张慧鑫
成都师范学院物理与工程技术学院 成都 611130
摘要：茶楼建筑作为茶文化发展的最直接的承载体，其设计不仅要符合一般建筑的设计理念，更要求其具有独特性，具有茶文化特有的文化要素，传承文化理念。传统的茶楼设计难以让人直接感受其意境，本文以茶楼BIM模型为基础，基于VR技术，设计了茶楼三维漫游虚拟环境与交互功能。借助HTC Vive设备，可实现用户多维度沉浸式时空场景体验与交互，既满足茶楼设计要求上的独特性，又能给用户身临其境的直观感受。
关键词：茶楼；BIM；VR；三维漫游；交互
1.茶楼设计风格简介
茶楼作为茶文化的载体，不仅为饮茶者提供了一个消遣时光、放松心情的娱乐场所[1]，而且茶楼和茶文化相辅相成，进一步传承了茶文化。茶楼本身就具有着一种建筑文化，其文化气息对当下茶楼建筑有着重大影响，整个茶楼设计和建设的具体过程实际上是文化传承与实际应用的结合。茶楼在建筑设计中要充分体现茶文化内涵，既要考虑营造宁静舒适的休闲环境，又要让客人体验茶文化的典雅诗韵，能接受茶文化熏陶，领悟其中的艺术魅力。中国拥有几千年历史的茶文化，在茶楼建筑方面有着独特的造诣，传统的茶楼建筑有民俗式茶楼；戏曲茶楼；综合型茶楼；仿古式茶楼；园林式茶楼；室内庭院式茶楼和现代式茶楼几种，这些茶楼各有各的特点0。
民俗式茶楼：彰显淳朴乡土民俗特色，以当地特色风俗习惯及当地茶叶，茶具为中心，形成一种风土人情；室内装饰上多用木质家具，马车，牛车渔船等工具，装饰特点烘托乡土气息。戏曲茶楼：主要点在戏曲，茶楼及茶只是一种引子，引导人们在戏曲与乐曲中放松身心，舒缓精神。
综合型茶楼：现在较普遍的一种茶楼，以茶艺为主，但为满足各客户需求，增加了其他方面的经营内容，如餐饮、咖啡等。
仿古式茶楼：以古代传统为核心，仿古特色，突出古代茶文化，参照古代传统为蓝本，重新演绎古代茶楼的茶艺文化，展示中国的古茶道。
园林式茶楼：体现自然与人的协调，风格清新、自然，多建于风景秀丽、依山傍水环境，园林规模有大有小，内容有繁有简，但都含着四种基本要素，即土地、水体、植物和建筑[3]；对环境要求较高。
室内庭院式茶楼：多数将中国茶文化融入到江南地方园林建筑中，茶楼内设小桥流水、休息亭廊、仿古阁楼等，给人一种“小桥流水人家”的古香古色气息。
现代式茶楼：没有标志性的建筑特点，装修多随心而定，特色鲜明，内装多自由搭配，无拘束，侧重服务。
2.VR技术简介
VR（Virtual Reality），即虚拟现实，综合了计算机图形、仿真、传感器、显示等多种科学技术，通过多源信息融合，创建一个多维信息空间虚拟信息环境，提供视、听、触等直观实时感知，使参与者“沉浸”于模拟环境中[4]，并具有与虚拟环境的交互能力。沉浸感、交互性、构想性是VR的三个基本特性，“身临其境”既是虚拟现实技术的特点也是其追求的目标。从1930年，“虚拟现实”的概念就被提出，VR经历了四个发展阶段：概念萌发期（1930年-1960年）、研发初创期（1960年-1990年）、技术积累期（1990年-2012年），产业化发展期（2016年开始）。
目前随着更多软硬件的设备产品涌现，VR技术产品逐步推广，内容产业和技术支撑更加成熟，并逐渐渗入各行业。目前，VR技术已经在游戏、航天、军事训练、摄影、医疗、文物保护、地理信息系统、工业制造等方面得到了广泛的应用。
3.茶楼BIM建模
要想建立茶楼的VR场景，需要建立逼真的三维立体模型。本文茶楼三维模型采用BIM技术构建。BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，BIM技术源于美国，是一项以三维空间信息技术为核心的数据运用技术，将建模对象的工程数据转化为三维模型参数[5]，整合了建筑物全生命周期内的各类相关信息，并提供协同设计平台，具有参数化、可视化、协调性等优点。BIM技术可为虚拟现实提供三维模型，可以为茶楼设计各阶段提供数字管控平台，有利于整个工程协同进展，减少能源浪费，降低成本，实现资源合理配置，有利于建筑生命周期的延长。
