虚拟现实技术在建筑动画中的实践

摘 要：近年来，虚拟现实（VR）技术在建筑设计、展示和沟通中得到了广泛应用。对虚拟现实技术进行概述，介绍虚拟现实技术的发展历程，探讨虚拟现实技术在建筑动画中的应用实践，包括建筑设计、古建筑修复等，并提出强化虚拟现实技术在建筑动画中应用的措施，以期推动建筑行业的创新发展，帮助设计师、客户和利益相关者更好地理解建筑设计意图。

关键词：虚拟现实技术；建筑；动画；设计实践

基金项目：本文系2023年度江苏省高校哲学社会科学研究项目“基于‘数字孪生’的智慧交通体系构建研究”（2023SJYB1329）研究成果。

建筑动画作为设计交流的重要工具，通常用于展示建筑项目的外观和空间布局。然而，传统的动画难以提供与设计交互的机会。随着虚拟现实技术的快速发展，建筑动画的呈现方式发生了深刻变化，使用户能够身临其境般地“体验”建筑设计方案。因此，探讨虚拟现实技术在建筑动画中的实践价值，分析其如何提升建筑设计的可视化效果与用户体验，这也是当前的热门课题。

一、虚拟现实技术概述

（一）发展历程

虚拟现实技术的发展历程可以追溯到20世纪中期。虽然当时的技术条件尚不成熟，但科学家和工程师们已经开始探索如何通过计算机技术模拟真实世界的体验。20世纪60年代，麻省理工学院的伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）开发了一款终极显示器“达摩克利斯之剑”，这个设备以极其简单的显示效果展现了计算机生成的图像，尽管技术粗糙，但奠定了现代虚拟现实的基础。20世纪90年代初，随着索尼等公司推出虚拟现实设备，虚拟现实技术终于进入了大众视野。进入21世纪，虚拟现实技术开始迎来新的曙光。2007年，谷歌正式推出街景功能，通过360度全景图像为用户提供了虚拟游览体验。2012年，Oculus Rift通过众筹成功创立，不久后被Facebook收购，这表明了科技巨头对虚拟现实技术的重视。随后，许多公司纷纷进军VR市场，出现了HTC的Vive、索尼的PlayStation VR等产品。其中，索尼发布的PlayStation VR及各种街机游戏吸引了大量玩家。2016年，多个VR设备的发布使消费者开始体验到逼真的虚拟世界。在建筑、教育等多个领域，虚拟现实技术的应用不断扩展，推动了相关产业的发展。近年来，随着硬件技术的进步和软件内容的丰富，VR体验变得愈发真实，其对触觉、嗅觉等多感官的融合也在不断探索之中。此外，5G网络的推广和云计算技术的发展为VR的普及提供了更加稳定和坚实的技术保障。

（二）虚拟现实技术的概念

虚拟现实是一种通过计算机模拟产生的沉浸式环境，利用先进的计算机图形、传感器技术、显示设备以及人机交互技术，创造出一个全新的三维空间。在这个空间中，用户可以通过视觉、听觉、触觉等多种感官与虚拟环境进行交互，实现对真实世界的超越。虚拟现实技术的核心是其能够模拟真实世界或创造全新的虚拟环境，这种技术常常结合3D建模、渲染、物理模拟等手段，使虚拟世界的表现更加真实。用户通过VR设备（如头戴式显示器、数据手套、动捕系统等）参与其中，可以自主探索、互动和体验。这种沉浸感是虚拟现实所独有的，它不仅能够让用户感受到空间的存在，还能让其在情感上与虚拟内容相连接。虚拟现实的应用领域非常广泛。在娱乐行业，虚拟现实被广泛应用于游戏开发中，玩家通过VR设备进入游戏世界，进行身临其境的冒险和挑战。在教育领域，虚拟现实技术可以为学生提供直观、互动的学习体验，尤其适用于科学、历史等课程，通过虚拟实验室或历史现场的重现，增强学习效果。此外，虚拟现实在医疗、建筑、航空航天等专业领域也展现出巨大的潜力，例如模拟手术环境、建筑设计评估、飞行训练等[1]。

（三）虚拟现实技术的特征

1.沉浸感

用户通过佩戴头戴式显示器等设备，可以进入一个仿真世界，获得身临其境的体验。例如，用户可以在虚拟的自然景观中漫步，或是在虚拟的建筑内探索。这些体验通常伴随着360度的视角和立体声效，可让用户忘却现实世界的束缚。沉浸感的强弱往往取决于技术的先进性及内容设计的精细度。

