毛振華

摘 要：在數字化時代，虛擬現(xiàn)實技術應用于各大尖端領域。虛擬現(xiàn)實技術在建筑領域的應用也在不斷擴大，設計人員通過虛擬現(xiàn)實技術提高建筑設計的有效性，使設計者的設計能夠于在視、聽、觸感等方面高度仿真的數字化環(huán)境中生成。在建筑上利用各種科學技術來完成建筑設計工作，虛擬現(xiàn)實技術讓設計者在設計建筑物時，能夠更直觀立體地展示各種外部條件、周圍環(huán)境、內部裝飾、外觀的藝術效果、城市規(guī)劃及使用者對建筑物的要求，尤其在建筑物的使用材料、工程估算、施工技術和裝備上有著更為精確的呈現(xiàn)，在節(jié)約材料、節(jié)約投資、節(jié)約時間、節(jié)約勞動力方面有著極大優(yōu)勢。

關鍵詞：建筑設計;虛擬現(xiàn)實技術;應用

課題項目：本文系“‘項目帶動教學模式下建筑模型課程模塊改革研究”（19-XJ21041）研究成果。

隨著建筑設計的智能化和建筑業(yè)的迅速發(fā)展，設計人員的創(chuàng)作水平和設計效率都有所提高，同時使用者的建筑要求也逐漸復雜多樣化，虛擬現(xiàn)實技術可以更好地為使用者提供多元化的服務與體驗。虛擬現(xiàn)實技術將設計人員的建筑設計模型以直觀立體的三維形式展示出來，設計人員能更精準地找出錯誤并加以改正，彌補二維平面工程圖紙的不足，有效降低了時間成本。

一、虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的立體呈現(xiàn)

設計人員運用工程信息與建筑設計信息構建建筑板塊、繪制工程圖紙、設計建筑結構、統(tǒng)算工程信息與設計數據，因為技術限制，無法完全展示設計的結構屬性，全面客觀地展示整個建筑物的信息，使得建筑問題不能被及時發(fā)現(xiàn)，往往在施工后才暴露出來，阻礙后續(xù)各項施工活動的開展。此外，由于使用者對設計人員的建筑信息難以透徹了解，所以容易產生錯誤理解導致施工糾紛等。設計人員應用虛擬現(xiàn)實技術構建三維建筑模型、營造虛擬空間，其他建筑參與者通過虛擬現(xiàn)實技術生成的三維圖像建構虛擬場景。

（一）修正建筑設計錯誤

設計一個建筑物或建筑群所要做的工作紛繁復雜，設計人員在建筑整體設計中難免出現(xiàn)錯誤，如建筑、結構說明有互相矛盾或者表意不清楚的地方，尺寸標注下清楚，建筑、結構、安裝圖紙對照出現(xiàn)問題等。通過虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的應用降低建筑設計師的工作難度，將設計效果以三維圖像建構的虛擬場景形式呈現(xiàn)，以便設計師發(fā)現(xiàn)建筑設計中存在的錯誤，完善建筑設計成果。

（二）正確理解建筑設計理念及信息

施工人員面對單一的二維或三維的過于專業(yè)的繪圖樣板，不能對建筑施工操作做出正確的理解，使設計與實際建筑產生偏差，致使施工無法進行，造成多方嚴重損失。虛擬現(xiàn)實技術的應用幫助設計師把設計理念及細節(jié)處理完整地展現(xiàn)在其他建筑參與者面前，如墻體和門窗和比例、尺寸，以及玻璃材質、龍骨材質等，真正實現(xiàn)了相互溝通。虛擬現(xiàn)實技術的沉浸式特點，有助于設計人員構建三維建筑模型、營造虛擬空間。參與者可以浸入虛擬空間，直觀了解設計人員對建筑物或建筑群的主體結構、空間布局、細節(jié)的描畫，從而掌握工作中的細節(jié)要求，避免施工問題反復出現(xiàn)，對后續(xù)施工造成無法修補的損失，立體感官呈現(xiàn)讓參與者在建筑施工時更好地完成施工要求和任務，最終實現(xiàn)建筑物的適用、經濟、堅固、美觀。

