虛擬現實技術在建筑設計中的應用探析

鄭州信和嘉程建筑設計有限公司，河南 鄭州 450000

1 虛擬現實技術在建筑設計方面的應用作用

1.1 展示建筑信息

在傳統筑工程設計模式中，受到技術限制，雖然設計人員可以通過繪制二維平面工程圖紙等方法，展示部分工程設計信息與建筑結構屬性特征，但卻面臨著信息展示角度單一、立體化程度不足的問題，難以保證工程設計理念及意圖的正確傳達。在這一工程背景下，不但時常出現工程設計方案與建設需求相違背的問題，同時，也不利于后續技術交底及各項施工活動的開展。虛擬現實技術的應用，設計人員可選擇基于已知工程信息與設計數據，構建三維建筑模型、營造虛擬空間。工程參與各方可以浸入至虛擬空間中，直觀了解建筑工程的主體結構、室內外環境以及空間布局等建筑信息，再將其與工程建設需求相比對。例如，建設單位運用虛擬現實技術，正確了解工程設計理念意圖及具體信息，與設計方對各項設計細節進行溝通、探討，在保證工程設計方案合理、可行的基礎上，避免因設計成果理解錯誤而產生的施工糾紛等問題的出現。

1.2 遠距離瀏覽

在傳統建筑工程設計模式中，設計方與企業之間普遍存在溝通頻率過低的問題，如若選擇開展遠程設計溝通工作，所繪制二維平面工程圖紙的立體化程度不足且二維平面圖紙表達專業化、抽象化程度很高，設計方與企業缺乏探討工程設計細節的基礎條件。如若選擇開展線下設計溝通工作，則受到空間與時間因素的限制。針對這一問題，對虛擬現實技術的應用，可選擇構建三維建筑模型，并采用網頁展示、營造虛擬空間等方式，為遠程設計溝通工作的開展提供基礎條件［1］。

1.3 設計方案對比

建筑工程涉及范圍廣，多學科、多領域，設計方案十分復雜，而在傳統工程設計模式下，受到人為因素限制，設計人員難以做到對整體建筑設計情況的全面、有效把控，往往存在各詳細設計階段工作交接不完全、成果不完善等問題，進而在后續工程施工階段中，引發各類施工問題的出現，導致工程實際施工質量與預期質量產生出入。借助虛擬現實技術，設計人員可以沉浸至所營造虛擬空間中，將各項建筑信息、環境情況與設計方案進行對照分析，及時發現并解決所存在工程設計問題。同時，也可以對多項工程設計方案進行對比分析、技術論證，從中選擇與工程建設需求相符、可行性較高的計劃作為最終方案、明確設計思路。

2 虛擬現實技術在建筑設計方面的實踐方法

2.1 構建建筑信息模型

對虛擬現實技術的應用，應提前根據已知工程信息與建筑設計信息，針對性構建三維建筑信息模型，為虛擬空間的營造提供基礎條件。同時，所構建三維建筑信息模型的合理與否、完整程度，也將直接影響到虛擬現實技術在建筑設計方面中的應用效能。在模型構建過程中，應注重以下要點：

（1）模型參數化。與二維平面圖紙相比，所構建三維建筑信息模型并非為點、線、面等基礎要素的簡單堆砌，而是根據工程設計方案，搭建虛擬化、立體化的建筑主體結構框架，并在相應位置展示門窗、墻梁等建筑部位構件的設計信息，對各處建筑部位進行有機組合搭建，進而形成的虛擬建筑模型。因此，在模型構建過程中，重點突出三維建筑信息模型的參數化特征，明確標注建筑各部位的設計參數［2］。

（2）修改自動化。建筑工程設計工作涉及諸多專業領域，且不同專業之間有著較為緊密的內在關聯。如果某一項設計參數存在誤差，都可能引發一系列問題的出現，導致其他設計參數出現變化，進而使得整體工程設計方案發生改變。因此，在構建三維建筑信息模型時，應選擇構建配套數據庫，持續采集、分析相關工程信息與實時設計參數。隨后，根據不同設計參數與專業之間的關聯情況，對相應數據進行變更調整，并在三維建筑模型中反映具體修改情況。如此，可以有效預防各專業之間設計碰撞問題的出現。

2.2 虛擬現實硬件系統

目前來看，多數企業所構建虛擬現實硬件系統主要由傳感手套、三維立體聲音生成裝置、頭盔顯示器、立體顯示系統等加以組成，可將其分為聽覺系統、視覺系統、虛擬環境系統等若干子系統。在工作人員沉浸虛擬空間時，各項子系統將根據環境情況與行為軌跡，實時向工作人員提供視覺、聽覺、觸覺等方面的感觀反饋。具體來講，在虛擬現實硬件系統實現過程中，將開發重點傾向于體現虛擬現實技術想象性、沉浸感以及交互性三項基本特征，構建桌面虛擬現實系統、確保所配置硬件設備具有穩定的輸出/輸出使用功能，可以向工作人員實時反饋虛擬環境內建筑信息與對象特征。

2.3 虛擬現實軟件系統

虛擬現實技術軟件系統主要由功能編程軟件、三維建模軟件以及模型驅動系統等加以組成。在系統運行過程中，三維建模軟件將在所倒入工程信息及設計數據的基礎之上，構建起立體可視化的三維建筑信息模型與配套數據庫。模型驅動系統負責執行工作人員下達的各項操作指令，保持三維建筑模型處于驅動狀態，可調節部分建筑部位信息，或是實時顯示工程設計方案變更情況。而功能編程軟件負責根據工作人員的使用需求，運行各項軟件使用功能，包括營造虛擬空間、動畫運行停止、場景轉換等等。

同時，對虛擬現實軟件系統的構建，應確保系統可以在已知信息基礎上，構建起相對穩定的、與現實世界情況基本符合、可以直觀化展現工程設計方案細節與理念的虛擬三維模型。確保工作人員在沉浸至所營造虛擬空間時，可以真實感受到虛擬場景的光照、色彩、建筑格局、構件造型結構等具體系統。以三維建筑模型為例，具體構建過程為：前期準備階段，項目的模型交付標準及各專業的“族”庫建立等等；建筑方案模型階段，根據設計任務書相關設計條件，搭建完整的設計方案模型；技術方案模型階段，根據確定的方案模型，結構、設備等搭建各專業的技術方案模型。

3 結語

總而言之，隨著5G 網絡的不斷完善，定會加速建筑行業技術迭代，各建筑企業逐漸加大對虛擬現實技術的應用力度，并取得諸多顯著成果，對提高工程設計質量、設計過程控制、直觀呈現建筑設計效果有著重要的現實意義。因此，為充分發揮虛擬現實技術的應用效能，企業應深入了解技術在建筑設計領域的應用價值，明確技術實踐要點，持續探索與建筑設計需求相貼合的技術應用模式。