屏或場(chǎng)景等信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地疊加到參與者所感知到的真實(shí)情境中，從而提高參與者對(duì)真實(shí)場(chǎng)景中信息的感知能力[1]。

AR系統(tǒng)利用附加的模型信息，將真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)，并且真實(shí)的物體和虛擬的物體共存，二者之間互相增強(qiáng)和補(bǔ)充。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）的特點(diǎn)

AR技術(shù)具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊(cè)三個(gè)特點(diǎn)。

虛實(shí)結(jié)合是指AR技術(shù)將真實(shí)世界與虛擬世界相結(jié)合，真實(shí)世界中事物及其所對(duì)應(yīng)的虛擬增強(qiáng)是同時(shí)在同一位置出現(xiàn)的;實(shí)時(shí)交互是指真實(shí)世界和虛擬世界之間傳遞的的信息可以立刻得到反饋;三維注冊(cè)要求真實(shí)世界中事物所對(duì)應(yīng)的虛擬增強(qiáng)信息要準(zhǔn)確無誤，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行真實(shí)感事實(shí)繪制，以達(dá)到虛實(shí)完美結(jié)合的效果。

三、在建筑業(yè)的應(yīng)用前景

（一）建筑業(yè)設(shè)計(jì)階段

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）在建筑業(yè)設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用前景

VR技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用也是剛剛起步，就其技術(shù)實(shí)質(zhì)來說，VR技術(shù)在設(shè)計(jì)階段可貫穿于全過程，它將給建筑設(shè)計(jì)帶來的重大的影響和變革。

建筑設(shè)計(jì)階段充分體現(xiàn)了建筑的空間性，更加真實(shí)地體現(xiàn)了場(chǎng)所精神，也具有交互性和靈活性的特點(diǎn)。建筑師利用VR技術(shù)，在其沉浸于虛擬現(xiàn)實(shí)中的建筑的同時(shí)，可以全面、真實(shí)而快捷地了解建筑行為元素;同時(shí)，建筑師在VR技術(shù)中各種感知方式的刺激下，也可以激發(fā)其創(chuàng)作潛能、拓寬創(chuàng)新途徑。

（二）建筑業(yè)施工階段

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）在建筑業(yè)施工階段的應(yīng)用前景

VR技術(shù)在建筑業(yè)施工階段的應(yīng)用可以是利用VR技術(shù)構(gòu)造一個(gè)虛擬施工環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)施工方案設(shè)計(jì)。

首先在虛擬環(huán)境中建立周圍環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及所需機(jī)械設(shè)備等虛擬模型，形成具有一定功能的仿真系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動(dòng)態(tài)性能，然后對(duì)系統(tǒng)中的模型進(jìn)行虛擬裝配，根據(jù)虛擬裝配的結(jié)果，在人機(jī)交互的可視化環(huán)境中對(duì)施工方案進(jìn)行修改[3]。

VR技術(shù)具有沉浸性和交互性這兩個(gè)特性，在建筑業(yè)施工階段，它們充分反映了設(shè)計(jì)者的主導(dǎo)作用：過去設(shè)計(jì)者只能在計(jì)算結(jié)束后查看計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)在設(shè)計(jì)者可以通過VR技術(shù)沉浸到虛擬現(xiàn)實(shí)中，參與計(jì)算過程。

通過應(yīng)用VR技術(shù)，設(shè)計(jì)人在進(jìn)行建筑施工方案的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)可視化的虛擬模型進(jìn)行修改，從而優(yōu)化施工方案。

2.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）在建筑施工階段的應(yīng)用前景

AR技術(shù)在建筑施工階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)為BIM和AR技術(shù)結(jié)合起來的應(yīng)用。BIM（建筑信息模型）將建筑全生命周期的信息集成到統(tǒng)一的模型里，從而實(shí)現(xiàn)建筑全過程信息流的完整性。因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)相比于建筑生命周期的其他階段更復(fù)雜和多變，BIM技術(shù)無法與施工現(xiàn)場(chǎng)多變的現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，因而在施工環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，無法判斷預(yù)先的模擬是否仍然可行。將BIM技術(shù)和AR技術(shù)結(jié)合后，BIM技術(shù)強(qiáng)大的信息功能、可視化功能、協(xié)調(diào)計(jì)算功能加之AR技術(shù)的虛實(shí)顯示功能，則可以完全實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)管理的各項(xiàng)任務(wù)[4]。

BIM技術(shù)和AR技術(shù)結(jié)合后，不僅能在設(shè)計(jì)階段最大化地實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在工程現(xiàn)場(chǎng)管理的應(yīng)用，而且通過AR技術(shù)可以將虛擬模型及附加信息成功引入施工現(xiàn)場(chǎng)，輔助現(xiàn)場(chǎng)管理人員完成相關(guān)工作的管理。

四、結(jié)語(yǔ)

本文介紹了什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR），最后對(duì)VR技術(shù)和AR技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

VR技術(shù)和AR技術(shù)尚且處于發(fā)展階段，雖然在我國(guó)很多行業(yè)已經(jīng)得到了應(yīng)用，可是在建筑行業(yè)的應(yīng)用剛剛起步，相信隨著VR技術(shù)和AR技術(shù)的不斷發(fā)展，VR技術(shù)和AR技術(shù)必將在建筑行業(yè)進(jìn)一步普及，為建筑行業(yè)的發(fā)展助力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭天太.虛擬顯示技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J]，機(jī)械制造，2003，466（41）：7-9

[2]張濤.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[D].重慶：重慶大學(xué).2001：55-71

[3]鄭丹丹.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)

[4]杜長(zhǎng)亮.BIM和AR技術(shù)結(jié)合在施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2014：60-63