探討未來建筑設計中虛擬現實技術的應用價值

呂鋼

（廣西沿海鐵路公司房產生活段　廣西　欽州　535000）

探討未來建筑設計中虛擬現實技術的應用價值

呂鋼

（廣西沿海鐵路公司房產生活段廣西欽州535000）

在建筑設計中引入計算機技術，打破了傳統建筑設計的方式，將全新虛擬現實技術應用到了建筑設計當中，不僅豐富了原來的建筑設計方式與技術，還可以運用三維虛擬法，讓建筑設計變得更加直觀、立體以及形象，為建筑的設計者創造了更好的創作靈感，讓原來不可逆的設計方式擁有了一定的可更改性，為建筑設注入全新的活力。本文主要就虛擬現實技術在未來建筑設計中的應用進行分析，并對其未來的發展前景進行展望。

建筑設計；虛擬現實技術；應用價值

前言

虛擬現實技術是一種全新的高科技技術，以計算機技術作為基礎對計算機圖形學、多媒體、人工智能以及多傳感器等交互性、想象性、沉浸性的工具進行了綜合的運用，近年來已經被廣泛應用到了社會生活的各個行業和領域中。而在建筑設計行業對虛擬現實技術進行合理的運用，不僅減輕了建筑設計人員的工作量，提高設計人員的工作效率和質量，更為現代建筑設計開辟了一條全新設計道路，實現了在建筑設計中將技術、藝術以及創新思維進行有效結合的目標。

1　虛擬現實技術在現代建筑設計中的應用

1.1對建筑物的整體信息進行展示

當前，原有的二維和三維的表達方式，只能將建筑物一部分的屬性信息傳遞出來，傳遞的信息比較單一，而采用虛擬現實技術方式則可以將一整棟虛擬建筑物的整體信息全面的展示出來，讓觀眾在畫面中漫游，且有身臨其境的感覺。虛擬現實技術讓建筑設不再只是設計人員的工作，讓住戶和相關的管理部門也通過虛擬現實環境從旁輔助，利用虛擬現實技術讓設計者與用戶之間進行良好的溝通，確保設計出來的產品能夠讓用戶滿意。

1.2在遠距離瀏覽信息中的運用

傳統的建筑設計方式，設計人員在對建筑項目進行設計時，都需要與工程單位進行多次的溝通交流，而采用虛擬現實技術設計出來的作品則可以利用VRML方式，直接將作品發布到網絡中，讓工程單位可以直接通過互聯網對作品信息進行遠距離的瀏覽，采用虛擬現實方法進行遠程交流，可以為工程單位節約大量的時間，減少設計人員的工作量[1]。

1.3在多方案比較中的運用

在對某一個建筑項目進行設計時，經常會出現很多的設計方案，需要工程單位花很多的時間對各類方案進行對比和分析，以便選擇出最好的設計方案。而采用虛擬現實技術進行建筑設計，可以直接將各類設計方案用模型的方式表達出來，并且隨時進行切換，讓工作人員可以直觀的觀察到某一點或者某一部位的設計方式，花最少的時間對比出各個方案的優缺點，方便設計人員及時對方案的不足進行改進，讓設計人員設計出最佳的方案，提升建筑設計的效率與質量。

1.4在專用的人機接口交互中的運用

人機接口是計算機和使用者之間進行溝通的重要橋梁，是使用者思想意圖的表達和計算機程序的執行，優秀的人機接口可以縮短使用學習系統使用的時間，提高系統的使用效率。在虛擬現實建筑設計中，擁有特定人機接口模式：①使用者模式。讓使用者可以直接進入到虛擬現實中，對互動操作的步驟進行觀測，觀測方式以第一人稱為主，而隱藏的接口只會在使用時出現；②代理者模式。如果在虛擬現實中為因為沉浸環境和現實環境的感性之間的差距而出現空間迷失，致使使用者無法對虛擬現實中的狀態進行正確的掌握，空間代理者就會提供虛擬環境的相關的信息，以第一與第二人稱為觀察方式對虛擬環境進行觀測；③監控模式。使用者以第三人稱方式對虛擬現實中現實的狀態進行監控，并對環境中的虛擬物進行監視和控制，但是接口產生和虛擬現實中的種類沒有絕對的關系；④浸入操作模式。把虛擬現實物的控制接口設置在虛擬現實中，進行仿真式模擬操作，讓使用者以第一人稱方式對虛擬物進行控制。

2　虛擬現實技術在建筑設計中的運用方法

2.1建立三維虛擬環境空間

采用虛擬現實技術對虛擬環境空間進行構建，需要對建筑物平面圖、立面圖以及剖面圖等信息進行采集，以確保虛擬空間環境能夠將建筑物立面、平面以及剖面最真實的效果反映出來。在相關的信息收集完成后，采用3DSMAX制作軟件，構建出建筑物的三維模型建模型，并在模型中創造適當的光場景與背景，以便能更好將建筑物的特點展示出來。

