淺談建筑設(shè)計中VR設(shè)計的使用

1、淺談建筑設(shè)計中VR設(shè)計的使用VR是用計算機(jī)生成逼真的三維視、聽、嗅等感覺,使人能通過適當(dāng)裝置對虛擬世界進(jìn)行交互式體驗。通常用戶頭戴一個頭盔,手持傳感手套,仿佛置身于一個幻覺世界中,在虛擬環(huán)境中漫游,并允許操作其中的物。使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知,從而達(dá)到身臨其境的感受。VR技術(shù)與建筑設(shè)計利用VR技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計,在建筑設(shè)計階段就能以可視的、動態(tài)的方式全方位展示建筑物所處的地理環(huán)境、建筑物外貌、建筑物內(nèi)部構(gòu)造和各種附屬設(shè)施,使人們能夠在一個虛擬的環(huán)境中,甚至在未來的建筑物中漫游。因而,VR技術(shù)是建筑方案設(shè)計、裝修效果展示、方案投標(biāo)、方案論證及方案評審的有力工具,在建

2、筑設(shè)計業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)和建筑裝修業(yè)等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用前景。建筑物虛擬現(xiàn)實環(huán)境設(shè)計的基本要素利用VR技術(shù)進(jìn)行建筑物設(shè)計的基本要素包括虛擬場景建模、虛擬場景渲染、虛擬攝影機(jī)設(shè)置、運動速度控制以及虛擬觀察者各種動作的模擬（步行、旋轉(zhuǎn)及其它動作）等等。虛擬場景建模無論采用何種虛擬方式,首先要遇到虛擬環(huán)境建模問題。目前既可采用VRML等專用的虛擬現(xiàn)實建模語言,又可以采用SGI公司的OpenInventor等來完成建模,也可以直接利用OpenGL建立模型庫或開發(fā)專門的建模工具,但這樣做的工作量是非常大的.。另一種方法是借助于3DSMAW普通的三名t建模工具，先建立起三維模型,然后用編程或借助于工具的方法

3、,導(dǎo)入到虛擬環(huán)境中,并利用OpenGL完成渲染。此外,微軟近年提出的DirectX雖然主要是針對三維游戲編程,但是由于其硬件要求低（目前大多數(shù)圖形加速卡都支持DirectX）,而且其開發(fā)包DirectXSDK中提供直接導(dǎo)入3DSMAXK型的工具，用Direct3D技術(shù)完成渲染。這樣,就為在低成本硬件環(huán)境中研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了條件。虛擬場景渲染建筑物虛擬現(xiàn)實常常要表現(xiàn)一個龐大的建筑群。對于較小的場景可以很快地完成渲染;但對于復(fù)雜的大型場景,一旦超過計算機(jī)物理內(nèi)存能力,由于需要使用虛擬內(nèi)存,渲染時間將會增加十幾倍甚至數(shù)十倍,慢到令人難以忍受的程度。當(dāng)然,可以根據(jù)計算機(jī)內(nèi)存的大小來控制場景規(guī)模,使

4、得所有的渲染工作都在計算機(jī)物理內(nèi)存中完成,但有時也會遇到必須處理大型場景的情況。解決這一問題的辦法是,把虛擬現(xiàn)實場景分解為可直接在物理內(nèi)存中完成渲染的若干組,分組進(jìn)行渲染。這種方法無論對預(yù)制還是實時動畫,都是行之有效的。在交互式漫游過程中,可根據(jù)觀察者當(dāng)前時刻所處的位置,將場景分為若干個動態(tài)子塊,在遠(yuǎn)方不斷地、動態(tài)地實時生成新的動態(tài)模塊。這一技術(shù)不僅可以節(jié)約渲染時間,而且可以,甚至掉到宇宙中這樣的問題。虛擬攝影機(jī)設(shè)置虛擬攝影機(jī)焦距設(shè)置在建筑物虛擬現(xiàn)實中,虛擬攝影機(jī)是對虛擬觀察者眼睛的模擬,一般情況下焦距應(yīng)與人的正常視野接近,即為35mm左右。當(dāng)焦距小于28mm時或大于50mm時，均不能正確反映

