虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

1、耗擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一項以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)，具有交互性、 想象性和沉浸性的特點，強調(diào)人在虛擬現(xiàn)實中的主導(dǎo)作用。建筑設(shè)計是技術(shù)、藝 術(shù)和創(chuàng)新相結(jié)合的領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)為建筑設(shè)計開辟了新思路，將其應(yīng) 用于建筑設(shè)計能夠打破傳統(tǒng)表現(xiàn)模式，虛擬現(xiàn)實和計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，能夠大大 提高設(shè)計人員的工作效率和設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，減少投資成本。因此，虛 擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；建筑設(shè)計；應(yīng)用引言隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，特別是計算機(jī)技術(shù)的較快發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是 以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的一種高新技術(shù)，己逐步應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、軍事航天

2、、教育、能 源開采、軌道交通等領(lǐng)域，并取得了一定可觀的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，傳統(tǒng)的建筑 設(shè)計手段己經(jīng)不能滿足現(xiàn)代建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展需求，因此，為了有效地解決思 維構(gòu)思設(shè)計與具體建筑實物之間的聯(lián)系問題，全面的展示虛擬現(xiàn)實環(huán)境，虛擬現(xiàn) 實技術(shù)作為一種新的技術(shù)手段，受到越來越多的建筑設(shè)計師的重視，并己初步應(yīng) 用于建筑設(shè)計行業(yè)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類與特征虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）得以實現(xiàn)的兩個關(guān)鍵因素是硬件技術(shù)與軟件技術(shù)，當(dāng)前 虛擬技術(shù)中的視覺設(shè)備與聽覺設(shè)備較為完備，但味覺設(shè)備與嗅覺設(shè)備卻仍需進(jìn)一 步研究。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以按照不同的依據(jù)分為不同的類型：交互以及浸潤程 度：疊加式、分布式、浸潤式、桌面式；運用特點：

3、全景圖式、二維模型式。VR技術(shù)的特點主要有三個。第一個是沉浸性，用戶在系統(tǒng)中的身份為主導(dǎo)者, 可以真實的感知模擬環(huán)境，如果系統(tǒng)設(shè)置較高，那么用戶在虛擬環(huán)境中的感受就 會與現(xiàn)實世界無差別。舉例來說，三維技術(shù)給人以單一的感覺，用戶只能被動接 受，而VR技術(shù)中用戶可以主動將視角或者移動速度等方面加以改變。第二個特 點為交互性，即用戶與VR系統(tǒng)的作用是相互的，系統(tǒng)為用戶提供真實的環(huán)境， 用戶對系統(tǒng)予以操作并進(jìn)行反饋，實現(xiàn)人機(jī)的互動。例如VR系統(tǒng)中會為用戶提 供虛擬的頭盔、手套等作為道具，用戶將自己的行為于計算機(jī)中實現(xiàn)，使虛擬環(huán) 境內(nèi)的事物受到影響，讓用戶感覺到自己的行為使虛擬世界得以改變。第三個特 點

4、是想象性，軍事、醫(yī)學(xué)、科技等多方面的問題都可以通過VR系統(tǒng)來解決，很 多現(xiàn)實中并未發(fā)生的情況都要考慮到其中，因此想象力與創(chuàng)造力是VR系統(tǒng)設(shè)計 的基礎(chǔ)與依據(jù)。例如在虛擬環(huán)境中用餐，食物是由系統(tǒng)虛構(gòu)出的，但是用戶通過 嗅覺與觸覺等感知到食物的存在。建筑設(shè)計中實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的方法2.1三維虛擬環(huán)境空間的建立用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬環(huán)境空間需要對建筑物的平面圖、立面圖和剖面圖 等相關(guān)信息采集，以便將建筑物的立面、平面和剖面的真實效果反映出。將資料 收集好后利用3DSMAX軟件制作建筑的三維模型建模時需注意在使設(shè)計要求滿足 的前提下，使點和段的數(shù)量盡量減少，以使工作效率增加?？梢詫δＰ蛣?chuàng)建適當(dāng) 的光場景

5、和背景，以便將建筑的特點真實的展現(xiàn)出。2.2虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)簡單的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)并不需要太多復(fù)雜的設(shè)備，只要能夠使其具有輸 入、輸出功能滿足的設(shè)備即可，簡單的計算機(jī)桌面互動系統(tǒng)就可以對一個簡單的 桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)成。但要使虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶來的沉浸感、交互性、想象性三 個特征就需要專業(yè)的信息輸入設(shè)備和信息輸出設(shè)備充分實現(xiàn)。信息輸入設(shè)備包括 鍵盤、鼠標(biāo)等等，信息輸出設(shè)備包括高性能顯示器適配器、單通道或多通道投影 響儀、偏振片、立體眼鏡等等。借助于傳感設(shè)備用戶可以將自己在現(xiàn)實時空的行 為通過用戶化身映射給虛擬環(huán)境，反之亦然。2.3虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)要想讓設(shè)計者與用戶或者其他人員對虛擬現(xiàn)實技術(shù)所帶來

6、的身臨其境的臨場 感與沉浸感真正體驗到，首先就要對一個與客觀世界相符合或者與設(shè)計者頭腦預(yù) 想的設(shè)計方案相符合的虛擬三維模型建立，這個三維虛擬場景模型不但能夠使建 筑、環(huán)境、室內(nèi)等客觀存在準(zhǔn)確的表現(xiàn)出，而且需要對場景的色彩、材質(zhì)、陰影 等較真實的反應(yīng)出。建立可視化三維模型從技術(shù)實現(xiàn)上可分為三步：兒何建模， 主要建立所需三維場景的兒何構(gòu)形；形象建模，主要對兒何建模的結(jié)果進(jìn)行材質(zhì)、 顏色、光照等處理；行為建模，主要處理物體的運動和行為描述。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用建筑設(shè)計綜合性極強，設(shè)計人員在運用自身思維進(jìn)行設(shè)計的同時，還應(yīng)考慮 客戶的整體感受，使建筑設(shè)計更具真實感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠幫助設(shè)計人