目前有关BIM的设计软件，常用的有：Revit、Bentley Navigator、Navisworks、Archi CAD、Tekla Structures等，本文茶楼模型选择使用Revit软件建模，茶楼风格选择更贴切于城市的现代式茶楼。选择Revit建筑模板，建立茶楼轴网、标高，绘制墙体、门窗、梁、板、柱、天花板、屋顶等构件进，最后设置参考地坪，完成整体模型。图1-图2为Revit中构建的茶楼BIM模型。
图1 茶楼轴网图 图2 茶楼模型平面视图
图3 茶楼模型立面视图
4.茶楼三维漫游与交互实现
4.1数据转换
Revit软件虽然能直接导出用于VR交互设计的FBX、DWG等格式的模型，但是软件默认导出的格式为三维视图下的可见构件，文件中包括模型构件，模型相关信息，每个构件都有自己独立的ID。这样就导致导出文件体量较大，后续三维场景材质贴图较繁琐，而且材质容易丢失。本文茶楼模型选择使用Twinmotion导出器导出FBX格式模型，导出界面如图4所示。Twinmotion是法国一家渲染公司基于RevitAPI和FbxSDK开发的插件，兼容性、模型识别读取度较高，可内置于Revit、Sketchup、Archicad等建模平台。该插件在模型导出时提供了多种优化方式，包括按材质合并、按族合并、按类型合并等。Twinmotion导出的模型体量不仅体量小，又可将较为完善的FBX格式模型导出与优化，材质信息保留较好。
图4 Twinmotion导出器导出界面 图5 茶楼内场景
图6 茶楼外场景
4.2茶楼三维漫游场景设计
本文茶楼VR三维漫游场景设计与交互使用的是团队自主开发的，基于Unity3D二次开发的Levry软件。将Twinmotion导出器生成的FBX格式茶楼模型导入Levry软件中，添加金属材质、天空盒子、室内材质、装饰素材等，对模型进行材质贴图，进行茶楼内外场景布置，完成茶楼内外设计后对模型进行渲染。为了增加模型的真实感，对渲染后的模型设定光线，根据实际情况设置采光入射角度、光线明暗等反映模型所处的天气情况。馆内主要使用点光源、聚光灯或其组合等形式，再配合自然光，使整个茶楼显得更加的饱满和完整，加强了室内空间的立体效果。图5、图6为茶楼内外场景设计效果。三维虚拟场景设置完成后，设置行走区域，规定行走路线，设置完成后既可实现按规定路线的三维场景漫游，又可进行场景内的自由漫游。
4.3 茶楼VR交互设计
Levry软件除了可以进行三维虚拟场景设计外，还可以进行交互功能设计。使用Levry软件对茶楼进行交互设置，如：开关灯、移动物体、开关门、视频播放、材质替换等，如图7所示。
开关灯：选择光源形式、光源位置，根据需求调节其照射范围、强度，设置开关灯控制器，完成开关灯交互功能的设置。
移动物体：构建新组件或选择模型内已有组件，选择移动物体，调节移动速度，设置移动路径，创建标记点，将标记点依次放入路线点中，完成移动物体设置。
开关门：设置旋转轴，使门按照预期方向及角度进行开关，选择并调节触发范围，将门拖至旋转轴中，完成开关门设置。
视频播放：创建视频组件并移动到指定位置，调节视频播放器尺寸，将剪辑好的音频文件和视频文件载入软件视频源和音频源中，完成视频播放设置。
开关门 视频播放
图7 Levry软件交互设置
