建筑設(shè)計中的數(shù)字手段與虛擬現(xiàn)實技術(shù)

周寧寧

（華誠博遠(yuǎn)工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 建筑設(shè)計中的數(shù)字手段

1.1 數(shù)字化表現(xiàn)技術(shù)

建筑設(shè)計中的數(shù)字化表現(xiàn)技術(shù)，具體指的是將建筑設(shè)計中以數(shù)字作為工具，通過對建筑實體的虛擬化，將建筑虛擬實體呈現(xiàn)出來，使建筑設(shè)計師和用戶能更加直觀形象地觀察到虛擬建筑實體的形狀、大小和色彩等。數(shù)字化表現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，不僅可以表現(xiàn)空間實體的存在形式，而且可以對大小和色彩等進(jìn)行展示，從而幫助設(shè)計師及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題并改正，最終改善建筑設(shè)計的效果。

1.2 數(shù)字化表現(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計，注重的是建筑的實用性功能，即要保證建筑物的穩(wěn)定和安全性，對建筑外觀和審美上的效果并不是十分重視，而且受到技術(shù)和人員的限制。但是在現(xiàn)代建筑設(shè)計中，除了要滿足使用功能外，還要給人一種視覺上美的享受，所以對建筑外觀、色彩的設(shè)計也非常重要。通過數(shù)字化表現(xiàn)技術(shù)可以將建筑設(shè)計效果充分表達(dá)出來，設(shè)計人員可以及時全面地了解建筑材料的相關(guān)信息，有效控制設(shè)計誤差和設(shè)計成本，減少重復(fù)設(shè)計的同時可以改善設(shè)計效果。此外，數(shù)字化表現(xiàn)技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，還能幫助用戶可以盡早了解到建筑實體的基本情況，了解設(shè)計意圖和目的，給出相應(yīng)的建議或需求，而設(shè)計人員則可以根據(jù)用戶要求和現(xiàn)有的設(shè)計效果再次完善設(shè)計方案，使最終的設(shè)計效果更為理想。

2 建筑設(shè)計中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合性和專業(yè)性較強(qiáng)的高新技術(shù)，具有交互性強(qiáng)、想象性和沉浸性的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)的是人在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的主導(dǎo)作用。在具體應(yīng)用中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以構(gòu)建三維立體環(huán)境，呈現(xiàn)一個直觀景象，幫助人們快速了解設(shè)計意圖和設(shè)計效果，同時結(jié)合人們聽覺和視覺等感官，給人以一種全方位的感官體驗。此外，利用該技術(shù)可以幫助設(shè)計人員及時發(fā)現(xiàn)建筑環(huán)境設(shè)計中存在的缺陷，采用針對性的改進(jìn)措施，優(yōu)化設(shè)計效果。總的來說，建筑設(shè)計是集技術(shù)、藝術(shù)和創(chuàng)新為一體的專業(yè)領(lǐng)域，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用則打破了傳統(tǒng)建筑設(shè)計模式，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，可以拓寬設(shè)計人員的思路，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，同時還能縮短設(shè)計周期，減少設(shè)計成本。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用價值

2.2.1 可展示建筑物整體信息

以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用相關(guān)數(shù)字軟件使得設(shè)計出的效果圖、建筑模型等更加完整、生動和豐富，便于設(shè)計人員和技術(shù)施工人員之間的溝通，同時為用戶展示更加全面精確的建筑信息。與過去傳統(tǒng)的表達(dá)方式相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，能展示建筑物整體信息內(nèi)容，并且還能使人們沉浸其中，充分發(fā)揮想象力，感受到身臨其境的感覺。設(shè)計部門、管理部門與用戶通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對建筑空間整體信息的展示，在良好溝通前提下優(yōu)化設(shè)計效果。

2.2.2 可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離瀏覽

虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅具有直觀性，而且還能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離瀏覽。即虛擬現(xiàn)實技術(shù)將表達(dá)的作品發(fā)布在網(wǎng)上，工程施工單位可進(jìn)行遠(yuǎn)距離瀏覽，利用虛擬現(xiàn)實平臺進(jìn)行網(wǎng)上遠(yuǎn)程交流。在VRML中利用攝像機(jī)導(dǎo)航設(shè)置，在虛擬場景中指定相關(guān)控件和觸發(fā)器，不僅實現(xiàn)了實時瀏覽，而且拓寬了瀏覽的范圍。

