虚拟现实技术在建筑设计中的应用

2023-01-19吴俣锟

科学与信息化 2022年6期

吴俣锟

中铁建设集团有限公司建筑设计院北京 100000

引言

建筑与人们的工作和生活都有密切关联，建筑工程建设主要有筹划立项、设计、施工及验收等重要环节，而建筑设计是关键性的前期准备工作，合理可行的建筑设计方案是后期施工及验收的重要参考与指导，因此，必须保证建筑设计质量的可靠性，但是由于建筑设计涉及工程材料、机械设备等诸多方面，因此很难保证建筑设计方案不存在一丝疏漏，要想有效转变这种状况，相关人员很有必要深入探讨建筑设计对虚拟现实技术的实际应用，以便助推建筑设计作业的高效开展。

1 虚拟现实技术的应用在建筑设计中的意义

在开展建筑设计的过程中，参与设计的设计人员首先会收集与建筑设计相关的工程信息，并通过工程信息来开展建筑结构板块构建从而实现建筑结构的设计流程基础，然后完成工程图纸的绘制流程，最后获得工程相关的统计计算信息和数据。在一系列设计过程中，设计人员受到传统设计流程的弊端限制，无法有效地将建筑工程结构的各种属性进行全面的展示，的建筑工程在应用设计内容是，不能够有效获得建筑物的全方位信息，直接导致了设计过程中所存在的缺陷不能够被直观发现，开始进入施工流程后才可能暴露相关问题，这对于建筑工程施工的顺利展开产生了抑制作用。因为使用设计内容的人员无法全面获得建筑信息，由此可能产生严重的建筑问题而导致的各类纠纷。为了解决这种弊端带来的设计施工影响，保证设计内容以及思路和建筑相关的各类信息能够得到全面的展示，设计人员可以通过虚拟现实技术来完成建筑模型的三维设计，通过虚拟的空间造型，将各类信息全方位的展示在三维建筑模型中，为后续的建筑施工流程提供更加丰富的信息。

1.1 帮助修改建筑设计中存在的问题

建筑物的设计过程本身涉及多种复杂的工作流程，这时的设计人在开展建筑设计的过程中常常出现错误，对于建筑物的结构或者空间关系的表达存在模糊地带，有时还可能出现技术参数标注不清晰，使得建筑建造过程可能会存在结构问题，甚至在某些建筑构件安装过程中出现错误。为了扭转这种现象对建筑物施工所产生的影响，建筑物设计人员可以通过虚拟现实技术来有效降低建筑物设计过程中的复杂流程，通过建立三维虚拟场景来将设计内容进行有效的展现，这更加容易将建筑设计过程中可能存在的问题或错误以较为直观的方式可以发现，保证设计内容更加科学合理。

1.2 帮助理解建筑设计中的各种思路和信息

当建筑物工程项目进入施工阶段，施工人员的施工指引来自设计人员所给出的绘图样本，但不少施工人员对于传统的二维或三维绘图样板认识不足，无法通过这些绘图样板获得建筑施工过程中的各类标准规范或技术参数，这直接导致了施工过程中可能产生严重的误差，甚至引发严重的质量或安全事故[1]。通过虚拟现实技术设计师能够将设计过程中的各类考量以及细节进行清晰的展示。施工人员可以通过虚拟现实技术清晰的了解施工流程及其对应的各种技术参数以及施工材料，建筑物的结构比例和尺寸等等。这有效的建立了施工人员和设计人员之间的沟通桥梁。虚拟现实技术本身具备明确的沉浸式特征，这不仅对于设计人员在开展建筑工程设计时提供了更加适合设计的环境，同时能够将建筑工程项目的各类信息和数据反映在三维建模中。所有与建筑项目相关的各类人员都能够通过三维建模对设计过程中的思路以及建筑物自身的各类数据信息进行清晰的掌握。只有有效降低建筑物在施工过程中可能出现的各类问题，才能保证建筑工程施工能够顺利开展，最终实现建筑物的质量提升。

