試論虛擬現實技術在建筑設計中的應用

【摘 要】虛擬現實技術是一項高新技術，是可構建三維虛擬世界的計算機系統，也是一項實用性強的技術，其在建筑設計中有廣泛的使用前景。本文重點探討了虛擬現實技術在建筑設計中的應用，以及如何提升對虛擬現實技術的使用水平。

【關鍵詞】虛擬現實技術；建筑設計；應用

虛擬現實技術又可稱為靈境技術，是一項高新技術，是可構建三維虛擬世界的計算機系統，該系統構建虛擬環境，能讓用戶產生身臨其境之感，用戶通過計算機到該環境內并且實現交互，逐漸沉浸在里面。虛擬現實技術的三個基本特點為：沉浸感、交互性以及構想性。虛擬現實技術是一項實用技術，其在建筑設計中應用廣泛。虛擬現實可以是三維電腦模型實現自然進化后的結果，該技術的交互性與混合性使其成長為虛擬空間的表現媒介。

1．擬現實技術運用到建筑設計領域的價值

虛擬現實理念從提出到現在大面積使用已經取得了一定進展，為人與機器之間的交互打開了廣闊的應用天地，與此同時，其也產生了巨大的經濟效益與社會效益。當前世界上很多國家在進行專門的研究，積極開發使用這一技術，已經運用在多個領域之內，它在建筑設計領域內的使用，也能展示其獨有的優勢：

（1）既能展示真實世界，也可展示虛擬世界。使用虛擬現實技術在展示真實世界的時候，能突破時空的限制；在展示虛擬世界的時候，還能在虛擬的建筑物中表現出三維空間效果，達到身臨其境之感，形成人機三維交互空間，能讓參與者切實感受到模型是存在的，并且對參與者來講，其運動與操作可以實現準確響應。

（2）能表現視覺、聽覺以及觸覺。虛擬現實技術完全可以利用計算機的計算和圖形處理能力，重現原來物質，并作為表現視覺、聽覺以及觸覺的技術手段、參照調查數據，虛擬并展示不存在或損壞的建筑群。

（3）可為建筑師提供驗證設計的可行性。虛擬現實技術完全可以創造并展現出虛擬世界計算機系統，其將VR技術放置在建筑設計的整個進程中，使其能在整個設計的進程中變得可視化，讓建筑師仿佛置身于將要建設的場地之內，并感受到建筑物的內部功能布局以及外部環境設計方面的優點與缺點，切實為建筑師提供驗證設計的可行性與準確性。

（4）將規劃設計方案置于現實環境內進行考察。使用虛擬現實技術后，能夠將多種城市規劃方案定位到現實環境內，研究加入相關的規劃方案之后其對現實環境造成的諸多影響，評價方案是否科學合理。政府相關職能部門、項目開發人員以及社會大眾能從多個角度，全方位觀察建筑師設計規劃的實際效果，能掌握設計的意圖以及設計形態。所以，使用虛擬現實技術為進一步實踐創造出一定條件，虛擬現實技術能提升建筑規劃的設計科學性，降低規劃設計的開發成本，與此同時，還能大大縮短計劃以及設計的時間。

（5）復雜機構施工方案以及施工結構計算中可使用虛擬現實技術。在虛擬現實環境內，創建結構構件、場景、機械設備等三維模型，形成具有特定功能的系統，在系統內的模型具備動態性能，對系統內的模型展開虛擬匹配，按照虛擬裝配結果，在實現電腦與人的可視化環境內對設計方案進行適當修改，采用虛擬現實技術對不同方案加以分析，確保施工方案達到最優。

2．擬現實技術在建筑設計中的具體應用

建筑設計既需要考慮空間形象思維，還需要充分關注用戶感受，是一個需要一系列創新的過程，其包含規劃、設計、施工以及維護等多個環節。建筑工程的資金大量耗費以及不可逆的運作程序，不允許存在差錯。虛擬現實技術是能創造與展現虛擬世界計算機系統，虛擬世界則是整個虛擬環境或者對確定仿真對象的整體，可以使用計算機進行輔助設計與虛擬現實，能大大減輕建筑設計人員整體勞動強度，并能做到縮短建筑設計時間，提升建筑設計質量，節約投資。

