探讨未来建筑设计中虚拟现实技术的应用价值

2015-11-03吕钢

建材与装饰 2015年43期

关键词：虚拟环境虚拟现实建筑设计

吕钢

（广西沿海铁路公司房产生活段　广西　钦州　535000）

探讨未来建筑设计中虚拟现实技术的应用价值

吕钢

（广西沿海铁路公司房产生活段广西钦州535000）

在建筑设计中引入计算机技术，打破了传统建筑设计的方式，将全新虚拟现实技术应用到了建筑设计当中，不仅丰富了原来的建筑设计方式与技术，还可以运用三维虚拟法，让建筑设计变得更加直观、立体以及形象，为建筑的设计者创造了更好的创作灵感，让原来不可逆的设计方式拥有了一定的可更改性，为建筑设注入全新的活力。本文主要就虚拟现实技术在未来建筑设计中的应用进行分析，并对其未来的发展前景进行展望。

建筑设计；虚拟现实技术；应用价值

前言

虚拟现实技术是一种全新的高科技技术，以计算机技术作为基础对计算机图形学、多媒体、人工智能以及多传感器等交互性、想象性、沉浸性的工具进行了综合的运用，近年来已经被广泛应用到了社会生活的各个行业和领域中。而在建筑设计行业对虚拟现实技术进行合理的运用，不仅减轻了建筑设计人员的工作量，提高设计人员的工作效率和质量，更为现代建筑设计开辟了一条全新设计道路，实现了在建筑设计中将技术、艺术以及创新思维进行有效结合的目标。

1　虚拟现实技术在现代建筑设计中的应用

1.1对建筑物的整体信息进行展示

当前，原有的二维和三维的表达方式，只能将建筑物一部分的属性信息传递出来，传递的信息比较单一，而采用虚拟现实技术方式则可以将一整栋虚拟建筑物的整体信息全面的展示出来，让观众在画面中漫游，且有身临其境的感觉。虚拟现实技术让建筑设不再只是设计人员的工作，让住户和相关的管理部门也通过虚拟现实环境从旁辅助，利用虚拟现实技术让设计者与用户之间进行良好的沟通，确保设计出来的产品能够让用户满意。

1.2在远距离浏览信息中的运用

传统的建筑设计方式，设计人员在对建筑项目进行设计时，都需要与工程单位进行多次的沟通交流，而采用虚拟现实技术设计出来的作品则可以利用VRML方式，直接将作品发布到网络中，让工程单位可以直接通过互联网对作品信息进行远距离的浏览，采用虚拟现实方法进行远程交流，可以为工程单位节约大量的时间，减少设计人员的工作量[1]。

1.3在多方案比较中的运用

在对某一个建筑项目进行设计时，经常会出现很多的设计方案，需要工程单位花很多的时间对各类方案进行对比和分析，以便选择出最好的设计方案。而采用虚拟现实技术进行建筑设计，可以直接将各类设计方案用模型的方式表达出来，并且随时进行切换，让工作人员可以直观的观察到某一点或者某一部位的设计方式，花最少的时间对比出各个方案的优缺点，方便设计人员及时对方案的不足进行改进，让设计人员设计出最佳的方案，提升建筑设计的效率与质量。

1.4在专用的人机接口交互中的运用

人机接口是计算机和使用者之间进行沟通的重要桥梁，是使用者思想意图的表达和计算机程序的执行，优秀的人机接口可以缩短使用学习系统使用的时间，提高系统的使用效率。在虚拟现实建筑设计中，拥有特定人机接口模式：①使用者模式。让使用者可以直接进入到虚拟现实中，对互动操作的步骤进行观测，观测方式以第一人称为主，而隐藏的接口只会在使用时出现；②代理者模式。如果在虚拟现实中为因为沉浸环境和现实环境的感性之间的差距而出现空间迷失，致使使用者无法对虚拟现实中的状态进行正确的掌握，空间代理者就会提供虚拟环境的相关的信息，以第一与第二人称为观察方式对虚拟环境进行观测；③监控模式。使用者以第三人称方式对虚拟现实中现实的状态进行监控，并对环境中的虚拟物进行监视和控制，但是接口产生和虚拟现实中的种类没有绝对的关系；④浸入操作模式。把虚拟现实物的控制接口设置在虚拟现实中，进行仿真式模拟操作，让使用者以第一人称方式对虚拟物进行控制。