7、員更好 地完成，主要原因即在于其能夠通過計算機(jī)對現(xiàn)實進(jìn)行模擬、創(chuàng)造和體現(xiàn)虛擬世 界，降低勞動量，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計科學(xué)性和精確性。3.1展示建筑物整體信息現(xiàn)階段的二維、三維表達(dá)方式，只能傳遞建筑物部分屬性信息，且只能提供 單一尺度的建筑物信息，而使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可展示一棟活生生的虛擬建筑物， 并可在里面漫游，體驗身臨其境之感。建筑設(shè)計不僅是設(shè)計者的事，住戶、管理 部門都可起到輔助決策的作用，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計者和用戶之間能起到一種 溝通的橋梁作用。3.2遠(yuǎn)距離瀏覽設(shè)計者進(jìn)行建筑設(shè)計，通常需要跟工程單位不斷進(jìn)行溝通交流，而虛擬現(xiàn)實 作品可以通過VRML的方式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上去，工程單位可以通過

8、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距 離瀏覽，將虛擬現(xiàn)實方式的建筑設(shè)計應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)中，利用虛擬現(xiàn)實方式進(jìn)行遠(yuǎn) 程交流。常用的建模軟件如3ds max,不僅支持VRML文件格式的輸出，還可以 在VRML中通過選擇攝像機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航設(shè)置，在場景中指定活動控件和觸發(fā)器等， 大大豐富了實時瀏覽的內(nèi)容。3.3實時多方案比較建筑設(shè)計時，往往會設(shè)計多種方案，并進(jìn)行不同方案的對比分析，以選擇最 佳方案。采用虛擬現(xiàn)實設(shè)計，可將不同設(shè)計方案通過模型表達(dá)出來，并可隨時切 換，利于設(shè)計者觀察某一點或某一部位中的設(shè)計，更快的比較出不同方案的優(yōu)缺 點，從而為改進(jìn)方案提供便利。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用中，不僅能夠比較不同方案 的建筑設(shè)計特點，還可隨時修改

9、方案，并將修改后的方案與修改前作以對比，分 析修改效果。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對建筑設(shè)計進(jìn)行實時多方案比較，可較好的提 高建筑設(shè)計的工作效率和設(shè)計質(zhì)量。3.4專用人機(jī)接口交互人機(jī)接口是使用者與計算機(jī)溝通的橋梁，它是代表使用者意圖的轉(zhuǎn)換及計算 機(jī)程序的執(zhí)行，良好的人機(jī)接口可減少使用者對系統(tǒng)的學(xué)習(xí)時間和增強系統(tǒng)的效 率。虛擬現(xiàn)實技術(shù)建筑設(shè)計中，必有特定的人機(jī)接口模式：使用者模式，使用者 直接進(jìn)入虛擬現(xiàn)實中進(jìn)行觀測與互動操作，以第一人稱的觀測方式進(jìn)行虛擬現(xiàn)實 的沉浸觀察，隱藏的接口只在使用時才出現(xiàn)；代理者模式，即在虛擬現(xiàn)實中常因 沉浸環(huán)境與現(xiàn)實環(huán)境的感性差距而造成空間迷失，以至于使用者無法掌握虛擬現(xiàn) 實

10、中的狀態(tài)，以空間代理者的虛擬環(huán)境信息的提供，以第一和第二人稱的觀察方 式進(jìn)行虛擬環(huán)境觀測；監(jiān)控模式，使用者以第三人稱的方式監(jiān)控虛擬現(xiàn)實中的現(xiàn) 實狀態(tài)，并進(jìn)行虛擬物的監(jiān)視與控制，接口的產(chǎn)生與虛擬現(xiàn)實的種類并無絕對關(guān) 系；浸入操作模式，將控制虛擬現(xiàn)實物的接口置于虛擬現(xiàn)實中，進(jìn)行仿真式操作 模擬，使用者以第一人稱控制虛擬物。3.5虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有模型式和圖像式。模型式虛擬現(xiàn)實以虛擬現(xiàn)實造型語言 為主要描述語言，使建筑設(shè)計可用計算機(jī)進(jìn)行三維建模，利用效果圖、三維施工 圖與資料庫，并利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)連結(jié)資料庫實時模擬操作。虛擬現(xiàn)實造型語言 可用在萬維網(wǎng)(3W)中定義與更多信息相關(guān)聯(lián)的三維世界布局和內(nèi)容，使之能夠 在交互的三維空間中容易地被表達(dá)。當(dāng)虛擬現(xiàn)實造型語言瀏覽器啟動后，它會將 虛擬現(xiàn)實造型語言中的信息解釋成虛擬現(xiàn)實造型語言空間中的建筑物的凡何形體 的描述，一旦空間被用戶瀏覽器解釋，它將提供實時顯示，用戶機(jī)器上將會出現(xiàn) 一個活動的場景。4結(jié)束語作為一擊以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有交互性、想象 性和沉浸性的特點，強調(diào)人在虛擬現(xiàn)實中的主導(dǎo)作用。建筑設(shè)計是技術(shù)、藝術(shù)和 創(chuàng)新相結(jié)合的領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)為建筑設(shè)計開辟了新思路，將其在建筑 設(shè)計中應(yīng)用能夠打破傳統(tǒng)表現(xiàn)模式，虛擬現(xiàn)實和計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，能夠使設(shè)計 人員的工作效率和設(shè)計質(zhì)量大大提高，縮短設(shè)計