線是構成三維虛擬環境的一個重要元素，線的運用可以將建筑物通透感與形狀最好展現出來，因此，建設計人員必須熟悉真實和虛擬光線間的差異，全面掌握光線變化對場景的影響，以便能夠對3DS-MAX軟件進行合理的運用，將虛擬光線最真實的表現出來。此外，設計人員還應該對建筑物使用的材料顏色、質感、粗糙度及反射光強度等造成的視覺效果真實的模擬出來，確保虛擬模型能夠將建筑的空間、構件以及特色完美的展現出來。

2.2硬件系統

一般的虛擬現實系統不需要太多的設備，只需要具備輸入、輸出功能的簡單設備，就可以在計算機的桌面互動系統構建一個桌面虛擬現實系統（如圖1所示），但是如果想要將虛擬現實技術創造的沉浸感、交互性以及想象性三大特性充分的表現出來，就需要有專業的信息輸入和輸出設備，如輸入設備有鍵盤、鼠標，輸出設備有性能較高的顯示器適配器、單通或者多通道的投影響儀、立體眼鏡以及偏振片等。通過相應的傳感設備，用戶能將自己在現實時空中的行為，通過用戶化身的方式映射到虛擬環境中。虛擬環境中的方位跟蹤器可以對用戶的行為尺度范圍進行精確采樣，并映射到虛擬空間中，虛擬空間則通過幾何體求交之間的碰撞檢測算法和傳感器中的力反饋技術將虛擬空間得到的信息真實反饋給用戶。

圖1　虛擬現實系統的構成

2.3軟件系統

為了能讓設計者和用戶真實的體驗到虛擬現實技術創造的臨場感和沉浸感，需要通過相關的軟件系統構建出一個符合客觀世界或與設計者構想的設計方案虛擬三維模型，這個三維虛擬場景模型不僅能將建筑、環境、室內等客觀存在形象的表現出來，還能將場景色彩、材質以及陰影等進行真實的反映。可視化三維虛擬建筑模型（如圖2所示）的建立主要可分為三個步驟：①建立幾何模型，主要是指建立相關三維場景幾何結構；②建立形象模型，主要是指在幾何模型建立之后，對其材質、顏色以及光照等進行處理；③建立行為模型，就是對物體運動與行為進行描述和處理。

圖2　虛擬建筑模型的構建流程圖

3　虛擬現實技術在未來建筑領域中的發展前景

3.1虛擬現實技術在建筑施工設計中的發展前景

建筑工程施工是是建筑行業一個很重要的組成部分，在建筑行業的未來發展中，虛擬現實技術將會在建筑施工工程設計中得到廣泛運用，如，在對大型土方挖運項目進行設計時，可以利用虛擬實現技術對挖土機的頻率與運土汽車之間的最佳匹配率進行精確的計算，進而提升建筑施工的效率，由此可見，虛擬現實技術在建筑設計的施工階段也起著至關重要的作用。當前，大部分的建筑企業都已經認識到了虛擬現實技術的重要性，因此，虛擬現實技術很快就會得到大多數建筑企業的認同和接受，在建筑施工設計中到得運用與發展[2]。

3.2虛擬現實技術在建筑裝修設計領域中的應用前景

傳統的建筑裝修設計存在很多的弊端和不足，如離散、呆板的平面設計模式，讓用戶與裝修者無法對裝修的效果進行全面的了解，工程量太過繁重、造價估算速度慢以及準確率較差等弊端與缺陷。而虛擬現實技術的運用，則可以直接通過建模的方式，讓設計者裝修的水平與藝術技巧得到充分的發揮，并隨時可以對用戶不滿意的地方進行修改，通過三維將裝修效果完美的展現出來，讓用戶可以直觀的感受到裝修的效果。

4　結束語

總之，在建筑設計中對虛擬現實技術進行合理的運用，可以有效改善傳統的設計中因為人為出錯而造成的誤差，減少設計人員的工作量，大幅度提高建筑設計的質量與水平，必將會在未來的建筑設計中得到廣泛的運用和發展。

[1]沙劍功.在建筑設計中虛擬現實技術的運用[J].民營科技，2015，16（1）：204.

[2]牛聰.淺談虛擬現實技術在建筑設計中的應用[J].科教導刊-電子版（中旬），2014，19（1）：153.

[3]常洋.虛擬現實技術在建筑行業中的應用研究[D].鄭州大學，2010.

TU201

A

1673-0038（2015）43-0064-02

2015-9-11

呂鋼（1979-），男，助理工程師，本科，主要從事房屋建筑設計工作。