（三）建筑設計中的多樣化應用

設計人員在進行建筑設計時面臨多重矛盾，設計人員用圖紙、建筑模型將設計意圖表達出來，從而發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。建筑設計人員應用虛擬現(xiàn)實技術的沉浸性、交互性和構想性，與建筑理念充分結合。首先建筑參與者在使用過程中產生身臨其境的感覺，其次建筑參與者可利用傳感設備與虛擬環(huán)境中的大部分對象進行交互。這就使得復雜抽象的建筑設計在虛擬現(xiàn)實技術的使用下變得具體形象，更大的好處在于設計人員可以和其他建筑參與者進行遠程溝通，從而減少時間成本，打破地域限制，使建筑設計更加廣域化。虛擬現(xiàn)實技術的構想性對設計者修復不完整的建筑設計起著至關重要的作用，建筑人員通過虛擬現(xiàn)實技術彌補古建筑缺失部分，并加以完善，這對社會的影響極其深遠。

二、虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的應用

虛擬現(xiàn)實技術在創(chuàng)建建筑信息模型、仿真空間環(huán)境方面具有較大優(yōu)勢，合理完整的虛擬空間包含建筑設計者的每個細小設計。精密的布局、仿真模擬環(huán)境為建筑設計提供了便利的溝通交流條件。

（一）虛擬現(xiàn)實技術的配套設施

虛擬現(xiàn)實技術中的全景技術、網絡三維互動等離不開系統(tǒng)的相關硬件與軟件。虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的實施主要依靠傳感手套、三維立體聲音生成裝置、頭盔顯示器、立體顯示系統(tǒng)等硬件設備，使參與者體驗虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)建的仿真建筑環(huán)境，在聽覺系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、虛擬環(huán)境系統(tǒng)等若干電子系統(tǒng)下感受建筑模型的立體聲音、仿真環(huán)境。虛擬環(huán)境中的建筑模型的信息與特征具有實時性。虛擬現(xiàn)實技術由功能編程軟件、三維建模軟件以及模型驅動系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)組成。技術人員將建筑設計的工程信息及設計參數通過計算機錄入三維建模軟件，三維建模軟件依據錄入數據構建三維建筑模型與配套數據庫。技術人員通過計算機對模型驅動系統(tǒng)下達操作命令，調整建筑模型信息，實時顯示建筑工程設計方案進程，跟進工程，及時調整模型參數。運用功能編程軟件協(xié)調其他軟件，使虛擬現(xiàn)實技術下的建筑模型、場景、聲音、燈光等在硬件中實現(xiàn)場景轉換、模塊運行停止、聲音和燈光轉變，保持虛擬仿真模擬空間的真實性。建筑參與者沉浸于虛擬現(xiàn)實技術營造的虛擬仿真模擬空間，感受虛擬仿真模擬空間的燈光變化、建筑格局、造型結構、周圍環(huán)境的真實性，對虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實效性都有較高要求。虛擬三維模型直觀展現(xiàn)建筑設計的結構細節(jié)、理念，在前期準備階段，項目的模型交付標準及各專業(yè)的數據庫建立都對虛擬現(xiàn)實技術的軟件提出了嚴格要求。

（二）模型的構建

與單一的二維或三維繪圖樣紙的基礎模式相比，虛擬建筑模型不僅節(jié)省成本、易于保存，還能使工程參與者更好地理解建筑設計方案，更為清楚地了解建筑各部位組合、搭建細節(jié)以及施工要求。在模型構建過程中，設計人員著重把點線面的數值標注在三維建筑信息模型上，明確標注建筑各部位的設計參數。在建筑工程中避免因建筑圖紙讀取不當造成的施工事故和操作不當或不到位造成的工期拖延。為設計人員在施工后期修改建筑設計方案提供便利，同時便于保存建筑設計，有利于今后的設計進行對比更新。虛擬建筑模型是構建虛擬真實場景的基礎，模型的計量單位與真實場景的尺寸比例、整個模型的參數值都影響著虛擬真實場景的最終呈現(xiàn)效果。虛擬真實場景根據設計人員提供的參數值在計算機上生成實時動態(tài)的三維立體仿真圖像。在建立模型的過程中通常以毫米（mm）為單位，設計人員通過調整建筑比例，提高建筑模型的仿真性和客觀性。

