莫 畏 趙文斌

（吉林建筑大學）

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實，也稱靈境技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，是一項綜合集成技術(shù)，涉及計算機圖形學、人機交互、體感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域。它利用計算機技術(shù)生成一個逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設(shè)備運動的同時，計算機進行復(fù)雜的動作捕捉和龐大的數(shù)據(jù)運算產(chǎn)生精確的模擬回饋，使得用戶可以同虛擬環(huán)境中的實體相互作用，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進的數(shù)字化人機交互體驗系統(tǒng)。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三大應(yīng)用類型

隨著計算機硬件的升級和軟件系統(tǒng)的不斷研發(fā)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在近年來得到飛速發(fā)展，2016年更是被業(yè)界定義為虛擬現(xiàn)實元年，其主要具有以下三大類型的運用：

（1）現(xiàn)場表演，我們知道我們在觀看需要買票的現(xiàn)場表演時總是為票價所困擾，不同的票價代表著不同的觀看位置和觀看角度，虛擬現(xiàn)實則打破這一境況。著名的太陽馬戲團曾做過幾次虛擬現(xiàn)實演出，在舞臺的正中央樹立一個360°周天攝像機，所有的演員都對著攝像機演出，而觀眾們則都帶著虛擬現(xiàn)實頭戴式演示儀，盡管他們坐在不同的位置，但通過頭戴式演示儀，他們的視野直接與攝像機相連，所有的觀眾都可以隨意選擇自己想要看到的視角而不再是以往由票所決定的固定視角。

（2）社交體驗，通過網(wǎng)絡(luò)將不同地理位置的用戶聯(lián)系起來，共享一個虛擬環(huán)境，用戶可以為自己選擇一個虛擬身份進入該環(huán)境。比如《SecondLife》這一網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，曾吸引了路透社、BBC等多家機構(gòu)在社區(qū)中設(shè)立宣傳平臺，出現(xiàn)過線上判例和線下判例的混合，甚至幾十個國家在虛擬社區(qū)中設(shè)立真正可以發(fā)簽證的大使館。

（3）主題交互體驗，通過設(shè)立主題館，根據(jù)實體1：1建立虛擬場景模型，在主題館中穿戴虛擬現(xiàn)實設(shè)備進行交互體驗。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計的應(yīng)用

自從計算機代替了傳統(tǒng)的手繪圖紙，CAD軟件得到了廣泛的應(yīng)用，它具有手繪無可比擬的方便性和準確性，同時，設(shè)計結(jié)果也更加容易隨時保存和修改。然而，從設(shè)計者的角度來看，傳統(tǒng)評估項目的設(shè)計方案是通過分析抽象的平面設(shè)計圖，決策者基本憑經(jīng)驗進行判斷。即使已經(jīng)有了先進的三維模型建立系統(tǒng)（犀牛、3dsMax、SU等），使得設(shè)計者在設(shè)計過程中能夠隨時看到與實物相近的三維模型，但是，他們依然需要通過二維的平、立、剖圖來進行推敲和改進設(shè)計。這樣一個圖的細微改動就會使得其他圖紙和設(shè)計結(jié)果的改動，容易出現(xiàn)錯誤。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)就是目前最佳的解決方案，該系統(tǒng)完全根據(jù)設(shè)計圖或設(shè)計師的構(gòu)想1：1制作而成的三維立體場景，通過佩戴專業(yè)的頭戴式顯示儀讓人身臨其境在虛擬場景中仔細觀察設(shè)計的每一處細節(jié)，對結(jié)構(gòu)、材料、顏色和位置都可以進行非常全面直觀的了解和分析。當我們穿戴上頭戴式顯示儀后，我們就站立在所做的設(shè)計項目中，我們可以對某一地面鋪裝、景觀節(jié)點、甚至對每顆樹都可以進行多角度的仔細觀察，它引導(dǎo)你進行深入分析，這樣的分析就非常直觀和透徹，看看效果是否理想，用材是否經(jīng)濟，同時，通過比較生成多種設(shè)計方案，比如路面材料想換一換看看效果，那就可以直接更改模型數(shù)據(jù)，再次進行分析和比較，無需通過二維圖面與三維模型的反復(fù)轉(zhuǎn)換，將設(shè)計師的精力集中在設(shè)計構(gòu)思上，充分發(fā)揮其設(shè)計靈感。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)幫助設(shè)計師和決策者提供最有效的參考和借鑒作用，這是以往的平面圖等表現(xiàn)手法無法做到的，它可以幫助開發(fā)商盡可能的在施工前減少在設(shè)計上考慮不到的細節(jié)問題，避免出現(xiàn)決策失誤，這對于設(shè)計階段來說是非常有價值的。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑表現(xiàn)的應(yīng)用

（1）漫游體驗系統(tǒng)，不同于以往的建筑漫游動畫被動地通過攝像機既定視角進行動畫渲染，讓人看到的是動畫渲染師想讓人看到的視角。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將方案中的建筑、景觀、室內(nèi)等1：1的模擬成極逼真的虛擬場景，通過佩戴虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示儀和搖桿設(shè)備，在建筑場景中隨意行走，通過肢體運動帶來空間與時間變換，通過頭部移動進行視角移動，以任意視角進行觀看，就如身臨其境一般的體驗未來的建筑環(huán)境。給體驗者帶來強烈的現(xiàn)場沉浸感。