1.3 使得建筑设计保持多样化

设计人在开展一项建筑工程设计的过程中，常常面临多种设计难题，传统的设计过程是要求设计人员最终通过建筑模型以及建筑图纸来将设计过程中的想法和思路进行有效的表达，这能够有效地将建筑设计中所存在的缺陷和问题可以发现。通过利用虚拟现实技术中的沉浸式特征以及交互性特点，设计人员更加容易将建筑思维和建筑理念与设计内容进行有效的联系。使得所有参与建筑工程项目的各方人员都能够在使用虚拟现实技术的过程中获得更好的沉浸感，随着虚拟现实技术的扩展性增强，通过先进的传感技术，人们能够与虚拟环境中的各种元素进行有效的交互。这也改变了传统建筑工程设计中的多种弊端，使得建筑物在设计人员或建筑参与者的眼中更加具体和形象。设计人员能够通过虚拟现实技术与其他建筑工程项目相关人员进行远程沟通和交流，这使得身处不同地域的人们能够通过该技术打破时空限制开展积极有效的交流，对于建筑工程项目的完善以及优化有着非常重要的作用。

2 建筑设计中的虚拟现实应用方法

虚拟现实技术的核心内容为建立有效的三维信息模型，并将三维信息模型放置于仿真空间，这使得建筑设计人员能够更加直观地将建筑物的空间关系结构内容进行改动和完善。同时帮助其他建筑工程项目参与人员提供了远程沟通交流的平台。

2.1 虚拟现实技术周边

要实现完善的虚拟现实技术，同样需要软件和硬件的支持，其中所包含的网络互动以及全景技术为当前虚拟现实技术中的重要技术组成，使用虚拟现实技术的设计人员可以通过硬件设备诸如具备声音和显示系统的头盔设备或其他显示设备来开展设计过程，通过这些综合性的硬件设备设计人员能够通过虚拟现实技术进入还原度很高的虚拟仿真环境中，这些虚拟环境中的各种结构通常具备还原度极高的真实性。现在的虚拟现实技术还能够通过编程的方法来对三维虚拟结构以及虚拟环境进行改造[2]。设计人员可以通过将与建筑工程信息相关的各级参数输入与虚拟现实设备相关的计算机硬件系统中，其中所包含的三维建模软件也能够依据这些数据和信息来完成三维建筑模型的生成过程，同时可以将该建筑所对应的各类信息和数据组成相应的数据库。完成这个前提条件之后技术人员便能够通过驱动软件来对之前完成建设的三维建筑模型给予相应的操作，设计人员可以通过这些操作来对接信息技术，同时可以将设计方案在这种环境下进行完善和微调。同时还能够通过软件对建筑模型添加光照，声音，以及周边环境等多种不同的虚拟现实元素。使得建筑物本身能够处于更加真实的虚拟空间。

2.2 如何构建建筑模型

相比较传统的二维三维绘图样纸所形成的建筑模型构成基础需要耗费大量的时间以及资金投入，通过虚拟现实技术所建立的建筑模型不仅建立过程较为简洁，更容易通过存储设备来进行保存，这使得虚拟现实技术建立的建筑模型具备较好的经济性，同时能够使得建筑人员更加清晰的了解三维建筑模型中所标示的各类信息和数据，更加容易通过这种方式来对建筑设计细节进行修改和更新。

