VR與AR技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用探討

劉建村

【摘要】：虛擬現(xiàn)實以及增強(qiáng)現(xiàn)實問世以前，建筑設(shè)計幾乎被CAD技術(shù)統(tǒng)攬，該技術(shù)能夠有效縮短建筑設(shè)計工期，提高設(shè)計精確度，降低建筑成本。然而，在現(xiàn)階段建筑建造中，不僅有建筑規(guī)劃，還有系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)實施，運(yùn)行管理及維護(hù)等等，運(yùn)用CAD技術(shù)就很難滿足。AR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)與VR（增強(qiáng)現(xiàn)實）技術(shù)的出現(xiàn)就使得這些問題得以擺脫，二者的真實性體驗，讓建筑模型在設(shè)計方法、設(shè)計觀念上都發(fā)生了翻天覆地的變化。同時，隨著現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，VR與AR技術(shù)在生活中的運(yùn)用愈加廣泛。

【關(guān)鍵詞】：虛擬現(xiàn)實；增強(qiáng)現(xiàn)實；室內(nèi)設(shè)計；應(yīng)用

VR與AR是現(xiàn)代信息技術(shù)模擬生成的一個立體數(shù)字空間，通過VR與AR，能夠模擬出讓人在感官上有身臨其境感覺的場景。同時，當(dāng)人處于虛擬現(xiàn)實世界中時，人的觀察不會受到類似二維、三維電影的視角限制，同時空間內(nèi)的事物也能夠讓人體驗到完整的五感。VR與AR技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計中的運(yùn)用，使得工程師對室內(nèi)設(shè)計能夠有更加充分的把控，通過最真實的反應(yīng)逐漸改善設(shè)計思路，使得室內(nèi)設(shè)計更加人性化。

一、VR技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用

（一）VR技術(shù)特點與VR系統(tǒng)

1.VR技術(shù)的特點

（1）臨場感

VR技術(shù)在創(chuàng)造場景上十分逼真，當(dāng)用戶處于VR技術(shù)下的場景中，能夠增加對該場景的感知程度。如果將這種技術(shù)運(yùn)用與建筑領(lǐng)域，那么，除了設(shè)計師能夠根據(jù)場景設(shè)計作調(diào)整，客戶根據(jù)VR技術(shù)呈現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實，能夠提前感受到設(shè)計師的設(shè)計方向，并與設(shè)計師做溝通。

（2）交互性

身處于VR技術(shù)下的虛擬現(xiàn)實中，利用傳感設(shè)備，能夠充分實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境中事物的交互。VR技術(shù)能夠?qū)⑵渲心M的對象反映到人的五感當(dāng)中，例如，人用手觸摸到虛擬世界中的水時，手就會有觸摸到水的感覺，如果人在其中拿起一個物體，那么隨之人也能夠感受到這個物體的重量，并且如果該技術(shù)運(yùn)用到圖書館中，當(dāng)讀者翻頁或者挪動書本時，虛擬世界中的書本也會跟著翻頁或移動。

（3）想象性

VR系統(tǒng)能夠展現(xiàn)出現(xiàn)實中不能夠展現(xiàn)出來的畫面，除了展現(xiàn)奇異的想象環(huán)境以外，它還能夠展現(xiàn)過去和未來，例如，當(dāng)用戶利用該技術(shù)對室內(nèi)設(shè)計進(jìn)行查看時，他面前如果有一張書桌，那么他不僅能夠感受到現(xiàn)階段使用書桌時自己的感受，還能夠通過虛擬現(xiàn)實感受到兩年或者三年以后自己使用書桌的感受。幫助客戶可以更好地做房屋室內(nèi)設(shè)計評估。

2.VR技術(shù)系統(tǒng)

VR技術(shù)系統(tǒng)在構(gòu)成上包括硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，其中硬件系統(tǒng)又有計算機(jī)、跟蹤器、傳感手套、三維立體聲音生成器等等，這些硬件系統(tǒng)的存在目的是為了讓用戶在嗅覺、視覺、觸覺上能夠有更加主觀的感受。軟件系統(tǒng)包括基礎(chǔ)建模軟件、模型驅(qū)動軟件、功能編程軟件。基礎(chǔ)建模軟件根據(jù)原始數(shù)據(jù)形成一個模型數(shù)據(jù)庫，后續(xù)的模型建立都需要以這個模型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)。模型驅(qū)動軟件可以將虛擬模型按要求驅(qū)動，功能編程軟件能夠讓場景轉(zhuǎn)換流暢，動畫自動運(yùn)行等，能夠滿足用戶的體驗需求。

（二）VR技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用

1.利用VR技術(shù)做室內(nèi)環(huán)境分析

建筑中高層建筑氣流分布對用戶的居住體驗有一定影響，當(dāng)兩個高層建筑距離近，兩棟建筑之間就會有氣流通過，同時風(fēng)速增加，風(fēng)速過高會導(dǎo)致環(huán)境污染，妨礙行人，也會影響周邊環(huán)境的結(jié)構(gòu)，引起局部溫度較低，導(dǎo)致建筑物的屋頂表面損傷，引發(fā)一系列安全問題。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以模擬建筑模型，根據(jù)實際的環(huán)境氣候，建立空氣流動模型，實時動態(tài)建筑模型的變化，從而改變空氣流動和強(qiáng)度的方向，達(dá)到建筑設(shè)計的理想效果。計算機(jī)可以對數(shù)據(jù)值進(jìn)行實時統(tǒng)計，有利于優(yōu)化設(shè)計方案，科學(xué)合理地優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，從而提高通風(fēng)條件。