一般來講，虛擬現實技術在建筑設計中的實際應用主要包括以下三個方面：一是，全方位展示建筑物基本信息。在建筑設計中采用虛擬現實技術，能在人們面前展示虛擬建筑物，確保人能產生身臨其境的感覺，確保設計不僅是設計者個人的事，并且能使相應的管理部門、客戶等也能對決策起到一定的輔助作用。二是，可實現遠距離瀏覽。經由虛擬現實技術設計的建筑模型，能讓設計者和工程單位間實現科學溝通與交流，并采用因特網實現遠距離瀏覽該建筑物。三是，可以進行多個方案之間的比較。在進行建筑設計競標的整個過程中，往往會對建筑物設計不同的備選方案，對建筑物形象設計多個構想。從現實出發，采用虛擬現實技術不只是能對多種方案開展比較，還能對某一特定方案進行局部性修改，并將確定前的方案和修改之前的方案開展綜合性分析比較。由于在虛擬建筑的整個三維空間內，不僅能實現對不同方案之間的切換，還能用同一觀察點或者是同一觀察序列去感受各種不同外觀，對不同方案的優缺點，做出進一步決策。

3．虛擬現實技術在建筑設計中的實現方法

（1）模型式虛擬現實

模型式虛擬現實指的是將虛擬現實造型語言當成是主描述性語言，確保建筑設計能使用計算機進行三維建模，充分利用三維施工圖、效果圖以及資料庫，使用虛擬現實技術實時模擬操作。此外，模型式虛擬現實還能首先采用3DsMax對建筑進行建模，主要是因為3DsMax能提供幀動畫的基本功能。比如旋轉、平移、縮放操作，再加上3DsMax能開展的變形命令，能讓幾何體表現出任意幾何形狀，可以出現在任意的位置。3DsMax能在連續性參數設定按鈕中建立動畫。比如，不同的時間內完全可以對幾何體實現椎化、融化、扭曲等多個命令來制定不同參數，幾何體能在時間變化中出現不同形狀。在某些材質的編輯器內還能設定動畫以及不同時間上物體的顏色差別。此外，3DsMax的粒子以及粒子流系統、導向器等，能模擬出大樓爆破后從底部成為碎片并逐漸坍塌的一個過程，有些散亂的粒子還可以漸漸堆積形成任意形狀幾何體。

（2）圖像式虛擬現實

圖像式虛擬現實主要功能是實現對實體建筑物進行360度的全景拍攝，之后再使用軟件將拍攝到的圖像拼接，獲得虛擬現實環境。

4．虛擬現實技術應用舉例

當前，超寫實電腦透視效果在某種程度上已經代替了傳統的水彩等創作的圖畫，諸多設計單位傾向于采用數字化工具制作效果圖來呈現給客戶。不管是設計觀念分析還是在空間表達上，虛擬效果技術打破原先的專業化與非專業化間存在的溝通障礙，并為學科兼容實現交叉合作。數字化虛擬技術逐漸激發人的想象力，使較為復雜建筑形式和構造成為現實，其結構形式和組織構建都依靠計算機做出準確的判斷。建筑師在進行設計實踐的時候，虛擬技術能將設計理念轉變為現實，經由建筑模型體現設計結果。比如，庫哈斯央視辦公大樓、水立方、安德魯國家大劇院等建筑設計創作，都與數字化技術有很大關系，虛擬現實技術在建筑設計中的應用非常廣泛，其發展前景極其廣闊。

5．結語

總之，虛擬現實技術在建筑設計中有廣泛的適用范圍，建筑師應在掌握虛擬現實技術基礎上，掌握虛擬現實技術在建筑設計中的應用及虛擬現實技術在建筑設計中的實現方法，推動建筑設計再上一個新臺階。

參考文獻：

[1]龍桃娥.虛擬現實技術在建筑領域中的應用論述[J]. 廣東建材. 2011（03）

[2]黃明.虛擬現實技術在建筑施工中的應用[J]. 硅谷. 2010（08）

[3]高建華.虛擬現實技術在建筑設計方面的實踐應用[J]. 電腦開發與應用. 2010（05）

[4]李敏，韓豐.虛擬現實技術綜述[J]. 軟件導刊. 2010（06）

[5]王長杰.淺析虛擬現實技術[J]. 科技信息. 2010（16）