5、建筑物的透視關(guān)系,要么畸變，要么景深過小。除非有特殊需要,攝影機(jī)焦距一般應(yīng)設(shè)置在35mm左右。虛擬攝影機(jī)高度設(shè)置虛擬攝影機(jī)高度一般應(yīng)接近人眼平均高度,一般攝像機(jī)的高度在17m。而且在漫游過程中，虛擬攝影機(jī)應(yīng)盡量保持平視，即攝影機(jī)與攝影機(jī)目標(biāo)點高度相同。當(dāng)需要仰視或俯視,而物體變形太大時,可適當(dāng)增加焦距。動畫運動速度控制因為虛擬攝影機(jī)代表觀察者的眼睛,所以,如何把虛擬攝影機(jī)看到的與觀察者在虛擬場景中觀察到的聯(lián)系起來,就極為重要了。在考慮虛擬場景中動畫的運動速度時,作為動畫創(chuàng)作者需要認(rèn)真考慮觀察者會有什么樣的速度感覺,以及這種感覺是否適合于計算機(jī)動畫。攝影機(jī)通過場景的速度快,場景運動得就快,觀察者

6、感覺得速度就快。特別是當(dāng)動畫中出現(xiàn)熟悉的物體,例如建筑物、家具和汽車時,觀察者就會有很強(qiáng)的相對速度的感覺,這時創(chuàng)作者應(yīng)花一點時間來考慮一個人在給定的環(huán)境中,應(yīng)當(dāng)走多快才能看清場景。虛擬觀察者運動模擬步行模擬步行模擬是模擬觀察者在虛擬環(huán)境中漫步。在實際生活中,當(dāng)觀察者經(jīng)過一個地方時,眼睛留下的印象不會是簡單地從一邊看到另一邊,有時會停下來,看一下詳細(xì)情況或環(huán)境。當(dāng)觀察者注意到比較關(guān)心的目標(biāo)時,常常會忘了單純的散步。重建這種印象,就是產(chǎn)生有趣動畫的過程。這實際上是由制作者代替觀察者事先決定什么值得一看,以及怎樣看。在交互式漫游時,則是通過交互方式,由操作者選擇看什么以及看。旋轉(zhuǎn)模擬在制作虛擬環(huán)境中

7、的漫游動畫時,旋轉(zhuǎn)路徑最容易引起返工。其原因往往是制作時未能對漫游動畫中的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行深入的探究。漫游動畫中的旋轉(zhuǎn)可分兩種情況:(1)視點不變,攝影機(jī)作圓弧運動或曲線運動。例如,用回轉(zhuǎn)方式表現(xiàn)建筑物外觀。就相對運動而言,此時本質(zhì)上相當(dāng)于讓物體旋轉(zhuǎn)。盡管此時每一幀畫面都在發(fā)生變化,但觀察對象始終在畫面內(nèi)。一般借助于虛擬物體可較好地完成這種旋轉(zhuǎn)。(2)視點變化,攝影機(jī)坐標(biāo)不變或作曲線運動。例如,掃視環(huán)境或模擬觀察者的轉(zhuǎn)身、轉(zhuǎn)彎動作。此時不僅每一幀畫面都在發(fā)生變化,而且觀察對象也時刻在改變,除非運動速度非常緩慢(當(dāng)然將耗費大量幀數(shù)),否則很難看清楚動畫內(nèi)容。對大多數(shù)人來說,合適的轉(zhuǎn)動速度大約是每秒轉(zhuǎn)動45過程中仔細(xì)觀察,每秒就只能轉(zhuǎn)動1520建筑物虛擬現(xiàn)實漫游建筑物虛擬現(xiàn)實漫游一般都要表現(xiàn)該建筑物所處的虛擬地理環(huán)境、建筑物全貌以及該建筑物的各種附屬設(shè)施,常采用瀏覽和鳥瞰的方式進(jìn)行。在瀏覽式漫游中,為了給人以身臨其境的感覺,應(yīng)力求減少鏡頭切換,依靠巧妙的漫游路徑設(shè)計,用連續(xù)的鏡頭,一氣呵成地完成所要表現(xiàn)的內(nèi)容。此外,為了在整個漫游過程中正確表現(xiàn)主體對象與周圍景觀的透視關(guān)系,虛擬環(huán)境建筑群也應(yīng)使用三維模型,而不