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摘要：虚拟现实（VR）技术于20世纪60年代诞生以来，已经在众多行业中获得广泛应用，建筑设计应用VR可以优化设计方案，节约设计成本，提高设计效率，因此本文对VR在建筑设计中的应用方法进行了分析。
关键词：虚拟现实技术；建筑设计
引言
虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指在计算机软硬件及各种传感器支持下模拟产生的虚拟三维空间，让使用者在视觉、听觉、触觉等方面有身临其境之感[1]。VR已广泛应用于影视制作、动漫游戏、艺术展示等领域，创作出大量虚实难辨、亦真亦幻、美轮美奂的作品。VR在工程设计领域也已应用多年，建筑师将设计思路转化为三维设计模型，再通过一系列操作形成虚拟建筑模型，可以更加便捷地展示和沟通设计成果。可见，科技的迅猛发展已经给建筑设计领域带来巨大影响，因此本文对虚拟现实技术在建筑设计中应用方法进行了分析。
1 虚拟现实技术种类及在建筑设计中的应用
1.1虚拟现实技术种类
目前，VR技术形成了四种典型类别，它们是桌面VR、沉浸式VR、分布式VR、增强式VR。桌面VR是在个人计算机上利用键盘、鼠标等设备操作虚拟世界，主要应用于设计、动漫、游戏等领域。沉浸式VR是在封闭空间内利用跟踪器等设备营造更加逼真的虚拟场景。分布式VR也称为在线VR，是VR与网络技术结合的产物，在互联网或移动互联网上利用个人电脑、PAD、智能手机等共享虚拟场景，例如Uncity网站（www.uncity.me）只要免费注册，即可上传作品并实现互动交流。增强式VR是在VR基础之上发展起来的，也称为增强现实（Augmented Reality，AR）技术，是将虚拟场景直接应用于真实世界，例如利用高功率投影机在悉尼歌剧院外墙面上展示炫丽的灯光秀，以致有人认为有了AR技术，建筑外立面可以弱化，根据业主的喜好随意变换，由此建筑设计理念将发生革命性变化[2]。
1.2 虚拟现实技术在建筑设计中的应用
下面介绍其中两个应用，一个是虚拟漫游，另一个是基于参数化设计的VR技术。虚拟漫游是VR技术的重要分支，已在城市景观、小区景观、建筑设计、室内设计等领域进行虚拟模拟，除了静态展示的效果图以外，结合三维动画技术可以动态展示建筑场景，让观察者有身临其境的体验，效果更加形象、生动，深受设计师和客户的欢迎。目前，虚拟漫游已用于真实建筑场景和虚拟建筑场景。前者在风景名胜、历史建筑展示中，让游客足不出户就能游历世界风光名胜；后者已用于城市规划、建筑设计、室内设计，可以避免沟通不到位而在施工中反复修改，节省投资费用。参数化设计（Parametric Design）是把设计要素改成函数变量，通过建立参数化方程和调整参数就能得到建筑师希望的效果，提高设计效率和设计质量[3]。
2 虚拟现实技术在建筑设计中的应用方法
2.1 项目概况
某滨海城市住宅小区展示中心项目，要求既反映出具有滨海城市形象特征的景观特色，又要与该小区的主题理念相吻合。因为该展示中心是为住宅小区服务的，所以选择一栋旧建筑进行改造，该建筑楼高两层，中间有1个小院落。由于建筑年代已经久远，又经多次翻修，建筑陈旧，配套差，质量不佳。本着以人为本、尊重历史的原则进行改造，保留建筑外形并重新装修，内部拆改以完善使用功能。在进行方案设计时，因缺少相关图纸，采用实地测量加拍照方式收集原始资料，并确定外部景观、建筑外观、内部区域重设三大改造部分。下面主要阐述虚拟漫游展示的实现方法。
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2.2 二维图纸绘制
利用城市地理信息系统（GIS）了解区域特性及范围，当然如果GIS资料不全或精细度不够，也可利用Google Earth协助外场地建模。利用AutoCAD软件绘制建筑物的平面图、正立面图、侧立面图、后立面图和截面图，要求尺寸、坐标与实测数据吻合。绘制完成后仔细复核所有数据，确认无误后进行三维建模。
