虛擬現實技術應用于建筑設計教學的發展分析

秦屹

摘要：虛擬現實技術VR（Vi rtual Realny）日臻成熟。在建筑設計教育領域，VR逐漸被用作空間設計的可視化工具，日后更將會在VR應用中實現設計建模操作，更為設計教學過程提供更直觀的技術支持。

關鍵詞：VR；設計；建筑設計；教學

一、VR技術發展與建筑設計教育現狀概述

建筑與虛擬現實之間有著悠久的歷史。隨著計算機越來越參與到設計過程中，虛擬現實作為建筑設計的媒介讓學生體驗到身臨其境的感受。

另外，許多關于VR的應用都出現了建筑漫游體驗，讓場景看起來更真實，并在場景中設置參數面板來改善用戶的空間感知。

與過去相比，VR設備已經有了很大的突破，VR設備變得更加輕巧和實惠。具有強大HMD（頭戴式顯示器）和自然人體運動的全新VR設備，讓設計師在虛擬世界中的想象力可以更加逼真的展現出來。這是建筑設計教育的一次變革機會，這些VR設備提供給學生一種沉浸式空間學習平臺。

目前傳統的建筑設計教育仍然以素描和物理模型為主要手段來展示構思。同時，與經驗豐富的設計師不同，學生只能用原始的方法想象甚至猜測項目的真實規模尺度。不過現在依賴新的VR設備技術突破，除了建筑漫游之外，通過模型對象中的實時操作以及VR環境中的相關參數，學生可以對建筑獲得更加全面的理解。

這為當今建筑學生提供了一種新的學習途徑。通過融入沉浸式VR環境，他們可以在更直觀靈活的環境中學習建筑，并在現場直接互動。這些研究表明，VR平臺是一個更有效的工具，可以讓學生開發和討論他們的設計，而不僅僅作為一個可視化工具。

二、建筑設計工具媒介的發展

（一）建筑設計中的媒介

媒介包含設計理念，即由建筑師思考分享并討論的設計思路。建筑師展現設計理念的常用手段是自由手繪草圖，這種方法可以追溯到文藝復興之前。草圖的模糊和不確定性有助于建筑師改進構思，也便于簡單討論和交流想法。此外，制作小型體塊模型是一種設計媒介。

計算機工具介入設計過程后，越來越多的設計者對數字媒介帶來的影響產生極大興趣。大多數研究認為數字參與可以提高設計過程的效率，減少預算，擴大形式的復雜性，增加設計經驗。

隨著設計師對數字媒介的精通，他們開始試圖在不同的方向上嘗試計算機工具。起初，他們中的一些人以傳統的設計媒介，素描和實物模型，通過數字化的方式延續使用。另一些研究人員則開發了全新的設計方法，通過設置一系列規則來創建形態和設計結果，這便是一種參數化建模。

（二）建筑設計中的程序建模

在傳統的程序建模過程中，設計師通常先從概念生成造型，然后逐個將其構建在建模工具中。近年來，設計師可以通過電腦將建模分成許多步驟，每一步驟作為一個小功能，可以在另一個設計過程中重復使用。這種建模方法帶來一些重要的功能，如數據放大功能，數據壓縮和不可預測性。設計師只需要設計自己的規則，并將這些規則生成動態形態，而不是事先完成所有形態。設計師還可以構建自己的工具包進行設計，并且該工具包可以輕松分享給其他設計者。

（三）建筑設計教育中的VR應用發展

雖然VR技術已經日臻成熟，但是使用VR平臺作為展示工具的建筑設計教育仍未普及。目前，教學過程中，學生依舊通過使用草圖和模型來提交設計項目成果，提出想法并進行討論。

在建筑設計的早期階段，依舊依靠簡要的素描來發展思路。隨著概念的深化，抽象概念逐漸在空間或建筑物中生成。在這個階段，一些研究者認為在VR環境中學習可以提高新手的空間認知能力。有關VR學習建筑設計目前進行著各種各樣的研究。

（四）建筑設計教育中的VR建模研究

結合參數化建模和實時渲染的VR環境仍然是一個研究空白。在Grasshopper（參數化建模軟件）和VR平臺Unity 3D之間有幾次實驗。

在Gathmann的演示中，他成功地將數據從Grasshopper傳輸到Unity，并且該程序自動創建出場景中的對象模型。AWARE團隊嘗試從Unity返回數據到Grasshopper，通過捕獲光標位置和對象尺寸來改變虛擬模型。還有一些實驗顯示了在Grasshopper中用于Unity的用戶界面的參數。目前這項研究還在繼續進行中。

三、結語

以程序化建模和新一代沉浸式虛擬現實技術為基礎，更新建筑設計教育工具，學生和教師可以在其中模擬和討論建筑設計。通過與對象進行交互，除了操作設計參數之外，還可以在沉浸式VR環境中“身臨其境”地進行操作。同時允許沉浸式VR環境的3D模型供所有設計者的訪問，以便執行設計模擬和討論，同時反過來，通過該系統向設計師反饋3D模型和程序模式。在設計階段，建模和VR平臺之間的參數幾何的數據傳輸機制，是目前開發測試的VR系統的關鍵。

此外，要想普及VR環境的廣泛應用，還需要其他方面的研究工作，例如面向VR環境中的對象操作和可移動的直觀界面設計，從而實現整個建筑設計教育多用戶系統工具的未來普及。