VR/AR技術(shù)在建筑設(shè)計及建筑施工中的應(yīng)用

顧春歡

摘 要：VR/AR技術(shù)是現(xiàn)如今建筑設(shè)計與施工中常用的兩種技術(shù)，本文在分別介紹兩種技術(shù)基礎(chǔ)之上，分析其在各個階段的具體應(yīng)用，最后介紹了兩種技術(shù)的應(yīng)用前景，為今后的使用指明了方向。

關(guān)鍵詞：VR/AR；建筑設(shè)計；建筑施工

中圖分類號：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0118-01

1 相關(guān)介紹

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)--VR

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為一種隨著多媒體技術(shù)發(fā)展起來的計算機(jī)新技術(shù)，其通過三維圖形生產(chǎn)技術(shù)、多傳感器交互技術(shù)與高分辨率現(xiàn)實(shí)等，生產(chǎn)三維逼真的虛擬環(huán)境，并綜合利用計算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)、人工智能等，模擬人的視覺、聽覺與觸覺等感覺器官功能，使人可以沉浸在計算機(jī)模擬的虛擬環(huán)境中，并通過語言、手勢等自然的方式與其開展實(shí)時交互，創(chuàng)建一種人性化的多維信息空間，隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的前景越來越廣闊。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)--AR

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，通過將計算機(jī)生產(chǎn)的虛擬物體、場景或者是系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場景之中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅僅將虛擬對象引入到真實(shí)環(huán)境中，同時還可以動態(tài)賦予對象位置與姿態(tài)，進(jìn)而保證虛擬對象與真實(shí)場景的一致性，使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的漫游更貼近人眼睛的觀察習(xí)慣，利用這種交互方式顯得更為自然。同時，因?yàn)樵鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)保留了真實(shí)的場景，所以輸出結(jié)果更為真實(shí)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理可以簡單地描述為，通過攝像機(jī)拍攝真實(shí)世界場景，得到真實(shí)實(shí)際的視頻流，通過跟蹤算法，實(shí)時對視頻中的每一幀圖像開展處理與計算，計算得出真實(shí)世界對于相機(jī)的位置與姿態(tài)，并將計算結(jié)果經(jīng)過幾何變換用于注冊虛擬對象在真實(shí)場景中的位置與姿態(tài)，產(chǎn)生虛擬場景。再通過視頻融合技術(shù)，將虛擬場景與真實(shí)世界的視頻流融合，得到融合結(jié)構(gòu)實(shí)時輸出到顯示設(shè)備，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用的建筑的設(shè)計階段[1]。

2 VR/AR在建筑設(shè)計階段的運(yùn)用

2.1 AR與建筑設(shè)計

可視化的設(shè)計為設(shè)計師之間貢獻(xiàn)設(shè)計視角、進(jìn)行提供設(shè)計的關(guān)鍵，一個更為直觀的可視化平臺對于如今需要有效地處理數(shù)字信息的建筑設(shè)計產(chǎn)業(yè)來說是必不可少的。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為一種增強(qiáng)的可視化手段，也將在建筑設(shè)計之中占據(jù)一席之地。AR CAD系統(tǒng)是暖通、給排水設(shè)計師通過可視化設(shè)備可以在虛擬的3D空間中多角度的觀察管線進(jìn)行設(shè)計深化并檢驗(yàn)CAD圖紙中存在設(shè)計問題。英國倫敦博物館使用AR技術(shù)推出了時光機(jī)器的智能手機(jī)應(yīng)用，將歷史的圖片與信息疊加到現(xiàn)在的街景上，加深后人對于歷史的文化理解。唐溆平[2]通過例子分析了建造AR數(shù)字城市的可能性，也就是利用三維追蹤技術(shù)，應(yīng)用點(diǎn)云無標(biāo)記的識別目標(biāo)物體并在實(shí)物上覆蓋各種的數(shù)字信息，并結(jié)合云計算，實(shí)時同步學(xué)習(xí)與映射算法的優(yōu)化進(jìn)行了信息的傳輸，最后通過移動設(shè)備下載信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市的應(yīng)用。

2.2 VR與建筑設(shè)計

使用VR技術(shù)開展建筑設(shè)計，在建筑設(shè)計階段就可以通過可視化、動態(tài)的方式全方位的展示建筑物所處的地理環(huán)境、建筑物外貌以及建筑物內(nèi)部的構(gòu)造以及各種附屬設(shè)施，進(jìn)而使人可以在一個虛擬的環(huán)境中，甚至在未來的建筑物中漫游。所以VR技術(shù)是建筑方案設(shè)計裝修效果展示以及方案投標(biāo)、方案論證與評審的有利工具，對于建筑設(shè)計、房地產(chǎn)業(yè)與建筑裝修業(yè)等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。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(yùn)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。

3 VR/AR在建筑施工階段的運(yùn)用

3.1 AR與現(xiàn)場施工管理

因?yàn)锳R可以在施工現(xiàn)場加載虛擬的施工內(nèi)容，使得現(xiàn)場人員從平面化的數(shù)據(jù)提取這種需要較高專業(yè)素養(yǎng)的活動之中解脫出來，就可以在現(xiàn)場施工管理中減少因?yàn)槭┕そM織與圖紙誤解或信息傳遞失真所造成的巨大損失，減少施工人員反復(fù)讀圖與識圖的時間，輔助施工人員的管理，加強(qiáng)現(xiàn)場施工人員的培訓(xùn)甚至通過加載明顯的標(biāo)記信息強(qiáng)調(diào)重要節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)而有利于現(xiàn)場安全管理。

3.2 VR與建筑施工

建筑工程施工的施工方法及施工組織的選擇和優(yōu)化主要是建立在施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，但是現(xiàn)代的建筑基本都追求獨(dú)具一格，建筑工程施工成為不可完全重復(fù)的過程，因此這種模式存在一定局限性，使用施工虛擬仿真技術(shù)就可以直觀、科學(xué)地展示不同施工方法和施工組織措施的效果，可以定量地完成方案的對比，有助于施工方案的選擇和優(yōu)化，真正實(shí)現(xiàn)最優(yōu)施工。施工虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能使工程技術(shù)人員通過計算機(jī)試驗(yàn)施工。

4 結(jié)語

將VR/AR用于建筑施工的模擬，不僅能夠以三維圖形、影像等形式實(shí)時地、動態(tài)地顯示施工方案實(shí)施的全過程，且工程技術(shù)人員可以通過軟件方便地選擇觀察角度對施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時漫游，以獲得全面的印象，并可以對方案反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，有利于對各道工序的協(xié)調(diào)組織。同時，隨著計算機(jī)技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，VR/AR將會得到更為長足的發(fā)展，必將更為廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域?yàn)槿祟惖纳a(chǎn)生活帶來全新的體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]周思躍，龔振邦.虛擬現(xiàn)實(shí)定義的探討[J].計算機(jī)仿真，2006（9）：219-222.

[2]唐溆平.建造AR數(shù)字城市的暢想與現(xiàn)實(shí)[J].文化月刊旬刊，2013（2）：76-78.