2.3 三维建模
在AutoCAD内也可完成三维建模，但其本质上是二维软件，要实现三维建模操作十分复杂和不方便，严重影响工作效率，所以一般导入其他三维软件中进行建模。建筑设计常用的建模软件有Google SketchUp、3D Studio Max（简称3ds MAX）、Rhino（犀牛）等。SketchUp更易学和掌握；3ds MAX与AutoCAD同属Autodesk公司，兼容性更好；Rhino用于复杂曲面建模很出色。现以导入3ds MAX为例说明。
在导入前应统一设置单位。AutoCAD默认单位为mm，所以在3ds MAX中也设置单位为mm。先在AutoCAD中将所有需要的图元素选中，建立块并命名。这样从平面图到立面图都有了各自的块名称，存为dwg格式。然后在3ds MAX中导入平面图，并设置坐标为原点。接着导入各立面图。利用3ds MAX建模，采用拉伸（Extrude）功能实现墙体。再做细部处理。利用立方体（Box）对楼顶层次、二楼立柱进行造型。利用多边形编辑工具（Editable Poly）进行屋顶造型，再选中点进行编辑成形。铁艺装饰件采用3D样条曲线（Splines）进行造型，编辑点使曲线满足要求，然后转变为三维模型。在渲染窗口调整参数，使模型达到适当的精细度。外景石头先选择扩展几何体（Extended Primitices），利用倒角（Chamfer Box）命令拉出物体，再修改（Modify），调整点，最后完成造型。
2.4 赋材质和贴图
在3ds MAX中，利用材质编辑器对建筑的各个构件分别赋材质，并调整适当参数。对需要贴图的模型，如砖块、玻璃、大理石进行贴图。
2.5 灯光与摄像机设置
先确定主视觉区，然后选择灯光，调整灯光参数。再设置辅助参数，加入细部光源照明。完成材质、灯光设置后，根据游历路线设置摄像机。
2.6 渲染输出与后期合成
虽然3ds MAX软件内部有自带的渲染器，但比外挂渲染器如VRay for 3ds Max还是有差距，后者效果更真实，也更易使用，所以通常采用外挂渲染器进行渲染。根据原始图像大小及计算机硬件配置情况，设置渲染参数。设定渲染文件输出位置与图像格式，本例中采用双机渲染，输出图像格式为单帧tga格式，便于后期合成。后期合成的主要任务是动画合成与特效制作。视频编辑软件有很多种，如Sony Vegas、Adobe Premiere、Adobe After Effects等，本例采用Vegas进行后期合成，导入tga后进行编辑，加入片头、片尾、文字特效、音乐、配音，效果满意后输出为mpg格式。至此动画制作就完成了，可以刻录光盘或保存在U盘等存储介质中，也可以通过网络发布。
3 结语
本文结合实例分析了虚拟现实技术在建筑设计中的应用方法，随着计算机硬件水平的提升以及外围技术的迅速发展，加上网络终端平台的普及，其在建筑设计领域的渗透更加深入，有理由相信虚拟现实技术未来将成为建筑设计离不开的工具，建筑设计也因为有了虚拟现实技术创作更有价值。
参考文献：
[1] 叶飞，井敏飞. 互联网?虚拟现实技术?建筑设计——在线虚拟现实设计平台的研究与实践[J]. 西部人居环境学刊，2014,29(06)：22-26.
[2] 杨大东. 基于技术革新大环境下的建筑设计展望[J]. 福建建筑，2016(09)：4-8.
[3] 孟卉，何婷，饶金通，等. 基于参数化设计的虚拟现实技术应用——厦门五缘湾“鹦鹉螺”音乐厅[J]. 数字技术与应用，2011(12)：75-77.
论文作者:冯永权
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月上
论文发表时间:2017/6/8
标签：虚拟现实论文; 建筑设计论文; 技术论文; 建筑论文; 建模论文; 参数论文; 场景论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月上论文;