虚拟现实技术在未来建筑设计中的运用

汤晓东

【摘 要】本文主要针对虚拟现实技术的主要特点及分类、虚拟现实技术在建筑行业的现实意义、虚拟现实技术在建筑设计中的作用以及虚拟现实技术在建筑设计中的实现方法进行简要分析，仅供参考。

【关键词】虚拟现实技术；未来建筑设计；运用

一、虚拟现实技术的主要特点及分类

虚拟现实又称为灵境技术，是通过利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术生成一个逼真的三维虚拟环境，使用者只需要戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备就可以利用键盘和鼠标等输入设备进行对虚拟环境做一个亲身的感受。虚拟现实技术具有以下三个特点，即想象性、交互性和沉浸性。想象性是指通过虚拟技术可以将人类的想象力和创造思维最大程度的显现出来。交互性是指参与模拟者可以通过模拟设备实现人与虚拟世界之间的完整交流互动。沉浸性是指通过模拟，可以让参与者有更好的投入感，能够全身心的投入到虚拟的环境当中，感觉身临其境。虚拟现实技术目前尚未成熟，而按照其功能特点又可以分为四种类型，即分布式虚拟现实系统、沉浸性虚拟现实系统、桌面虚拟现实系统和增强式的虚拟现实系统。

二、虚拟现实技术在建筑行业的现实意义

1、项目的技术论证。建筑行业与其他行业有所不同，它与人们的生活紧密相关，直接影响到人们的生活环境水平、人们生命安全等方面。而在当今社会中，一些大型的建筑场馆在施工过程中，都会遇到经济问题。而前期设计中遇到的一些问题，也可能导致整个工程项目的失误。在竣工后，建筑的功能性以及安全性能否达到要求，都需要大量的投资来进行检查。而仅仅依靠人为的控制，不仅效率低，也很难对其进行准确的控制。因此在进行大型的建筑物时，我们一定要在前期进行一个三维成像的模拟，通过一些数据的分析，可以更好的将成本以及安全系数等问题加以控制，并取得利益的最大化，节省资源。

2、改善建筑设计。建筑设计需要一个科学、严谨的过程，在对建筑体进行科学设计时要不断的对其可行性进行分析，并加以修改，以免在施工过程中由于设计而出现工程问题。通过虚拟现实系统可以为我国在建筑设计时进行评价，如果分析过程中发现设计中出现的缺陷，也可以使用系统模拟出不同解决方案，这在一定程度上也可以降低成本，完善设计方案。

3、节省成本投资。项目的投资可以分为人力投资、材料投资以及其他金钱投资，而采用虚拟现实技术可以进行对工程过程中不协调的部分加以修改，对各专业负责项目进行调配处理，通过模拟演示论证，发现设计中不合理的地方在进行修正，这样就会避免出现返工情况的发生。在很大程度上节约了工程的成本投资。

三、虚拟现实技术在建筑设计中的作用

建筑设计是一项非常复杂的工作，它不仅要对建筑物的外在空间形象进行设计与创造，不要同时考虑到用户的使用情况，以及建筑物的整体格局等等，要想对建筑设计进行创新和提高质量，就要对设计、设计、施工等等多个环节进行准确的把握，整个设计建造过程都必需十分严谨，不允许出现偏差，而应用传统建筑设计方法想要实现这此要求，要花费大量的人力和物力才能完成。而计算机技术与建筑设计的结合，使得原有的工作内容操作起来更为方便快捷，准确度也更高，虚拟现实技术就是一项较好的建筑辅助设计系统，其应用可以将建筑设计方案通过计算机的形式进行仿真，建筑设计内容以虚拟的方式展现在人们面前，使得人们可以更为真实的感知建筑设计的效果，从而更好的判断建筑设计的优劣。虚拟现实技术应用于建筑设计领域，通常有以下几点作用：

1、展示建筑物的整体信息。原有的建筑设计方式，如二维、三维手段等，虽然能够体现建筑物的部分属性及设计信息，但是也只是从某一种角度简单的传递建筑设计情况，人们只能从外在图形及表现对建筑设计方案有一个简单的直观了解，而虚拟现实技术与建筑设计的结合，使得建筑物更具生命力，人们可能通过漫游等形式，体验身临其境的感觉，使得对建筑物的理解更加深刻、贴切。这样使建筑设计不仅仅是设计者的事，更多的住户以及管理者参与到方案决策中来，增强了设计者与使用者之间的沟通，使得设计方案更具有实用性，也更满足用户的要求。