完成全部VR交互设置后，打开steam VR，借助一个HTC Vive VR头戴式显示器、两个手持控制器、一套空间追踪显示器与控制器的定位系统，如图8所示。用户可借助头盔和手柄，从不同角度观察茶楼的空间构造，了解茶楼风格、设备配置、茶楼布局等，实时漫游茶楼三维场景，体验茶楼内外环境。让客户更加方便、直观、快速地熟悉茶楼的相关信息。在场景漫游的同时，用户可以使用手中控制器实现人机实时互动，操作提前设计好的各种交互，获得身临其境的体验，感受茶文化的气息内涵。
图8 HTC Vive
5.结语
本文以茶楼BIM模型为基础，基于VR技术，设计了茶楼三维漫游虚拟环境与交互功能。由于茶馆设计理念和艺术效果要求较高，设计中还需体现茶文化氛围。BIM技术通过数字化和可视化的管理机制，进而可以有效辅助整个茶楼建筑设计活动，体现了其优势。传统的茶楼建筑难以让人快速直接感受其意境，本文使用VR技术，借助HTC Vive设备，可实现用户多维度沉浸式时空场景体验与交互，既满足茶楼设计要求上的独特性，又能给用户身临其境的直观感受。在茶楼装饰装修前即可快速了解茶楼内外环境与空间布局，随时随地感受茶楼设计的文化底蕴，领略茶楼所带来的文化气息，体味茶文化的艺术魅力，同时可以更具需要实时优化设计，进一步提升茶楼建筑内涵。
参考文献：
[1]陈婷．BIM技术在双层茶楼建筑设计中的应用研究[J]．福建茶叶，2017（12）：234.
[2]刘春波．浅析中式茶楼的设计风格[J]．才智，2011（9）：198-198.
[3]李正，忻一平．茗香入景 雅韵天成——园林建筑茶室设计介绍[J]．国土绿化，2014（9）：11-13.
[4]姜学智，李忠华．国内外虚拟现实技术的研究现状[J]．辽宁工程技术大学学报，2004，23（2）：238-240.
[5]郭文强. 基于“BIM+VR”的建筑可视化设计方法及应用研究[D].北京交通大学，2017
作者简介：张慧鑫（1983年—），女，山西阳泉，讲师、工程师。
基金项目：四川省教育信息化应用与发展研究中心项目（编号：JYXX18-028）
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（3）剖面设计：本方案设计地上6层，地下一层，室内外高差0.3米。地上一层~二层层高4.5米，三至四层层高3.7米，五至六层为3.5米，建筑高度23.7米，属于多层建筑，满足规划要求。
（4）无障碍设计
建筑物入口：建筑主要入口无障碍坡道结合景观统一设置。
通道：考虑到轮椅通行的宽度，建筑公共走道的宽度均不小于1800，通道地面平整、防滑、不松动、不积水，以方便坐轮椅人士；不同材料铺装的地面互相取平，走道与卫生间、室外平台以斜面过渡。
电梯：建筑设置无障碍电梯一部
厕所：每层设置一个无障碍卫生间，厕所的大小、入口门扇、便器的高度、拱手以及按钮的设置均按照规范进行设计。
无障碍通道、建筑入口、残疾人厕所等无障碍设施的位置及走向，均设置国际通用的无障碍标志牌。
6景观规划设计理念
绿色设计中充分利用庭院绿化、广场绿化等多种手法，在满足交通流线的同时，力图形成丰富的植物景观系统。绿化设计以草皮和灌木及观赏性植物为主。
铺装及小品设计由几个入口广场和内庭入手处，利用几何形的线条和不同形式的铺地，给人以轻松活泼的感觉，符合建筑功能的定位。适当的设置精致的景观小品，与绿化相结合，
给人一个舒适的空间。
7结论
作为鳌江镇重要的公共服务项目之一，本文坚持高起点、高标准和适度超前的原则，立足打造一个集行政服务、法制建设、办公与一体的现代化城市民生项目，不仅仅是出于行政服务品质的提升和百姓生活质量的提高，更是实现其文化性、开放性、多功能性和现代性战略目标。
论文作者:张慧鑫
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：茶楼论文; 模型论文; 建筑论文; 场景论文; 茶文化论文; 技术论文; 环境论文; 《建筑细部》2019年第12期论文;