基于虛擬現實技術的建筑空間設計研究

在開展建筑與景觀設計的過程中，需要借助多個學科的知識技術，才能夠有效提高建筑空間與環境設計的水平，保證整體空間環境的效果和質量。隨著計算機技術的演進，數字化手段在建筑領域的應用日益廣泛。虛擬現實技術作為一種沉浸式交互技術，能夠提供高度直觀的三維環境，使得建筑空間的構思、優化和評估工作更加直觀和高效。當前，建筑行業正處于智能化和數字化轉型的過程中，如何利用先進技術提升建筑空間設計質量成為相關工作者需要重點關注的問題。

一、建筑空間設計的發展現狀與挑戰

隨著我國建筑行業的不斷發展，建筑空間設計在整個建筑設計中越來越重要?？臻g設計方法論歷經從手工制圖到參數化建模的技術轉型，現階段主要采用BIM協同平臺與三維可視化工具。傳統設計流程中存在的平面投影失真、立體關系表達模糊等問題，雖通過軸測投影與動態剖面技術得到部分緩解，但在多維度空間感知、物理環境模擬等方面仍存在技術缺口。在實際工程中，需要精確處理功能流線、自然采光模擬、材質反射特性等關鍵參數，這些參數直接影響著方案的可實施性與空間表現力。

二、虛擬現實技術的應用優勢

虛擬現實技術就是在計算機軟件和傳感器的幫助下對三維空間進行模擬，使得使用者在使用的過程中能夠在各種感官上有身臨其境的感受。虛擬現實技術由感知終端、運算中樞和交互接口三大部分構成：感知終端包含VR頭顯、動態追蹤系統和力反饋裝置，運算中樞依托圖形處理器集群實現場景生成與數據解析，交互接口集成體感操作、聲控指令和視線捕捉等多元控制方式。近年來，光學定位精度的突破與邊緣計算能力的提升，顯著改善了系統的響應速度和場景還原度。在建筑學領域，該項技術已形成多個成熟應用場景并持續拓展實踐范圍。

虛擬現實技術在建筑領域展現出獨特的技術集成優勢：應用全景式虛擬場景重構空間認知維度，設計師能直觀把握建筑體量與場所環境的尺度關系；在方案推敲階段，支持實時調整空間序列與功能模塊布局，實現參數化設計與虛擬驗證的閉環迭代；多模態交互機制允許使用者利用自然行為方式體驗空間動線，為方案優化提供具身化認知依據。相較于傳統工作流程，該技術可將實體模型制作成本降低約 6 0 % ，使設計修改響應速度提升3倍以上。隨著實時光線追蹤與云端協作技術的應用深化，該技術正推動建筑設計方案從靜態展示向動態模擬轉變。

三、虛擬現實技術在建筑空間設計中的應用

（一）虛擬現實技術在建筑空間構思階段的應用

1.空間規劃與布局模擬

設計人員在建筑空間規劃階段需要借助虛擬現實技術創建三維環境，以便直觀展示不同空間布局的效果。在構建虛擬環境時，應當使用三維建模軟件構建基礎結構，并結合虛擬現實設備進行空間比例的精確調整。對于不同功能區域的劃分，設計人員可以在虛擬環境中設置交互式界面，調整空間尺寸、墻體位置及動線布局，使規劃方案更加合理]。

在空間布局模擬過程中，設計人員需要利用虛擬現實系統提供的實時渲染技術，觀察不同布局方案下的空間關系，并采取虛擬漫游的方式體驗空間動線的合理性。對于大型建筑項目，設計人員可以使用虛擬現實技術分析人流動線，調整出入口位置、公共區域大小及交通流線，優化空間使用效率。在公共空間的規劃中，設計人員可以運用虛擬現實系統測試人群密度，分析空間承載能力，避免出現布局不合理的問題。

在空間規劃過程中，光照條件的模擬也是核心環節。設計人員需要利用虛擬現實軟件提供的光照計算功能，調整自然光照射角度，分析光影變化對于空間氛圍的影響。對于需要精確控制采光的建筑項目，設計人員可以在虛擬環境中調整窗戶大小、遮陽系統及人工照明方式，使空間布局更加合理。

2.設計概念驗證

在設計概念驗證階段，設計人員需要利用虛擬現實技術構建高度還原的三維環境，測試和優化初步構思。虛擬現實技術可以將二維草圖或基礎模型轉化為可交互的虛擬空間，使設計概念更加直觀，便于分析其合理性。在這一過程中，設計人員需要借助虛擬現實設備進入數字環境，觀察空間尺度、結構關系及視覺層次感，并根據實際體驗調整設計方案。

