建筑學(xué)院虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

方 孫 韡

(湖北工程學(xué)院建筑學(xué)院，湖北 孝感 432000)

1 概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)VR技術(shù)，是用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)虛擬的三維空間，使用者可以在虛擬的三維空間里體驗(yàn)感官上的視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)。使體驗(yàn)者身臨其境的觀察三維空間里的事物。同樣的，體驗(yàn)者在現(xiàn)實(shí)世界里的動(dòng)作如身體的移動(dòng)，頭部觀察的偏轉(zhuǎn)，肢體上的動(dòng)作等，都可以被虛擬現(xiàn)實(shí)的采樣設(shè)備捕捉，進(jìn)入計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，從而使體驗(yàn)者與虛擬世界中的物體與事件產(chǎn)生互動(dòng)。以上兩個(gè)方面的相互作用使體驗(yàn)者身臨其境的在一個(gè)虛擬世界中進(jìn)行學(xué)習(xí)，生產(chǎn)和娛樂(lè)等活動(dòng)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)的基本構(gòu)架

2.1 計(jì)算主機(jī)

如圖1所示，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)架中，計(jì)算主機(jī)起著接收輸入設(shè)備如動(dòng)作捕捉器，頭部跟蹤器，位置追蹤器等追蹤器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后傳輸?shù)斤@示器樹(shù)脂頭盔立體眼鏡的輸出設(shè)備上進(jìn)行顯示。計(jì)算主機(jī)好比數(shù)據(jù)的橋梁，你是數(shù)據(jù)的中心處理單位。

2.2 輸入輸出設(shè)備

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，使用者與虛擬世界要產(chǎn)生互動(dòng)，就需要用到輸入輸出設(shè)備。用的輸入設(shè)備有動(dòng)作捕捉器頭部跟蹤器和位置跟蹤器等。這些輸入設(shè)備可以將人的動(dòng)作輸入到計(jì)算機(jī)中，并將其動(dòng)作轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)和虛擬世界中的物體數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。如動(dòng)作捕捉器可以將肢體動(dòng)作轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，肢體動(dòng)作就可以和虛擬世界進(jìn)行互動(dòng)。

輸出設(shè)備就是將虛擬現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成人可以接受的圖像聲音等，使人的感官可以感知計(jì)算機(jī)中的虛擬世界。數(shù)字頭盔，熒幕和立體眼鏡都能讓使用者沉浸在虛擬世界中，是虛擬世界的表現(xiàn)工具。

3 用途

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有便捷直觀的使用特點(diǎn)，因此廣泛使用于建筑工程設(shè)計(jì)之中。

3.1 直觀地進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有直觀的特點(diǎn)，因此，人們可以直觀的在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作。比如在城市設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以直觀的感覺(jué)城市的尺度和周邊的建筑景觀設(shè)計(jì)特點(diǎn)。然后根據(jù)直觀的感受和精確的數(shù)據(jù)進(jìn)行城市設(shè)計(jì)。并且可以將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)放置在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中和周邊的環(huán)境進(jìn)行比較，進(jìn)而改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)。同樣在建筑設(shè)計(jì)中，建筑師將自己的設(shè)計(jì)與周邊的建筑，場(chǎng)地相融合，在虛擬現(xiàn)實(shí)中體驗(yàn)自己的建筑。將建筑的體量，平面，立面，構(gòu)建，色彩等設(shè)計(jì)元素放在虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行考慮，進(jìn)而改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)師具有直觀感受，所以在虛擬現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)是未來(lái)設(shè)計(jì)的一個(gè)大的方向，可以使設(shè)計(jì)的質(zhì)量大幅的提升。

3.2 直觀地進(jìn)行建筑展示

我國(guó)目前對(duì)建筑設(shè)計(jì)的展示還是停留在二維平面和立體模型上。其局限性在于表現(xiàn)媒體自身的不足，展示不夠細(xì)膩不夠具體，不能有效的展示建筑的全貌。

虛擬現(xiàn)實(shí)的加入，可以將建筑放置在一個(gè)虛擬的立體空間中，自由的全方位地進(jìn)行展示。觀察者可以像真實(shí)的環(huán)境一樣。從建筑的入口進(jìn)入建筑的內(nèi)部空間。不光展示了建筑的外部設(shè)計(jì)，也可以從內(nèi)部觀察建筑的各個(gè)角度，各個(gè)細(xì)部，甚至可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣，使用體驗(yàn)這個(gè)建筑。

這個(gè)功能的特點(diǎn)是建筑設(shè)計(jì)，不僅僅是建筑師的工作，使用者建造者都可以參與進(jìn)來(lái)，使建筑設(shè)計(jì)更加的客觀。

3.3 建筑設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)

在以往的建筑設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)評(píng)比中,專(zhuān)家往往通過(guò)圖面的效果來(lái)進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。這種方式受媒體的制約，有時(shí)候顯得比較難以抉擇。

有了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后，建筑的評(píng)價(jià)就可以在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行。虛擬現(xiàn)實(shí)中不僅可以通過(guò)直觀的感受進(jìn)行評(píng)價(jià)，也可以通過(guò)各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的比較，設(shè)計(jì)和工程上的參數(shù)進(jìn)行比較。比如，住宅區(qū)規(guī)劃和住宅設(shè)計(jì)的評(píng)比中，居住區(qū)的景觀，環(huán)境和住宅的室內(nèi)空間不再是單一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。施工的方便與否，構(gòu)建的質(zhì)量和材料的參數(shù)均可在虛擬現(xiàn)實(shí)中得以展示。這樣就可以完整的評(píng)價(jià)一個(gè)設(shè)計(jì)的好壞。優(yōu)化居住者的使用體驗(yàn)，優(yōu)化施工的環(huán)保性能和材料的綠色節(jié)能。

4 意義

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在建筑信息模型中是一個(gè)比較前沿的科技方向。在當(dāng)今一些建筑的設(shè)計(jì)施工和使用中存在著許多的失誤和浪費(fèi)。這些失誤和浪費(fèi)僅靠加強(qiáng)人的管理不可能完全的控制。但是有了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),可以在前期進(jìn)行一個(gè)三維的模擬和數(shù)據(jù)的分析。系統(tǒng)的控制和分析可以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，預(yù)防施工帶來(lái)的浪費(fèi),提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。