2、远距离的浏览。在进行建筑设计时，设计人员要与工程单位进行不间断的沟通，最终达成共识，而虚拟现实技术的使用将沟通变得更为方便快捷，它可以通过网络实现设计作用的传输与浏览，从而实现远程交流。此外，如果某些建筑模拟软件的输出格式不支持传输，还可以转换格式。

3、实时多方案比较。在进行建筑方案设计时，通常都会提出多种设计方案，对建筑物的设计形象有多种构想，并通过建模的形式进行展示，从而择优选择，优势互补，再确定最终的设计思路。而通过虚拟现实技术，可以实现不同设计方案之间的实时切换，在同一位置或观察点感受不同建筑设计方案，从而实现不同设计想法间的对比，为最终的设计方案确定提供参考。此外，通过该技术不仅可以进行实时多方案比较，还可以进行建筑设计修改，并实时的将建筑设计修改前后的状态进行比较。

四、虚拟现实技术在建筑设计中的实现方法

虚拟现实技术在建筑设计中的实现分为硬件系统与软件系统两部分。

1、虚拟现实硬件系统。简单的虚拟实践系统并不需要太多复杂的设备来完成，只需可以满足具有输入、输出功用的设备即可，简单的计算机桌面互动系统就可以构成一个简单的桌面虚拟实践系统。但要充分完成虚拟实践技术带来的沉浸感、交互性、想象性三个特征就需要专业的信息输入设备和信息输出设备。信息输入设备包括键盘、鼠标等等，信息输出设备包括高性能显示器适配器、单通道或多通道投影响仪、偏振片、立体眼镜等等。借助于传感设备用户可以将自己在实践时空的行为经过用户化身映射给虚拟环境，反之亦然。用户化身在用户与虚拟环境的交互效果过程中起到了桥梁般的中间效果。方位跟踪器所具有的测量功用完成了对用户行为规范计划的较准确的采样并映射给虚拟空间，虚拟空间根据几何体求交的碰撞检测算法及根据传感器的力反馈技术又可将虚拟空间的测量信息实时地反馈给用户，因而用户对虚拟空间的感触除了感同身受的视觉感触外，还有具有力反馈的触觉感知，这对于在建筑设计方案的虚拟设计有非常的帮助。

2、虚拟现实软件系统。要想让设计者与用户或许其他人员真正体验到虚拟现实技术所带来的身临其境的临场感与沉浸感，首先就要树立一个与客观世界相符合或许与设计者头脑料想的设计方案相符合的虚拟三维模型，这个三维虚拟场景模型不但能够精确的表现出建筑、环境、室内等客观存在，而且需求较真实的反应出场景的颜色、材质、阴影等。树立可视化三维模型从技术实现上可分为三步：几何建模，首要树立所需三维场景的几何构形；形象建模，首要对几何建模的成果进行材质、颜色、光照等处理；行为建模，首要处理物体的运动和行为描绘。几何建模首要是指三维空间的物体经并、交、差等调集运算和旋转、平移、缩放等几何变换，发生设计者所期望得到的较为复杂的立体模型的进程，几何建模的可视化三维模型的根底，当前可以进行几何建模的软件已经有很多，如3DSMAX，AUTOCAD，SKECHUP，REVIT等等，這些软件树立的模型基本上都可以通用交换，但比较通用的模型基本上都是基于风格技术，即场景中的立体形体都是由若干个三角形面组成的，三维形体分得越细致，网格就越密，形体上看起来愈加传神，但相应的运算速度也会降低。软件系统及硬件系统的有效配合使得虚拟现实技术在建筑设计中发挥了更大的效果。

五、结束语

建筑工程在实际施工过程中，存在着不可逆性，而且施工项目的工程成本通常情况下都会很高，建筑设计是建筑施工的基本依据。为了避免出现过多的差错，就需要对建筑设计严谨的审查。而通过虚拟技术的模拟方法，可以提高设计质量和水平。因此虚拟现实技术在未来的建筑设计中一定会起到一个非常重要的作用。目前在我国也己经得到广泛的应用。

参考文献：

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