虚拟现实技术在建筑设计中运用

1、虚拟现实技术在建筑设计中的运用【摘要】虚拟现实技术作为一种新型的信息技术，其集成了计算 机图形学、多媒体、人工智能、网络、传感器及并行处理等技术的最 新发展成果，并以其典型的特征影响着现代建筑设计的方法和观念。 本文以虚拟现实技术的概念与技术特征为出发点，重点论述了虚拟现 实技术对于建筑设计的应用，以为其具体实践提供参考。虚拟现实技术作为一项以计算机技术为基础的高新技术，具有交 互性、想象性和沉浸性的特点，强调人在虚拟现实中的主导作用。建 筑设计是技术、艺术和创新相结合的领域，虚拟现实技术的出现为建 筑设计开辟了新思路，将其应用于建筑设计能够打破传统表现模式， 虚拟现实和计算机技术的结合，能够

2、大大提高设计人员的工作效率和 设计质量，缩短设计周期，减少投资成本。因此，虚拟现实技术应用 于建筑设计具有重要的现实意义。一、虚拟现实技术虚拟现实，Virtual Reality，简称VR，最初由美国Jaron Lanier 于上世纪80年代提出，当时主要应用在宇航局和国防部。虚拟现实 是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统，它借助计算机技术及传 感装置所创建的一种崭新的模拟环境。虚拟环境由计算机生成，通过 视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿 真。虚拟现实集成计算机图形学、图像处理、模式识别、多传感器、 语音处理、网络等技术，具有交互性、想象性和沉浸性。交互性，In-

3、teraction，指在虚拟现实系统中以用户为主，用户能与虚拟场景 中的对象相互作用，虚拟场景对于用户来说具有可操作性；想象性， Imagination，指虚拟现实系统并非真实系统，它反映了虚拟现实系 统设计者的构想，虚拟现实可把这种构思变成看得见的虚拟物体和环 境，使以往只能借助传统沙盘的设计模式提升到数字化的即看即所得 的境界，提高了设计和规划的质量与效率；沉浸感，Immersion，则 指虚拟现实技术通过计算机图形构成的三维数字虚拟环境真实感极 强，使用户在视觉上产生沉浸于虚拟环境的感觉。据用户参与虚拟现 实系统的形式及沉浸程度，虚拟现实系统可分为沉浸式、分布式、增 强现实性和桌面虚拟式

4、，其为建筑设计带来了全新的表现手段。二、虚拟现实技术在建筑设计中的应用建筑设计综合性极强，设计人员在运用自身思维进行设计的同时，还应考虑客户的整体感受，使建筑设计更具真实感。虚拟现实技 术能够帮助设计人员更好地完成，主要原因即在于其能够通过计算机 对现实进行模拟、创造和体现虚拟世界，降低劳动量，缩短设计周期， 提高设计科学性和精确性。（1）展示建筑物整体信息现阶段的二维、三维表达方式，只能传递建筑物部分属性信息， 且只能提供单一尺度的建筑物信息，而使用虚拟现实技术可展示一栋 活生生的虚拟建筑物，并可在里面漫游，体验身临其境之感。建筑设 计不仅是设计者的事，住户、管理部门都可起到辅助决策的作用，

5、而 虚拟现实技术在设计者和用户之间能起到一种沟通的桥梁作用。（2）远距离浏览设计者进行建筑设计，通常需要跟工程单位不断进行沟通交流， 而虚拟现实作品可以通过VRML的方式发布到网络上去，工程单位可 以通过互联网进行远距离浏览，将虚拟现实方式的建筑设计应用于互 联网中，利用虚拟现实方式进行远程交流。常用的建模软件如3ds max，不仅支持VRML文件格式的输出，还可以在VRML中通过选择摄 像机进行导航设置，在场景中指定活动控件和触发器等，大大丰富了 实时浏览的内容。（3）实时多方案比较建筑设计时，往往会设计多种方案，并进行不同方案的对比分析， 以选择最佳方案。采用虚拟现实设计，可将不同设计方案

6、通过模型表 达出来，并可随时切换，利于设计者观察某一点或某一部位中的设计， 更快的比较出不同方案的优缺点，从而为改进方案提供便利。在虚拟 现实技术应用中，不仅能够比较不同方案的建筑设计特点，还可随时 修改方案，并将修改后的方案与修改前作以对比，分析修改效果。因 此，虚拟现实技术对建筑设计进行实时多方案比较，可较好的提高建 筑设计的工作效率和设计质量。（4）专用人机接口交互人机接口是使用者与计算机沟通的桥梁，它是代表使用者意图的 转换及计算机程序的执行，良好的人机接口可减少使用者对系统的学 习时间和增强系统的效率。虚拟现实技术建筑设计中，必有特定的人 机接口模式：使用者模式，使用者直接进入虚拟现

7、实中进行观测与互 动操作，以第一人称的观测方式进行虚拟现实的沉浸观察，隐藏的接 口只在使用时才出现；代理者模式，即在虚拟现实中常因沉浸环境与 现实环境的感性差距而造成空间迷失，以至于使用者无法掌握虚拟现 实中的状态，以空间代理者的虚拟环境信息的提供，以第一和第二人 称的观察方式进行虚拟环境观测；监控模式，使用者以第三人称的方 式监控虚拟现实中的现实状态，并进行虚拟物的监视与控制，接口的 产生与虚拟现实的种类并无绝对关系；浸入操作模式，将控制虚拟现 实物的接口置于虚拟现实中，进行仿真式操作模拟，使用者以第一人 称控制虚拟物。（5）虚拟现实系统虚拟现实系统主要有模型式和图像式。模型式虚拟现实以虚拟

8、现 实造型语言为主要描述语言，使建筑设计可用计算机进行三维建模， 利用效果图、三维施工图与资料库，并利用虚拟现实技术连结资料库 实时模拟操作。虚拟现实造型语言可用在万维网（3W）中定义与更多 信息相关联的三维世界布局和内容，使之能够在交互的三维空间中容 易地被表达。当虚拟现实造型语言浏览器启动后，它会将虚拟现实造 型语言中的信息解释成虚拟现实造型语言空间中的建筑物的几何形 体的描述，一旦空间被用户浏览器解释，它将提供实时显示，用户机 器上将会出现一个活动的场景。三、应用实例洛杉矶虚拟建筑三维模拟系统被认为是全球最成功的虚拟建筑 模拟系统之一。各国对虚拟现实技术都在研究和应用，我国在虚拟世 界建筑方面也不断探讨并制作复杂的虚拟世界模型。北京CBD规划 设计，允许一种完全的设计探索，从任意角度和方位观察设计本身。 在虚拟现实的设计环境中，组成一幢建筑的各个部分并不固定，而可 在设计过程中予以改变和发展，墙壁可被建立和删除，地板可改变尺 寸和式样等。观察者能以一种比查看平、立、剖面图纸更为直观的方 式进行想象。四、结语随着计算机技术的不断发展，虚拟现实