虛擬現實技術在建筑與規劃設計中的應用

趙凱 李鵬喆 邵佳倪 于奚 王丹丹

摘要：近年來，中國的建筑行業，新的建筑設計理念和表現手法的飛速發展不斷涌現，虛擬現實技術是其中之一，并發揮了重要作用。一方面，虛擬現實技術通過計算機、專業設備和工具創造了一個虛擬環境，使人們能夠投入其中，給人們提供虛擬和真實的體驗;另一方面，使用各種圖形軟件進行建筑和規劃設計，提高了設計者的創作水平和虛擬現實技術應用水平。本文將介紹虛擬現實技術的相關概念及其在建筑領域的應用。

1、虛擬現實技術概述

虛擬現實（Virtual ?Reality ， 簡稱VR）， 是一種全新的人機交互技術， 虛擬現實技術是利用計算機生成一個多源信息融合交互的三維動態場景和實體行為系統仿真環境。隨著感應頭盔，手套，數據等專業設備，用戶可以進入虛擬空間，實時感知和操作虛擬世界中各種對象，通過視覺，觸覺，聽覺來獲取身臨其境的感受。它超越了多媒體和動畫技術的視覺和聽覺體驗，是將計算機信息技術結合在建筑規劃和設計領域的發展方向。目前，虛擬現實技術可分為兩大類：一是基于圖像的全景技術，二是基于三維多邊形技術的VRML 3D技術。

2、虛擬現實技術在建筑設計中的意義

2.1虛擬現實技術可用于顯示建筑領域的設計成果。通過虛擬現實技術，可以將設計結果以全景視圖的形式反映出來。人們不僅可以觀察未來建筑的外觀，還可以感受到建筑周圍的景觀、橋梁、地形等。虛擬現實技術，可以不斷調整在設計過程中的參數信息，建筑設計方案的內容，以確保最終的設計結果滿足用戶的實際需求。虛擬現實技術還可以在施工前集成多個信息，以節約施工成本，避免風險事件，提高經濟效益和施工效率。

2.2虛擬現實技術對于文化遺產、城市規劃和房地產展示的保護和利用以及建筑設計理念的提高也具有積極和深遠的意義。虛擬現實技術的出現，為設計者提供了由CAD平面圖繪制及垂直圖形的新高層次設計方法，建模后的主處理，動畫設計方法，非線性編輯等生產技術的渲染模式，讓客戶體驗全新的設計理念，它為國內虛擬現實技術的應用提供了有益的探索。

3、在建筑領域中虛擬現實技術的應用分析

3.1變抽象為直觀

城市的規劃和建筑的設計非常重要。它對周邊經濟、人民生活和文化交流都有深遠的影響。21世紀是科學技術飛速發展的時代。科學技術促進了社會生產力的不斷提高，社會分工越來越細致。出于這個原因，越來越多的人進入城市工作，生活在城市的規模，城市越來越大。在建設新興城市之前，要充分考慮城市建筑的規劃設計，科學合理地進行城市體系規劃，確保城市在后期發展過程中具有更大的潛力。科學的建筑規劃可以幫助城市在原有的基礎上獲得更多的資源和優勢，從而更好地發展。規劃及建筑的模型建立是非常重要的，并對人們有著非常重要的意義。信息技術在某種程度上可以被看作是數據的統計和分析。借助龐大的數據庫和復雜的計算方法，可以對建筑模型規劃的各個方面進行全面的計算。作為一個建筑設計師，他也可以發揮自己的優勢和彌補自己的弱點，發揮建筑的先天優勢，避免了在氣候，地理，文化，經濟等方面建設的不足。然而，通過傳統的設計工作，建筑設計結果呈現出一系列的定量數字，對于非專業人員來說，基于數字樣本的體系結構的未來可視化是困難的。因此，當務之急是要讓人們可以通過肉眼直觀的觀察和感受抽象的建筑架構。虛擬現實技術能有效地滿足人們的需求，直觀地呈現未來建筑的發展，并賦予人們特定的視覺感受。此外，人們還可以通過虛擬現實技術對建筑設計中的缺陷進行優化和調整，以彌補這些不足，使建筑設計更加完善。

3.2建筑的合理規劃

建筑結構規劃是一個高度專業化，系統化和強大的工程，城市的基本框架是大量不同類型的建筑物，構筑物組成的。大量的建筑投資需要上萬的成本。因此，在建設前，要考慮建筑群體的合理性，分析單個建筑的科學性，研究地方建筑與城市整體的比例關系，協調二者的關系。城市或建筑物的設計，它的最終目標是要為人民服務。為此，人們作為主體需要通過直覺和現實需求來判斷施工方案，并從中選擇最佳的設計方案。虛擬現實技術的最大方便是給人一種直觀的感覺。人們可以觀察到未來城市的外觀或建筑不同的角度的建設。經過多次比較和修改，最終確定了城市建設的合理性。在虛擬現實技術應用于建筑領域之前，人們在選擇施工方案后往往會因個人失誤而造成巨大的經濟損失，若借助虛擬現實技術，大大避免了這一缺點。它帶來了巨大的經濟效益。例如，德國有虛擬現實技術模擬大型商業銀行。該銀行位于德國Frankfor 中心，而通過虛擬現實技術，不僅表現出了銀行的具體形狀，還對應設置了詳實的參數信息。通過對參數信息的調整，實現了銀行變更的形狀和功能，直到達到滿意的標準。虛擬現實技術在銀行、德國政府和大眾設計中的應用受到高度重視。在施工過程中，根據地圖，避免在施工過程中各種事件的未知的風險，極大地保證了工程的質量和效率。

4、總結

在虛擬現實環境中，人們似乎處于一個完全真實的環境空間，使建筑設計能夠突破平面、立面、剖面的僵硬模式，進入一個更加直觀生動的層次。然而，由于虛擬現實技術發展時間較短，在技術和應用上還存在許多問題，這些不足主要體現在對硬件和軟件設備的高要求、建筑設計技術和虛擬現實技術的高價格和集成等方面。但是，我國的城市化進程正在不斷加快，城市覆蓋面將變得越來越大。城市建設離不開高效、環保、節能的建筑事業支撐，而要做到環保節能，必然需要應用虛擬現實技術，以不斷優化建筑的設計規劃。虛擬現實技術在未來將成為建筑事業不可或缺的重要組成部分，并隨著技術的不斷成熟、進步，在建筑事業中發揮著越來越大的作用，切實促進社會經濟的發展。

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項目資助：本項目為大學生創新創業項目（201910232094、201910232035）結題成果。

通訊作者：王丹丹。