2.2.3 可實現(xiàn)多方案的實時比較

在建筑設(shè)計中一般會提出幾種不同的設(shè)計方案，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可實現(xiàn)對不同方案的實時切換，幫助設(shè)計人員在同一個觀察點(diǎn)中感受不同建筑外觀，這樣能便于發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計中存在的不足，優(yōu)化設(shè)計方案。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可實現(xiàn)對不同種方案的比較，可實現(xiàn)對某個特定部位的修改，并實時和修改前的方案進(jìn)行比較。

3 建筑設(shè)計中數(shù)字化虛擬現(xiàn)實技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 建立三維建筑虛擬環(huán)境空間

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)首先要建立三維模型，通過該三維虛擬環(huán)境空間，采用瀏覽動畫的方式，將攝像機(jī)架設(shè)在人眼瀏覽路徑上，可獲得一種進(jìn)入建筑環(huán)境空間的動態(tài)感覺。不過這種動畫瀏覽的方式可操作性和人機(jī)交互性較差。現(xiàn)階段可以利用3DStudioMAX軟件中的VRML語言輸出功能實現(xiàn)鼠標(biāo)導(dǎo)航的三維建筑虛擬空間，也就是利用VRML選項建立三維場景，并觸發(fā)三維場景中指定的活動控件和觸發(fā)器，在瀏覽到建筑場景中指定的三維物體以后可通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊該物體，場景便會自動播放已經(jīng)設(shè)置好的瀏覽動畫，使三維虛擬環(huán)境空間更加生動形象。

3.2 優(yōu)化互動設(shè)計

數(shù)字化虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，可以優(yōu)化人機(jī)互動界面，通過計算機(jī)人機(jī)界面的應(yīng)用，實現(xiàn)計算機(jī)各項綜合技術(shù)的運(yùn)用，同時利用語言和手勢功能，創(chuàng)造出一種具有人性化和多維性的信息空間，真實、立體直觀地表達(dá)設(shè)計目標(biāo)，實現(xiàn)建筑設(shè)計的優(yōu)化。此外，設(shè)計人員通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供的交互系統(tǒng)，利用計算機(jī)軟件結(jié)合現(xiàn)實的自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件等，根據(jù)用戶需求設(shè)計多種方案，然后在對不同方案比較的基礎(chǔ)上調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)，并對特定局部進(jìn)行修改完善，將修改后的方案和修改前的方案實時對比，選出最佳方案。然后在深化互動設(shè)計中，可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)減少設(shè)計各專業(yè)之間的設(shè)計沖突，優(yōu)化設(shè)計空間，還能利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行交流，征求業(yè)內(nèi)人士的意見，使設(shè)計方案更加完善。

3.3 展示建筑物整體信息

在普通計算機(jī)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用中只能展示建筑物的二維或三維空間效果，也就是只能表達(dá)建筑物的具體信息，提供的也是一種單一的視覺尺度，設(shè)計人員和其他管理人員不能獲取全方位的信息，因而就無法真正了解設(shè)計特點(diǎn)和設(shè)計還存在的不足。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可模擬出完整的建筑物模型，包含建筑物所有參數(shù)信息，給人以一種真實的感官體驗，不僅幫助設(shè)計人員、管理人員和用戶全面了解擬建建筑物的信息內(nèi)容，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計方案，而且也提高了建筑設(shè)計的質(zhì)量和效率，降低建筑設(shè)計成本。

3.4 建立虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

模型式和圖像式是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本形式，模型式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)以VRML語言為主，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)建立模型，并利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)連接到資料庫，開展實時模擬操作。VRML語言在萬維網(wǎng)中定義和更多信息相關(guān)的三維世界內(nèi)容，表達(dá)交互三維空間。在VRML語言瀏覽器啟動后，將語言中的信息解釋為語言空間中的建筑物幾何形體描述，在語言空間被用戶瀏覽器解釋以后可以實時顯示出來，給用戶呈現(xiàn)一個生動的活動場景。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑工程是一項專業(yè)性要求高、技術(shù)復(fù)雜且建設(shè)內(nèi)容量大的系統(tǒng)性項目，在實際建設(shè)中具有不可逆性。利用數(shù)字手段和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，一方面可有效降低設(shè)計錯誤，提高設(shè)計質(zhì)量，另一方面可縮短設(shè)計時間，節(jié)約設(shè)計成本。因此，數(shù)字手段和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，可有效推動建筑設(shè)計的發(fā)展，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。