VR 技術在建筑設計中的應用研究

王 飛，李彩紅，孔艷麗，李志強

（黃河科技學院，河南 濟源 459000）

0 引言

VR 技術作為計算機仿真技術的重要分支實現了交互系統的應用，融合了多元化的信息，創造了建筑設計的新模式。VR 技術在我國應用引領了建筑設計的新風尚。VR 技術在建筑設計應用中，能夠把設計理念通過先進的技術充分模擬出來，讓客戶真實體驗到設計的最終效果；在建筑設計應用中，打破了傳統的設計理念，能夠體現設計的主動性和積極性；實現了用戶與設計之間的充分銜接，是真正提高建筑設計水平的重要技術類型。

1 VR 技術解析

VR 技術是虛擬的現實技術，是20 世紀發展起來的全新的實用技術，融合了計算機電子信息、仿真技術，帶來了環境的沉浸式體驗。VR 技術通過虛擬和現實的結合，創建和虛擬了一個計算機仿真系統，用戶沉浸在環境中，通過計算機產生的電子信號傳輸設備，轉化成人們的感受。VR 技術通過三維模型模擬真實環境，產生的效果與現實非常相似。VR 系統有超強的仿真能力，實現了人機交互。VR技術涉及多個學科的內容，實現了虛擬環境交互體驗，在網絡化多極化操作下，用戶共享一套虛擬環境。VR 的系統功能包括規劃設計、展示娛樂、訓練演練等多種類型。VR 采用的關鍵技術包括動態環境建模技術，通過虛擬環境建立VR 系統，獲取環境的三維數據，根據需要建立虛擬環境模型。實時三維圖形生成技術，采用三維圖形生成技術，保證圖形刷新頻率不低于15 幀/s。采用立體顯示和傳感技術用于交互能力操作，通過力學觸覺等研究跟進實現了虛擬技術的精度和范圍的不斷提升，應用系統開發工具包含了尋找合適的場合和對象，大幅度提高了生產效率，實現了系統集成技術中識別與合成技術等[1]。

2 VR 技術在建筑設計中應用的主要優勢

2.1 直接展現建筑設計效果

VR 技術通過虛擬現實技術達到了理想的設計效果，在展示效果圖的過程中，通過VR 技術能全方位展示設計的整體情況，這種設計方案實現了全局式的展現，用戶可以直觀看到設計情況，通過全面了解設計效果進行方案的確認或者修改。VR 技術在應用過程中，通過實際場景的真實形式展現，能使設計效果更加直觀地表現出來。例如結構的設計、地形的設計、人文景觀的建造、科技產品的應用等，這些內容都可以通過三維建筑設計系統體現出來，用戶在審查設計效果的時候，通過虛擬環境，感受設計的實際情況，很大程度上提高了設計的可操作性。特別是互聯網技術發展以來，這些效果能直接展現在用戶的眼前，通過遠程溝通方式實現效果的瀏覽和交流。VR 技術提供的虛擬現實是在環境中的設計觀念，通過物體的設計展現了真實的場景，特別是在現代化建筑設計中，用戶的感官體驗更加明顯，有利于給出明確的判斷（見圖1）。

圖1 VR 觀看設計結構

2.2 有利于實現多種設計方案的對比分析

建筑設計是一個系統而復雜的過程，通常要選擇幾個備選方案，根據用戶的選擇來確定最終的方案。在規劃設計的時候至少需要有2 套設計方案，通過VR 技術可以實現多個方案的比較分析，根據三維建模的形式展示出建筑設計的實際情況。不同方案設計之間可以隨意切換，用戶在同一個位置可以感受到不同的設計，能夠直觀地分析出最佳設計方案，特別是設計方案對比分析過程中，可以根據同一種建筑結構來設置出不同的感受，在設計時會產生新的靈感。

VR 技術充分給予了想象的空間，讓虛擬的物體展現在畫面里，這些物體是想象出來的，通過虛擬的技術可以拓展認知范圍，在建筑設計中，例如櫥柜的裝修可以運用VR 虛擬現實技術，讓櫥柜的效果展現出仿真的體驗。特別是現代櫥柜中，人們需要感覺和心理上的效果提升，設計人員可以通過VR 虛擬技術給用戶提供具體的參考，使設計理念更加直觀、立體地呈現，客戶因此能夠做出更好的選擇。多種方案在分析的過程中運用VR 技術可以展現出直接的、數據化的對比，說服力更強，可操作性更強[2]。