2.3 如何创造和完善仿真空间

通过虚拟现实技术完成制作的三维建筑模型，能够通过各类硬件设备使得设计人员沉浸于仿真度较高的虚拟环境中。计算机系统可以通过人为操作来对客观存在的现实世界开展模拟，通过这种模拟的过程使得设计人员能够通过虚拟现实技术沉浸于与现实世界几乎相同的环境中，这不仅提升了设计流程的便捷性同时有效地降低了建筑操作过程中可能出现的安全风险[3]。同时这种三维虚拟模型能够降低人们对于复杂建筑环境，以及通过肉眼无法观察到的建筑结构组成，这使得设计人员在开展建筑工程设计时大大降低了设计难度。虚拟现实技术其本身具备良好的沉浸性，也有效地降低了三维建筑模型的生产制造难度，通过将现实世界中的建筑尺寸以及建筑比例来完成建筑结构以及外形，美观度等多种元素的建筑特征。同时虚拟现实技术能够将建筑物的局部，如门窗阳台楼梯进行细节放大和精确展示，同时还能够将建筑物各个不同结构所使用的材料以及尺寸有效的展示在三维建筑模型中。通过虚拟现实技术可以将建筑物内部所包含的照明排水以及暖通系统进行详细的展示，同时能够通过这种展示过程来对建筑物内部的附属设施进行布局设计。通过这种方式设计人员利用更加简单的方式将建筑物内部复杂的系统组成进行了清晰的设置和展示，例如对建筑内部管线的布局设计有效地降低了传统设计过程中可能出现的管线布局冲突。同时能够利用虚拟现实技术将这些内部结构和内部设备管线进行精度较高的展示过程，通过缩放的方法能够将建筑物内部的结构清晰的展示给建筑施工等不同的参与方，使得利用虚拟现实技术的工作人员能够更加直观和细致的了解建筑工程项目的各个细节。

2.4 自动修改建筑设计的能力

在建筑工程设计过程中会涉及多个不同的领域，包含道路桥梁房屋建设等相关工程的各类过程以及技术，在针对这些工程开展设计的过程中设计人员应当保证严谨的态度避免出现因为较小的错误而导致严重的设计缺陷，这些设计缺陷会在施工的过程中逐渐显现出来，最终会产生严重的影响不仅会导致成本上升，同时为了解决这些在设计过程中所存在的缺陷，就需要在后续的方案修改过程中增加大量的工作[4]。通过虚拟现实技术来对这些建筑施工过程所涉及的各类模型进行设计，首先需要参与设计的工作人员具备虚拟现实技术的专业背景，并且能够通过与建筑工程项目相关的数据库来不断地调整建筑工程设计模型，同时需要设计人员了解不同建筑设计类型所包含的参数数值，这能够保证虚拟模型能够正确反映出建筑模型的实用性，能够让虚拟现实技术更好地服务于建筑工程项目的后续施工。

3 虚拟现实拓展应用

首先设计人员应当利用3DMAX以及AutoCAD相关软件来开展建筑工程模型的建模过程，该建模过程能够将建筑工程项目设计中的所有细节进行有效的展示。建模过程通常需要耗费大量的时间，开展工作之前设计人员要对原设计方案进行科学的拆解，然后将拆解的设计内容重新组成建筑模型，其中核心的建模过程要点是要保证完成的模型面数与原设计中的技术参数保持一致。

完成建模之后，设计人员还应当做好未发现的拆解过程，通常会将模型拆解为两层UV，这两层UV通常由纹理和光照信息组成[5]。纹理通常由设计师选择材质纹理贴图，并将这些材质纹理贴图与模型表面进行有效的联系，同时保证纹理贴图的尺寸与走向和建模保持一致、光照信息则需要通过3DMAX软件来进行拆分，这是因为采用虚拟现实技术中所包含的引擎来进行拆分时错误数量较多，无法实现较为合理的光照效果。

完成优化线以及模型的建模之后便可以把具备光照信息和纹理贴图的模型与虚拟现实技术的引擎进行早日工作，此时便可以通过在建筑结构和建筑物周边设置相应的场景以及场景所包含的材质来完成虚拟场景的建立过程[6]。同样为了提高环境的真实度可以通过3DMAX来进行模型制作，完成场景优化工作。

最后一步则是在模型中增加交互信息内容，其实需要用到Bp程序来编写交互内容，通过完善视线角分析在不断调整虚拟现实空间中模拟数值的大小，完成调整后模型备案具备了更加真实的光照模拟，同时可以增加和完善IES信息至建模场景中。