2.交互性

虚拟现实技术不仅仅支持观看或聆听，还能与虚拟环境进行互动。用户可以通过手柄、手势识别或语音指令操纵虚拟对象，这种高度的交互性使用户能够主动融入虚拟环境，而不仅仅是被动参与。例如，用户可以通过手柄或手势控制，改变室内家具的摆放，调节光线效果，或是选择不同的材料和颜色，以此来探索不同的设计可能性。这种交互性不仅增强了用户的参与感，还为设计师提供了宝贵的反馈机会，使其能够更好地理解客户的需求和偏好。此外，虚拟现实技术还可以集成模拟功能，展示建筑在不同天气、时间段的表现，使设计的可行性和实用性得到充分验证。

二、虚拟现实技术在建筑动画中的应用

（一）虚拟现实技术在建筑动画中的应用优势

通过VR设备，客户和设计师可以在三维空间中自由探索建筑的各个部分，观察细节和整体布局。这种沉浸感使用户能够更好地理解设计意图，提前发现潜在问题，从而在早期阶段做出必要的调整。

虚拟现实技术的应用还可以让客户在未建成的建筑中模拟各种场景和功能，使其能够在决策时更加直观和清晰。传统的建筑展示方式往往依赖于平面图纸和模型，难以传达真实的空间感和功能布局，而使用虚拟现实技术，用户可以进行实时反馈，设计师也能根据用户的反应和建议进行即时修改。这种互动不仅增强了用户的参与感，也促使设计师与客户之间的合作更加紧密。

通过虚拟现实技术，建筑项目的投资方、施工方和设计方可以在同一虚拟环境中进行讨论，促进各方对项目的理解，有利于达成共识。这种方式有效降低了设计与实施阶段的沟通成本，减少了实际施工中可能出现的误解和错误，有助于提高项目的整体效率。同时，虚拟现实技术的应用还能提高市场推广的效果，以引人入胜的视觉体验吸引潜在客户，为建筑项目带来更高的商业价值。

可见，虚拟现实技术不仅是建筑动画制作中的一个创新工具，其还是推动建筑行业协作与效率提升的重要驱动力[2]。

（二）虚拟现实技术在建筑动画中的具体应用

1.设计阶段

首先，在建筑动画的设计中应用虚拟现实技术，能够大幅度提高设计质量和效率。虚拟现实技术提供了一种身临其境的体验，使建筑规划者可以“进入”设计方案。设计师能够通过VR头盔在三维环境中漫游，体验建筑的实际布局和空间感。在这种环境中，设计师和客户可以实时查看和体验建筑设计的各个方面，例如房间的大小、光线的引入、空间的流动性等。这种沉浸式体验显然比传统的二维平面图或三维模型更加生动，能够有效地帮助客户理解设计意图，获得更真实的感知。建筑项目通常涉及多方主体，如设计师、客户、承包商、城市规划师等。在虚拟现实环境中，各方均可以在同一平台共同探讨设计方案，进行多轮讨论。这种方式不仅能提升团队协作水平，还能促进信息的透明共享，使项目进展更加顺利。

其次，2D平面图和3D模型虽然能够在一定程度上传达设计意图，但往往难以让非专业的客户全面了解设计效果。虚拟现实技术的应用扭转了这一局面，基于其创建的沉浸式的三维环境，客户可“步入”设计之中，实时体验建筑的空间感、材质和光线变化。这种互动式的可视化方式，使客户在设计初期就能更好地反馈意见，避免后期修改。在设计过程中，通过虚拟现实技术，设计师可以快速生成不同的设计方案，观察其在实际使用中的效果[3]。例如某城市的高端住宅小区项目，设计团队在完成初步设计后，使用虚拟现实技术将设计模型转化为可交互的虚拟环境。客户在虚拟环境中可以步行在各类户型中，了解空间的朝向、采光及通风情况，甚至能够根据自己的需求调整室内布局。通过这一过程，设计团队获得了客户的反馈，及时修改了部分设计，提高了最终方案的满意度。

最后，建筑设计往往涉及多个学科的协作，包括结构工程、机电系统、景观设计等。虚拟现实技术的引入，使不同专业的团队成员能够在同一虚拟环境中实现实时协作，方便地探讨设计细节与优化方案。在建筑完工前，利用虚拟现实技术还可以为项目提供全新的市场营销方式。通过制作虚拟现实展示，潜在客户和投资者可以在项目正式启动前亲身体验未来的建筑效果。这种沉浸式体验能够极大地提升客户的兴趣和购买意向，有助于项目的顺利推进。

2.施工阶段

通过虚拟现实技术，施工团队可以在施工前进行全方位的可视化体验，其能够“走进”虚拟的建筑模型，观察各个空间的布局和细节，提前识别施工过程中的潜在风险，模拟不同的施工情境，对可能出现的安全隐患进行分析。例如，在VR环境中，施工团队可以模拟恶劣天气、设备故障等突发情况，从而提前制定应对方案。这种风险评估过程可显著提高施工的安全性，减少事故发生。同时，虚拟现实技术还可以用于在施工过程中快速解决问题。当实际施工中遇到困难时，团队可以通过虚拟现实技术回顾施工动画，迅速定位问题，寻找解决方案，无需反复到现场进行确认。