2.3 有效節約項目建設成本

建筑項目設計過程中，節約成本是主要的目標。通過VR 技術在設計階段的全方位展示，設計方案經過反復的驗證和瀏覽，力爭設計產品最終能獲得雙方滿意的結果。

在方案施工過程中，工程項目不會進行大規模的返修，很大程度上節約了投資和運行成本，這對于現代建筑而言具有重要的價值。例如在建筑模型上點、線、面等排列，需要設計出門窗墻梁等信息化部件，這些部件通過虛擬現實技術以后，建立了立體化的模型。模型的水平投影、模型方向相應的位置都能夠通過虛擬技術展現出來，各種材料的應用效果也可以通過虛擬效果展現出來。建筑模型實現了高度智能化、數據化的建設，所有的內容存儲在數據庫中，并通過參數變化來保證其關聯性，在這種情況下，建筑成本得到了有效的控制，特別是在修改等方面通過虛擬技術的操作，提高了建筑設計的質量，減少了圖紙出錯的可能。VR 技術實現虛擬化環境，使設計達到了可視化，可以更好地驗證設計的可行性和準確性[3]。

VR 虛擬建筑能夠充分實現空間環繞的動態審視，通過計算機的計算與圖像處理能力，可以實現真實世界和虛擬世界之間的融合。虛擬現實技術在復雜的施工結構中，例如機械設備、施工場景、結構構件等都可以通過可視化條件進行修改，縮短了工作時間，特別是在虛擬呈現考察建筑設計中，提供了相關的改善方法和策略，這種情況下VR 技術發揮了前置性的優勢，有利于工程的整體性建設。

3 VR 技術在建筑設計中應用的策略

3.1 精準分析建筑設計的基礎環境

建筑設計依托于自然環境，特別是高層建筑設計中，受物理環境影響較大，在建筑設計中要考慮物理環境之間的差異，提高物理環境的整體效能。建筑物的磨損程度，風聲、噪聲的污染，建筑屋頂及表層裝修等內容都要在設計過程中，通過對環境的差異分析實施全方位考慮。例如地勢變化、溫度風速產生影響，建筑物四周環境局部溫度變化，借助VR 虛擬現實技術可以設計出預設的模擬場景，通過轉變氣流大小來觀察建筑物是否符合設計要求。特別是在預期設計中通過計算機對數據指標展開統計，通過多種參數展開合理的設計，根據不同的層面優化設計方案，選擇最佳的環境匹配方案，減少環境對建筑設計帶來的不良影響。

VR 技術的優勢在于數字化的分析，通過數字化的分析對比能夠對物理環境進行充分的解析，有了明確的環境認知，才能夠更好地實施施工具體操作，特別是在建筑設計中的預裝修體驗中，通過VR設計進行效果的更換與修改空間體驗，考慮多方面的因素，如空間布局、色彩搭配、建筑材料等元素都要與環境設計相匹配，在明確建筑環境設計的基礎上才能開展之后的相關工作[4]。

3.2 構建多元化的設計展示模型

VR 技術在建筑設計中比較重要的部分，是通過設計展示來為客戶提供良好的方案。通過體驗式的手段控制虛擬設備，用各種方案分別進行體驗，這種技術方法比較成熟和直觀，在不同的環境條件下表現手法不同，根據用戶的體驗等構建出來的虛擬環境也充分展現了系統的優越性。例如體驗者和設計人員針對設計理念開展交流，通過參與感、控制感較強的體驗環境，用戶能夠實施全面的監督和控制。用戶能夠感覺到面部語言、身體語言等變化，體驗人員的主體行為意識和主體感知都能夠獲得第一手數據，深入了解體驗人員的感受，通過效果與現實載體的轉換，更好地確定模擬環境是否符合現實環境要求。例如虛擬頭戴設備能夠提供360°的感官體現，對移動的環境和設備展開認知。科學的技術方案設計使體驗人員能夠真正理解設計方案的要求，通過觀察計劃方案流程，進一步了解方案的實際形態，在構建多元化的設計展示模型中，VR技術發揮了充分的作用，用戶與現實環境的連接得到全面的融合。