（三）創(chuàng)造仿真空間

運用虛擬現(xiàn)實技術制作三維建筑模型，從而構建一個真實度較高的仿真模擬環(huán)境，運用計算機技術對現(xiàn)實世界進行模擬仿真，在仿真模擬環(huán)境中，除了三維場景還有立體聲音、仿真光線。對周圍環(huán)境的真實還原使建筑參與者了解施工現(xiàn)場，有效排除建筑操作中的安全隱患。面對復雜的建筑地形，設計人員以往的幾何平面、灰度圖象模型抽象難懂，增加了設計人員和其他建筑參與者的工作難度。虛擬現(xiàn)實技術的沉浸性使得建筑模型的三維建?；睘楹?，按照現(xiàn)實中建筑的實際尺寸和畫面的比例來調整建筑整體的外部構造，細化內外裝飾，添加內部其他結構。如房屋建筑的墻體、門窗、陽臺，橋梁建筑的樁基、承臺、墩柱、蓋梁、墊石、擋塊、箱梁，道路建筑的路基、路床、路面，水利電力建筑的水工建筑物、擋水建筑物、泄水建筑物等。對建筑物的采暖系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、照明設備等制定合理的方案，科學規(guī)劃布局。設計人員利用計算機系統(tǒng)對設計方案進行計算，用圖像、燈光、聲頻的組合呈現(xiàn)與現(xiàn)實世界相同的虛擬仿真場景。為了有效提高虛擬仿真場景的真實度，利用虛擬現(xiàn)實技術設置模型光源，使用戶仿佛置身于真實世界，色彩真實、光線柔和、聲音立體，虛擬現(xiàn)實技術提高了建筑模型的精準度。雖然設計人員可以通過圖片的不同角度縮放圖紙，來展示建筑設計中的結構細節(jié)，但是這降低了模型的真實度，而虛擬現(xiàn)實技術應用于建筑設計，創(chuàng)建虛擬仿真場景，可使建筑參與者直觀了解建筑的結構細節(jié)。

（四）自動化修改

建筑設計工作涉及諸多專業(yè)領域，如建筑材料、基礎工程、房屋建筑工程、橋梁工程、水利工程、地下建筑工程等。一處細小的設計參數誤差，就會導致其他設計參數的變化，如施工中出現(xiàn)錯誤施工，整體建筑工程的設計方案都要進行修改。在虛擬真實環(huán)境中創(chuàng)建建筑立體模型，對設計人員的要求較高，應構建配套數據庫，持續(xù)不斷采集、分析數據庫中的建筑設計信息，對不同的建筑設計要求進行科學合理的建筑參數值的設計，這樣在虛擬仿真情境中的建筑模型才更具實用性，才能更完善地實施建筑工程。虛擬現(xiàn)實技術依靠計算機等智能設備來實現(xiàn)，計算機輔助設計完成建模，提升建筑設計的精準度。建筑備料、施工組織工作和各工種在整個建筑實施過程中相互配合，要以建筑設計為依據。在建筑工程實施過程中，建筑備料是建筑實施不可或缺的組成部分。要滿足適用、經濟、美觀的設計原則，同時要符合建筑工業(yè)化及綠色建筑的要求。

三、結語

虛擬現(xiàn)實技術在各個領域應用廣泛，如軍事、教育、醫(yī)療等。虛擬現(xiàn)實技術應用于建筑設計，從技術人員到施工人員，再到建筑設計的參與者，都能體驗到虛擬現(xiàn)實技術構建的建筑模型、仿真場景等對提高建筑工程設計質量、優(yōu)化建筑設計過程、控制建筑設計成本、直觀呈現(xiàn)建筑設計效果有著深遠影響。虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的應用仍存在很多問題，需要優(yōu)化和完善，不斷探索虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的應用價值，提升虛擬現(xiàn)實技術的軟件和硬件性能，完善建筑設計模型的細節(jié)，提升模擬場景的真實性，建筑行業(yè)對虛擬現(xiàn)實技術的應用的擴大，推動虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展。

參考文獻：

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[2]張偉東.虛擬現(xiàn)實技術在未來建筑設計中的應用[J].科學中國人，2014（5X）.

作者單位：

牡丹江師范學院