例如，某建筑施工团队使用建筑动画展示每个施工步骤的操作流程，包括基础施工、主体结构搭建等。通过3D建模和动画，施工人员清晰地理解每个环节的要求和注意事项。这种可视化不仅提高了施工人员的预见能力，还能减少误解设计意图造成的施工错误[4]。

3.应用阶段

在古建筑修复、城市规划以及房地产销售等多个领域，都可以应用虚拟现实技术制作建筑动画。以古建筑修复为例，古建筑是文化遗产的重要组成部分，承载着历史、艺术和社会文化的记忆。随着时间的推移，许多古建筑由于自然环境、城市发展以及人为破坏等，面临着破坏和消失的危机，需要采用先进的技术手段进行有效的修复和保护。在这一过程中，虚拟现实技术在建筑动画中的应用，能够提供全面且可交互的修复方案。

以故宫博物院为例，其近年来进行了大量古建筑的修复工作。在这一过程中，虚拟现实技术被广泛应用于古建筑修复的各个阶段。通过虚拟现实技术，设计师可以在虚拟环境中重建故宫的历史状态，分析建筑的结构特征及损毁情况。在修复古建筑之前，需要对建筑的现状进行详细的调研与记录。利用激光扫描和图像采集技术，可以获得建筑的详细数据；将这些数据导入VR系统，专家能够在虚拟空间中对建筑进行观察和分析，识别需要修复的部分。通过对故宫各个宫殿的三维建模，修复团队能够清晰地看到每一个角落的状态，以便进行精准修复。在了解古建筑的现状后，团队进入设计阶段。利用虚拟现实技术，修复团队可以创建多种修复方案，并在虚拟环境中对其进行实时调整。例如，在修复故宫的一处屋顶时，修复团队模拟不同材料的使用效果和色彩搭配，观察何种方案更符合古建筑的历史审美。

三、虚拟现实技术在建筑动画中的应用措施

第一，数据采集。为提高建筑动画的精准性与全面性，要采用实地勘察及资料调研等多元化的技术手段，采集一系列真实、客观的数据信息，如建筑周围的绿化、地形、地貌，以及建筑本身的细部构造状态等。获取到的大量准确可靠的建筑数据，能够为建筑动画的高质量、高水平制作提供可靠的支撑，确保建筑动画能够真实全面地反映建筑的实际情况。

第二，模型制作。在构建三维动画模型的过程中，技术人员要将采集的建筑构件属性信息科学添加到模型内，在虚拟现实技术的作用下，综合制作三维动画。

第三，模型应用。在具体应用建筑动画的过程中，要结合建筑施工、建筑修复以及建筑展示等多个领域的现实需求，有针对性地进行改进，在提高建筑动画实用价值的同时，提高在各项活动中的实施质量和效率[5]。

建筑动画的制作涉及一系列复杂且烦琐的内容，在实际操作虚拟现实技术的过程中，要加强对3D MAX、SketchUp、Lumion等主流软件的有效应用，提高建筑动画的整体制作水平，为建筑行业的长效健康发展注入源源不断的动力。

四、结语

虚拟现实技术为建筑行业提供了全新的发展视角和工具，使设计师能够以更加沉浸和互动的方式呈现建筑作品。通过结合三维建模和真实世界的数据，建筑动画能够帮助客户和利益相关者在项目早期阶段更好地理解和体验最终效果。随着硬件设备的不断升级和软件算法的完善，未来的建筑动画将更加真实，具有动态感。设计师和开发者应积极探索更多创新的应用场景，以推动整个行业的进步。

参考文献：

[1]郑冰倩.虚拟现实技术在乡村景观设计中的应用[J].鞋类工艺与设计，2024（13）：183-185.

[2]冯珍.虚拟现实技术在古建筑测绘中的应用[J].百科知识，2024（18）：21-22.

[3]崔玉美，陈斌，张志刚.虚拟现实技术在建筑设施设备管理实践教学中的应用[J].电脑知识与技术，2023（3）：110-111，115.

[4]王磊.虚拟现实技术在建筑动画中的应用[J].工程技术研究，2022（13）：247-249.

[5]王芳.虚拟现实技术在建筑动画技术类课程教学中的应用研究[J].电子元器件与信息技术，2021（11）：240-241.

作者简介：

程立，硕士，常州纺织服装职业技术学院讲师。研究方向：艺术设计、建筑动画、影视动画。