VR 技術架構起了設計師和用戶之間溝通的橋梁，例如在交互的虛擬空間展示時，客戶會有身臨其境的感覺，多種感受都會直觀展現出來，在三維互動的結構設計中，用戶會感受到自己真正觸碰了這個環境的物品。例如手中有門把手的感覺，有推開門的力量，虛擬環境中讀者可以從書架上取下書，讓客戶感受到真實性的體驗。

運用VR 技術可以構建多個樣板間設計，根據用戶需求對方案進行更改，減少修改的次數和時間，把握客戶的實際需求。例如在施工環節采用VR技術可以增強現實技術的預期設計，保證施工環節達到標準。例如搭載了SLAM 技術的設備，在項目工地巡視后快速完成細致的制圖。施工人員可以帶上VR 頭盔，解放雙手，獲得更多的信息，可以查看施工日志或與工友溝通，識別各種設備和場地進度等。施工人員可以運用定位地圖技術，拿著手機對建筑物進行掃描，幾分鐘之內完成建模工作，運用3D 技術捕捉圖像，實時體現工地場景發生的情況，獲得準確的數據（見圖2）。

圖2 VR 識別施工環境

3.3 充分表現設計思路和設計理念

VR 技術與傳統的交互技術不同，改變了傳統技術中通過鍵盤、鼠標與顯示器配合的方式。VR 技術展現的是數字頭盔和手套等穿戴工具，通過三維立體眼鏡、智能式操作手柄來完成傳感任務，語音和動作識別及智能溝通方面也包含著交互技術，因此，在交互技術領域，VR 技術在操作中為設計師拓寬了思路，客戶可以享受服務平臺提供的內容，也可以根據客戶流程的信息體驗建立檔案。

VR 技術在建筑設計中應用做到了技術的合理銜接，在這樣的形勢下，空間表現力和沉浸式的動態表現力更加強大，有利于客戶更好地實現空間體驗，也有利于全面提高設計效果。VR 虛擬現實技術在建筑設計應用過程中可以采用虛擬環境和真實環境相互融合的方法，借助對三維立體模型的控制，表達設計理念[5]。

VR 技術通過真實場景展示，充分展現了設計人員的設計思路和想要表達的設計理念。例如對建筑結構的現實狀態和外形結構進行思考，將設計人員的設計形態展示出來，設計師采用計算機輔助設備，如果圖形表達過于復雜，就容易模糊概念。但是在VR 技術的應用中，可以通過更加貼切、全面、立體式的展示，讓客戶感受到設計理念和表現效果之間的關系，這樣能夠在體驗式的過程中，讓客戶真正明確是否能夠符合自己的設計理念。通過反復的實踐不斷調整設計方案，滿足客戶的要求，降低設計師的消耗成本。例如在現實設計中能夠把設計充分與VR 技術相融合，通過三維模型的VR 軟件，設計師上傳設計方案，方案經過上傳以后生成鏈接，用戶無需做其他的操作，就可以直觀看到實際效果。這些效果通過客戶端的操作與鏈接設計的理念會真實地展現出來。設計師與客戶進行進一步溝通，根據設計理念布置形態的融合，使建筑設計方案的體驗更加快捷，特別是在復雜場景應用中，VR技術真正與客戶構建了三維模型式的價值體驗，通過保留三維數據作品能夠進行科學的方案管理。

4 結語

VR 技術在建筑設計行業內具有重要的作用和價值，通過VR 虛擬現實技術，建筑設計行業有了可以充分依托的技術基礎。伴隨著信息科技的快速進步，VR 虛擬技術將會在未來的發展中發揮更加重要的作用，讓用戶在視覺、觸覺上能夠與作品進行零距離互動。

通過VR 虛擬技術可以及時發現設計中存在的問題，有利于及時修訂方案、改進策略，大幅提高客戶對設計效果的滿意度。建筑設計行業在發展進步的過程中，依托新興技術取得良好的成果，VR 技術將應用在建筑設計的多個領域，不斷豐富操作優勢，提高應用空間體驗，改善設計流程，降低工程成本，全面提高建筑設計施工效率。在未來發展的過程中，VR 技術需要不斷更新，針對設計理念的變化實施技術上的升級。對于VR 技術在建筑設計中應用的研究，需要明確當前建筑設計應用領域的情況，也要真正理解VR 技術在建筑設計中應用的方向，以技術性的探索來分析VR 技術與建筑設計之間的高度融合。