設計人員在概念驗證階段需要重點分析空間形態的合理性。虛擬現實系統可以提供多角度觀察模式，使設計人員能夠站在不同位置體驗空間設計效果，判斷空間開闊度、視線通透性，以及結構比例是否符合設計目標。對于復雜空間形態的設計，虛擬現實技術可以模擬不同方案在真實環境中的表現，幫助設計人員篩選最佳方案。

設計人員可以利用虛擬現實軟件內置的材質庫，選擇不同材質并在虛擬環境中進行對比分析，判斷材料是否符合設計需求。虛擬現實技術可以模擬不同時間段的光照條件，方便設計人員觀察光線變化對空間氛圍的影響，優化照明設計方案。設計人員可以進行多輪概念驗證，精細化調整設計構思，使最終方案更加符合實際需求。

（二）虛擬現實技術在建筑空間細節優化中的應用

1.細部構造模擬

設計人員在建筑空間設計過程中需要關注細部構造的合理性。虛擬現實技術能夠提供高精度的三維模型，使設計人員深入分析細部構造的可行性。細部構造的模擬不僅涉及建筑構件的尺寸、比例和連接方式，還包括材料拼接、節點處理及施工可行性等方面。設計人員可以利用虛擬現實建模軟件構建細節模型，并結合實時渲染技術觀察不同設計方案的表現效果。

在細部構造的模擬過程中，設計人員需要對建筑節點結構進行高精度建模，并在虛擬環境中進行拆解與組裝，分析各部分的連接方式是否符合施工要求。對于復雜的細部構造，設計人員可以在虛擬現實系統中放大局部結構，觀察不同材料連接方式的穩定性，并測試各類拼接方式的合理性。對于可能存在受力問題的細節，虛擬現實技術可以結合結構分析工具，模擬外力作用下的變形情況，使設計方案更加精準[3]。

在建筑裝飾細節的優化過程中，設計人員可以使用虛擬現實設備觀察不同構造細節的視覺效果。對于曲面造型、復雜雕刻、裝飾構件等內容，虛擬現實系統能夠提供真實比例的空間呈現，使設計人員在沉浸式環境中直觀感受不同細節處理方式的效果。為了提高構造精度，設計人員可以結合虛擬現實的手勢交互功能，在三維空間中直接調整模型，優化局部設計方案。

2.材質與光影效果分析

設計人員在建筑空間設計過程中需要精準選擇材料，實現特定的視覺效果和功能要求。虛擬現實技術提供了高度仿真的材質模擬功能，使不同材料的紋理、反射特性和透明度在虛擬環境中得以真實再現。設計人員可以在虛擬空間中選擇不同材質，并在三維場景中對比觀察，分析其在不同光照條件下的表現效果。

在材質分析過程中，設計人員應當運用虛擬現實技術提供的高精度材質庫，測試不同材料的色彩、光澤度和觸感表現。對于透明材質和高反射材質，虛擬現實渲染系統能夠模擬光線折射和反射的真實情況，使設計人員能夠觀察材料在不同視角下的視覺變化。對于復雜材料組合，如金屬與玻璃、木材與石材的拼接效果，虛擬現實系統可以實時調整參數，使材料搭配更加合理。

光影效果的分析是優化建筑空間氛圍的重要環節。設計人員可以利用虛擬現實技術模擬不同時間、不同氣候條件下的光照變化，判斷自然光對空間的影響。在虛擬環境中，太陽光照角度可以調整，使光影效果更加符合實際情況。對于人工照明的設計，虛擬現實系統能夠模擬不同燈具類型、色溫和照度，使設計人員觀察空間光環境的變化，并調整燈光布置方案。

在虛擬現實環境中，設計人員可以使用動態光影模擬技術，測試光源變化對空間視覺效果的影響，并在不同觀察角度下分析陰影投射方式[4]。對于需要重點表現的區域，設計人員可以運用局部光照增強技術，使特定材質的細節更加突出。進行光影分析后完善設計方案，能夠顯著提升建筑空間的表現力。

（三）虛擬現實技術在建筑空間設計評估與優化中的應用

1.虛擬漫游與使用者體驗分析設計人員在建筑空間設計評估過程中需要依賴直觀的空間體驗，驗證方案的合理性。虛擬現實技術能夠構建高仿真的三維環境，使使用者在虛擬空間中自由行走，并實時感受空間尺度、動線組織和視覺層次。設計人員應當利用虛擬現實系統創建完整的建筑模型，并結合交互設備，保證使用者能夠在不同空間內自由移動，觀察空間布局是否符合功能需求。