2.利用VR技術(shù)比較建筑設(shè)計

虛擬現(xiàn)實技術(shù)著重于設(shè)計元素的比較和編輯的實時性能。通過更改設(shè)計元素，它可以適應(yīng)當(dāng)前的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計需求，并且可以對任何體系結(jié)構(gòu)設(shè)計元素進(jìn)行實時的比較和修改。建筑高度控制是一個重要的環(huán)節(jié)，一般建筑高度控制的設(shè)計，需要考慮不同地區(qū)的差異，也需要考慮景觀保護(hù)，要將文化遺跡和自然景觀納入到保護(hù)范圍中去。對于不同的建筑方案，VR技術(shù)的應(yīng)用能夠讓這些方案之間實現(xiàn)實時變換，也可以對建筑物的高度進(jìn)行實時的修改。能使建筑師更好地實現(xiàn)多方案的分析與比較，從而對設(shè)計方案作更直觀、更科學(xué)的選取。

（三）VR技術(shù)運(yùn)用與建筑室內(nèi)設(shè)計的應(yīng)用前景

在未來，VR技術(shù)預(yù)計會走向分布式VR技術(shù)，這種技術(shù)是對相對獨立的傳統(tǒng)計算機(jī)的界限突破，是人類的信息服務(wù)方法更加直觀逼真。在異地工程項目設(shè)計中，分布式VR系統(tǒng)是很有必要采用的，這樣一來，不同地點的設(shè)計師能夠?qū)ν还こ套龇抡嫣接懀ㄟ^這種仿真探討實現(xiàn)復(fù)雜的工程仿真。

二、AR技術(shù)在建筑室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用

（一）增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）概述

增強(qiáng)現(xiàn)實是借助三維顯示技術(shù)、交互技術(shù)、多傳感技術(shù)等，將計算機(jī)當(dāng)中的信息傳遞成虛擬的現(xiàn)實環(huán)境，當(dāng)真實環(huán)境與虛擬環(huán)境充分同步以后，或者兩種環(huán)境疊加一起，讓用戶增強(qiáng)對真實環(huán)境的理解。和虛擬現(xiàn)實相比，增強(qiáng)現(xiàn)實的現(xiàn)實感更加強(qiáng)烈，但是他的建模工作量比起虛擬現(xiàn)實又要小，因此廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化各種領(lǐng)域當(dāng)中，例如，在工業(yè)硬體安裝與維修領(lǐng)域中，就利用頭盔顯示器把機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過AR技術(shù)呈現(xiàn)，緊接著就可以通過看到的畫面解決一些技術(shù)上的難題。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實在建筑室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在建筑室內(nèi)設(shè)計中，增強(qiáng)現(xiàn)實能夠?qū)κ覂?nèi)設(shè)計實現(xiàn)建模，它可以將設(shè)計出的建筑模型配合以運(yùn)動的人流，為設(shè)計師直觀地表達(dá)建筑落地后的狀態(tài)。同時，在模型建立以后，人可以自如選擇進(jìn)入其中或離開，同時還能實現(xiàn)場景的放大縮小，是一種超越了傳統(tǒng)的全方位虛擬體驗。

在建筑室內(nèi)設(shè)計中，它可以自動提取模型的大小、形狀等，在建模設(shè)計中，直接掃描就可以提取場景。可以說，就目前來說，增強(qiáng)現(xiàn)實對建筑室內(nèi)設(shè)計的應(yīng)用十分有利。

（三）增強(qiáng)現(xiàn)實在建筑室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用前景

目前，城市中舉辦的各種建筑展覽里，展示建筑通過圖紙、照片等體現(xiàn)出來，如果要利用建筑模型展示則加大了工作難度，但是不利用模型又不能夠較好地表現(xiàn)場景，即便圖紙、照片以及動畫如何生動，都不能夠讓人產(chǎn)生身臨其境的感受。而AR技術(shù)就能夠做到這一點，參觀者在AR制造的場景中可以自由走動，同時能夠充分感受到建筑結(jié)構(gòu)、顏色等等，不僅有利于節(jié)約模型成本，表現(xiàn)形式也更加生動。通過時間與空間的結(jié)合，虛擬模型能夠有更加生動的表現(xiàn)，它能夠?qū)?dāng)前的施工基地進(jìn)度展示出來，同時通過這個展示，還能夠進(jìn)一步推算出工期究竟會延遲還是提前。

結(jié)束語：

AR與VR技術(shù)是新型的科學(xué)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實與增強(qiáng)現(xiàn)實在各領(lǐng)域中都具有著較大程度的運(yùn)用。就建筑室內(nèi)設(shè)計上看，虛擬現(xiàn)實與增強(qiáng)現(xiàn)實兩種新技術(shù)也可以結(jié)合運(yùn)用，通過虛擬現(xiàn)實給人身臨其境的感覺，再借助增強(qiáng)現(xiàn)實使人產(chǎn)生更加直觀的感受。在現(xiàn)代化領(lǐng)域中，AR與VR技術(shù)前景廣闊，在未來極有可能帶動生產(chǎn)經(jīng)營模式的革新。當(dāng)虛擬與現(xiàn)實相互重疊時，人類社會的嶄新一頁必將展開。

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