2　虚拟现实技术在建筑设计中的运用方法

2.1建立三维虚拟环境空间

采用虚拟现实技术对虚拟环境空间进行构建，需要对建筑物平面图、立面图以及剖面图等信息进行采集，以确保虚拟空间环境能够将建筑物立面、平面以及剖面最真实的效果反映出来。在相关的信息收集完成后，采用3DSMAX制作软件，构建出建筑物的三维模型建模型，并在模型中创造适当的光场景与背景，以便能更好将建筑物的特点展示出来。

线是构成三维虚拟环境的一个重要元素，线的运用可以将建筑物通透感与形状最好展现出来，因此，建设计人员必须熟悉真实和虚拟光线间的差异，全面掌握光线变化对场景的影响，以便能够对3DS-MAX软件进行合理的运用，将虚拟光线最真实的表现出来。此外，设计人员还应该对建筑物使用的材料颜色、质感、粗糙度及反射光强度等造成的视觉效果真实的模拟出来，确保虚拟模型能够将建筑的空间、构件以及特色完美的展现出来。

2.2硬件系统

一般的虚拟现实系统不需要太多的设备，只需要具备输入、输出功能的简单设备，就可以在计算机的桌面互动系统构建一个桌面虚拟现实系统（如图1所示），但是如果想要将虚拟现实技术创造的沉浸感、交互性以及想象性三大特性充分的表现出来，就需要有专业的信息输入和输出设备，如输入设备有键盘、鼠标，输出设备有性能较高的显示器适配器、单通或者多通道的投影响仪、立体眼镜以及偏振片等。通过相应的传感设备，用户能将自己在现实时空中的行为，通过用户化身的方式映射到虚拟环境中。虚拟环境中的方位跟踪器可以对用户的行为尺度范围进行精确采样，并映射到虚拟空间中，虚拟空间则通过几何体求交之间的碰撞检测算法和传感器中的力反馈技术将虚拟空间得到的信息真实反馈给用户。

图1　虚拟现实系统的构成

2.3软件系统

为了能让设计者和用户真实的体验到虚拟现实技术创造的临场感和沉浸感，需要通过相关的软件系统构建出一个符合客观世界或与设计者构想的设计方案虚拟三维模型，这个三维虚拟场景模型不仅能将建筑、环境、室内等客观存在形象的表现出来，还能将场景色彩、材质以及阴影等进行真实的反映。可视化三维虚拟建筑模型（如图2所示）的建立主要可分为三个步骤：①建立几何模型，主要是指建立相关三维场景几何结构；②建立形象模型，主要是指在几何模型建立之后，对其材质、颜色以及光照等进行处理；③建立行为模型，就是对物体运动与行为进行描述和处理。

图2　虚拟建筑模型的构建流程图

3　虚拟现实技术在未来建筑领域中的发展前景

3.1虚拟现实技术在建筑施工设计中的发展前景

建筑工程施工是是建筑行业一个很重要的组成部分，在建筑行业的未来发展中，虚拟现实技术将会在建筑施工工程设计中得到广泛运用，如，在对大型土方挖运项目进行设计时，可以利用虚拟实现技术对挖土机的频率与运土汽车之间的最佳匹配率进行精确的计算，进而提升建筑施工的效率，由此可见，虚拟现实技术在建筑设计的施工阶段也起着至关重要的作用。当前，大部分的建筑企业都已经认识到了虚拟现实技术的重要性，因此，虚拟现实技术很快就会得到大多数建筑企业的认同和接受，在建筑施工设计中到得运用与发展[2]。

3.2虚拟现实技术在建筑装修设计领域中的应用前景

传统的建筑装修设计存在很多的弊端和不足，如离散、呆板的平面设计模式，让用户与装修者无法对装修的效果进行全面的了解，工程量太过繁重、造价估算速度慢以及准确率较差等弊端与缺陷。而虚拟现实技术的运用，则可以直接通过建模的方式，让设计者装修的水平与艺术技巧得到充分的发挥，并随时可以对用户不满意的地方进行修改，通过三维将装修效果完美的展现出来，让用户可以直观的感受到装修的效果。