基于HTC Vive的體感交互式虛擬現實建造教學方式

袁 浩

(北京工業大學建筑與城市規劃學院，北京 100000)

基于HTC Vive的體感交互式虛擬現實建造教學方式

袁 浩

(北京工業大學建筑與城市規劃學院，北京 100000)

對基于HTC Vive的體感交互式虛擬現實技術的虛擬建造方式進行了介紹，并設計了一系列交互操作。通過建造實驗證明，該技術能很好地完成虛擬建造，具有一定的推廣價值。

HTC Vive，體感交互式虛擬現實，建造教學

與傳統建筑相比，當今建筑無論是復雜程度還是建造難度都在上升。設計人員需要了解、獲得更多建造知識和技能，這對建造教學提出了更高的要求。建筑虛擬建造實驗以最直觀的方式展示建筑的建造環境，建造方法，利用虛擬現實技術經濟、安全、可重復的特點，縮短建造周期，降低建造成本。

1 HTC Vive體感交互式虛擬現實簡介及引入意義

目前運用在建筑設計教學中的虛擬現實技術主要還停留在建筑的視覺表達方面，忽略了建造的物質性和身體性，相比純粹的圖文學習，建造教學的實踐性可以幫助學生建立起一個“學習情境”“其中獲取信息已經成為整個問題解決過程中的一部分”，這樣的教學方式將更為高效[1]。

2 虛擬建造實驗

2.1 虛擬建造對象

考慮到實驗的時間、人員等因素，選取主要構件為工廠預制的建筑進行虛擬搭建實驗。本實驗虛擬建造的對象為四川栗子坪自然保護區熊貓監測站。

2.2 實驗總體設計

虛擬建造以項目的施工方案為基礎，利用BIM建模軟件Revit對建筑建模。以Unity 3D為虛擬現實開發平臺，按照相應的規范，合理設置虛擬建造模塊。

“Lighthouse追蹤系統”和”HTC Vive手柄”作為使用者信息采集器，Visual Studio 2012作為交互程序開發平臺，設計出基于HTC Vivo體感交互設備的交互程序。使用者以第一人稱的視角，通過肢體語言完成虛擬建造的過程(見圖1)。

2.3 虛擬建造步驟

2.3.1 虛擬現實場景建模

場地氣候寒冷多降水，土質路面因頻繁的降雨長期處于泥濘狀態[2]。在本項目中建筑場地對于建筑的建造方式，材料選擇以及結構體系都起著決定性的作用。

2.3.2 虛擬建造

基礎梁安裝：移動到建筑構件堆放場地，將手伸到工字鋼梁處，按下“觸發鍵”，從堆放場地拾取工字鋼梁，將其移動到預先埋設的基礎上，此時可以看到紅色的高亮提示，說明已經對建筑構件進行捕捉，松開觸發鍵，鋼梁自動“附著”到基礎上的相應位置。當所有底梁都放置在基礎上以后，使用“工具切換”鍵，調出扳手工具，此時按下“觸發”鍵，即可在距離手10 cm的地方出現螺母，將螺母移動到螺栓處，觸發程序，螺母自動擰在螺栓上，完成工字鋼梁的固定。

地板安裝：同移動工字鋼底梁的操作一樣，將底板移動到相應位置。當移動到目標附近時，松開“觸發鍵”，完成自動放置。

箱體組裝：將事先制作好的木板拾取，通過移動操作將木板按照設計組裝成箱體。將工具切換成電動螺絲刀，按下“觸發鍵”，距離手部10 cm處出現一個自攻螺絲，移動到相應位置，完成箱體拼裝。

箱體放置：將三個箱體組裝成一組，在程序設計中，當三個箱體移動到一起后，新的大箱體會自動編成一個組件。使用移動操作，將其整體移動到已經建造好的基座上。

屋頂構件組裝及放置：先將預制的木板移動到相應位置，組裝成屋頂構件。先安裝支撐構件，再移動組裝的屋頂構件。由于有碰撞體的存在，屋頂構件可以被精確安裝在卡槽中。

U型玻璃外圍護結構安裝：運用自攻螺釘等工具將預制卡件安裝，再通過移動操作將U型玻璃從導軌中依次放入，完成外圍護結構的安裝(見圖2)。

3 實驗評價及結語

3.1 基于HTC Vive的體感交互式虛擬現實技術的優勢

基于HTC Vive的體感交互技術，可通過跟蹤的手勢信息完成建造操作，提供更強的交互式，沉浸式體驗，對于建造的構件還可以單件查看。

對于近幾年出現的裝配式建筑等相對比較新穎的建筑形式，在傳統本科教學中對于其建造的討論顯得不足。運用虛擬現實技術，通過等比例的虛擬模型對某個節點進行虛擬建造的方式有助于對其建造方式，構造節點等方面的進一步探討研究。

3.2 基于HTC Vive的體感交互式虛擬現實技術的不足

需要指出的是，虛擬建造在當前的技術條件下并不能替代實體建造。建模軟件建模的過程在一定程度上代替了材料加工過程，由于忽略了材料特性和加工工藝，雖然最后能展現出真實的尺度，但有將材料淪為塑形工具的危險。所以應該讓學生在課程開始之前便具備建造意識，材料物理特性和數控加工工藝需要在設計開始之前被預先了解[1]。

4 發展與展望

BIM+VR共同輔助規劃設計已經成為一個方向，VR對BIM的促進和優化必將推動其在設計教學與科研領域的應用與發展[3]。交互式虛擬現實技術作為一門新興的技術，目前還處于起步階段。如何把交互式虛擬現實技術和建筑各方面融合在一起，還需要進一步探索。

[1] 張 早.建筑學建造教學研究[D].天津:天津大學,2013.

[2] 張東光，朱競翔.源自建造的設計——四川栗子坪自然保護區熊貓監測站的材料、系統與施工[J].建筑學報,2014(4):66-67.

[3] 建筑信息模型結合虛擬現實(BIM+VR)在設計教學中的探索性運用——以Fuzor平臺為例[A].信息·模型·創作——2016年全國建筑院系建筑數字技術教學研討會論文集[C].沈陽:中國建筑工業出版社,2016.

Buildteachingmethodsofbody-interactivityvirtualrealityonthebasisofHTCVive

YuanHao

(CollegeofBuilding&CityPlanning,BeijingUniversityofIndustry,Beijing100000,China)

The paper introduces virtual reality building methods of body-interactivity virtual reality technique on the basis of HTC Vive, designs a set of interactive operation, and the building experiment proves that: the above-mentioned technique can better accomplish virtual reality build, which has certain promoting value.

HTC Vive, body-interactivity virtual reality, build teaching

TP319

：A

1009-6825(2017)24-0256-02

2017-06-13

袁 浩(1995- )，男，在讀本科生