（2）室內(nèi)交互系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅僅是一個演示系統(tǒng)，也是一個重要的設(shè)計工具，傳統(tǒng)房屋裝修，我們通常是根據(jù)自己的喜好，提供給設(shè)計師所想要得到的風格意向，然后經(jīng)過不同的效果圖比較選擇更為滿意的方案。而這種設(shè)計往往會帶有設(shè)計師本身明顯的痕跡而忽略用戶的實際體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)所制作的室內(nèi)交互系統(tǒng)，可以在構(gòu)建模型以后讓用戶直接漫游于室內(nèi)空間，根據(jù)自己的喜好選擇不同的裝修材料、家具等，最后設(shè)計師根據(jù)用戶選擇的模型信息再進行最終設(shè)計，這種退讓型設(shè)計，更加體現(xiàn)了設(shè)計為用戶服務(wù)的理念。

圖1 虛擬現(xiàn)實室內(nèi)交互

（3）傳統(tǒng)建筑修復(fù)，首先將傳統(tǒng)建筑通過影像數(shù)據(jù)采集建立三維模型數(shù)據(jù)庫，保存?zhèn)鹘y(tǒng)建筑原有的各項數(shù)據(jù)和空間關(guān)系等，實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑高精度和永久的保存；然后利用這項技術(shù)提高傳統(tǒng)建筑修復(fù)的精度和預(yù)先判斷、選取將要采用的保護手段，縮短修復(fù)工期等。也可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來進行已經(jīng)一些傳統(tǒng)建筑的復(fù)原，更加全面、逼真的展示已經(jīng)無法看到的傳統(tǒng)建筑。實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑保護和修復(fù)的現(xiàn)代化、信息化。

（4）銷售展示，傳統(tǒng)的房地產(chǎn)售房部，沙盤、效果圖甚至漫游動畫都會受到技術(shù)本身的特點限制，使得賣點無法直觀的展示給顧客，從未使得銷售效果不佳。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)則可以通過逼真的虛擬場景使得顧客可以提前感受未來的生活環(huán)境，身臨其境的漫游在景觀大道上，感受鳥語花香的優(yōu)美居住環(huán)境，再抬頭參觀華麗的建筑外觀；甚至可以“走入”室內(nèi)戶型，察看室內(nèi)的布局結(jié)構(gòu)，或站在自家陽臺上觀賞周圍的環(huán)境綠化。在期房銷售期間，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為開發(fā)商提供了一種新穎、獨特的營銷平臺，極大改善了傳統(tǒng)展示手法的不足，充分突出項目賣點，使樓盤的品質(zhì)得到更好的體現(xiàn)。觀眾在游玩中吸收樓盤策劃的賣點，從而增強購買熱情，堅定購房信心，促進項目的銷售。開發(fā)商也可以根據(jù)客戶的體驗反饋，來進行未來樓盤的配套改進。

3 Unreal Engine4引擎制作的建筑漫游

Unreal Engine 4引擎是Epic Games公司最新的業(yè)內(nèi)頂級游戲引擎，目前在游戲、建筑、電影等行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。UE4具有非常棒的圖形處理能力，包括高級動態(tài)光照、全新粒子系統(tǒng)等。利用游戲引擎制作建筑模型，可以將建筑漫游游戲化，使越來越多的青年一代更容易接觸建筑行業(yè)。游戲引擎是實時渲染，它具有速度快和能產(chǎn)生交互的優(yōu)點。簡單的說游戲引擎就是用一些奇奇怪怪的方法騙過你的眼睛，比如做鏡面反射需要用Cubemap，但這不是一個物理模型，只是一個trick真實的鏡面反射需要老老實實的做ray tracing。而傳統(tǒng)建筑渲染講究的是物理模型，這種材質(zhì)是什么物理模型，反射率多少，透光率多少。只要真實的數(shù)據(jù)一輸入，就能達到所要的物理渲染效果。所謂的數(shù)據(jù)輸入與渲染結(jié)果的一致性。

游戲引擎不僅具有比現(xiàn)存三維模型更加絢麗、逼真的材質(zhì)貼圖、渲染效果（圖2～3），還具有三維軟件不具備的腳本程序功能。通過UE4制作的建筑模型，能夠通過程序語言實現(xiàn)一些基礎(chǔ)的人機交互功能，實現(xiàn)開門、開關(guān)燈、上下電梯等現(xiàn)實中的動作、功能（圖4）。通過UE4引擎來制作的建筑漫游模型也可以直接對接Oculos公司的虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示儀，就可以進行虛擬現(xiàn)實建筑漫游，再結(jié)合最新的Virtuix Omni360°跑步機給體驗者帶來全新的逼真體驗和自由自在的建筑場景漫游。

圖2 UE4建筑場景

圖3 UE4建筑場景

圖4 UE4程序?qū)崿F(xiàn)

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實輸出設(shè)備的不斷推出和普及使得未來一段時間內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將普及，而建筑領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實化發(fā)展也必將成為一種趨勢。從某種意義上講，虛擬現(xiàn)實改變了人們的思維方式，要加強對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，就要從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的多個方面，從建筑設(shè)計的多個角度進行綜合分析研究，從而使虛擬現(xiàn)實技術(shù)更好更有效的作用于建筑領(lǐng)域。

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