在虛擬漫游過程中，設計人員可以測試不同動線方案，使空間流暢度得到直觀評估。對于大規模建筑項目，虛擬現實技術能夠提供全視角漫游模式，確保使用者能夠從多個角度體驗空間的開放性、通透性和私密性。設計人員可以分析使用者的行走路徑，判斷空間分區是否合理、公共區域的動線是否順暢，并根據使用反饋調整局部布局。對于復雜的空間組織結構，虛擬現實技術能夠提供多層級漫游模式，方便設計人員分析不同樓層之間的連接方式，提高空間組織的合理性。

使用者在虛擬環境中的行為數據對于方案評估具有重要意義。設計人員可以結合虛擬現實系統的數據采集功能，分析使用者的注視點、停留時間及交互頻率，判斷空間設計是否符合預期需求。對于需要重點優化的區域，設計人員可以調整墻體開口、照明方式及空間比例，使建筑空間更加符合使用習慣。設計人員可以在虛擬漫游過程中測試不同光源布置方式，使空間體驗更加舒適。

2.設計方案的實時調整與優化

設計人員在建筑空間優化過程中需要快速響應使用者的反饋，并針對空間細節進行高效調整。虛擬現實技術提供了實時交互和動態修改功能，使設計人員能夠在虛擬環境中調整空間布局、材質搭配和光照效果，并立即觀察調整后的視覺表現。對于初步方案的優化，設計人員可以在虛擬現實系統中調整墻體位置、擴大或縮小空間尺度，測試不同布局方案的適用性。對于需要精細調整的區域，虛擬現實系統能夠提供局部編輯功能，使設計人員快速修改空間細節，并實時生成新方案。

在優化建筑空間時，設計人員可以結合參數化建模工具，使建筑形態的調整更加高效。虛擬現實系統能夠實時更新三維模型，使空間調整過程更加直觀。對于需要優化的結構件，設計人員可以在虛擬現實環境中調整尺寸、修改連接方式，并觀察結構變化對整體空間的影響。對于光照優化，設計人員可以調整窗戶位置、改變光源方向，并測試不同照明方案，使空間氛圍更加符合設計目標[5]。

在方案優化過程中，虛擬現實技術的多方案對比功能能夠幫助設計人員快速篩選最佳方案。設計人員可以同時加載多個設計方案，幫助使用者在虛擬環境中切換不同版本，比較空間體驗的差異。對于使用者集中反饋的問題，設計人員可以結合沉浸式交互功能，鼓勵使用者在虛擬現實環境中直接提出修改建議，并根據實際體驗進行優化，實時調整設計，使設計流程更加靈活，提高建筑空間優化的效率。

四、結語

本研究探討了虛擬現實技術在建筑空間設計中的應用，分析了該技術在空間規劃、細節優化和方案評估中的作用。研究結果表明，虛擬現實技術能夠提升建筑空間的可視化程度，使設計人員在構思階段進行精確的布局模擬，提高空間動線合理性，并優化材質與光照方案。在信息化時代背景下，虛擬現實技術與空間設計結合成為一種必然的趨勢。研究過程中發現，虛擬現實技術在建筑空間設計的精細化控制方面仍存在計算精度限制，針對復雜結構的實時渲染效率尚待提高。未來研究可以進一步結合人工智能與參數化設計，提升虛擬現實在建筑設計中的智能化水平，并探索更加高效的交互模式，推動建筑行業的技術創新。

參考文獻：

[1]李夢薇.基于虛擬現實技術的建筑空間情節體驗模擬在建筑設計課堂教學改革中的應用[J].重慶建筑，2024（9）：91-93.

[2]鞏長琦.基于虛擬現實技術的商業建筑室內互動空間設計[J].大觀，2023（3）.55-57.

[3]劉耿哲，劉小文，勾昭元.基于虛擬現實（VR）/增強現實（AR）技術的未來建筑空間場景設計：以賓大SimonKim教學作品為例[J].建筑與文化，2022（8）：34-36.

[4]裴欣.基于虛擬現實技術的混凝土結構建筑空間優化設計[J].成都工業學院學報，2022（1）：29-32.

[5]王海麥.虛擬現實技術的建筑空間環境設計[J].居舍，2021（23）：101-102.

作者簡介：

毛悅，碩士，蘇州金螳螂建筑裝飾股份有限公司設計師、南京設計院副院長。研究方向：建筑空間設計。