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摘要：虚拟现实技术涉及计算机图形学、传感技术、计算机仿真等技术和领域，是一项综合集成技术，它用计算机生成逼真的三维视、听、触觉等信号，使人作为参与者通过适当的装置和设备，能够体验逼真的虚拟世界并与之进行交互。本文以其在建筑设计中的应用为研究对象，主要分析了该技术在设计前期的应用。
关键词：虚拟现实技术；建筑设计；应用
前言
随着计算机技术、图形处理与图像生成技术、立体影像和音响技术、信息合成和显示技术等诸多高新技术的发展，虚拟现实技术以其独特的沉浸感、交互性和构想性特征，为人机交互和仿真系统的发展开辟了新的研究领域，为智能工程的应用提供了新的界面工具，也为各类工程的数据可视化提供了新的描述方法。基于虚拟现实技术的建筑设计不仅降低了“平面”纸质版设计中可能出现的漏洞，而且还可以在设计过程中实现层层改进，提高设计方案的科学性。尤其是对于建筑设计前期阶段，设计策划的成果直接决定了建筑项目结果，所以更需要充分发挥设计师的个人主观性，进行多角度的分析研究，结合计算机模拟建模，确保方案具有严谨的逻辑思维，合理的客观推论，以保证建筑项目的顺利进行。
1.虚拟现实技术的应用特点
1.1 虚拟现实技术的优势分析
1.1.1 虚拟现实技术与建筑设计软件比较
早期的建筑空间设计主要是通过二维草图来表达，这种方式在建筑方案的构思、分析过程起着重要的指导地位。但随着建筑行业的发展，建筑功能越来越复杂，人们对建筑的要求也越来越高。传统的二维图示很难全面的展示出设计师的设计思维，同时客户对方案的意见和要求也不能清晰的反馈给设计师。尽管后期的CAD、3DMAX等建筑设计软件已经被广泛的推广和应用，但其界面较为复杂且缺乏智能性，常被使用者诟病。虚拟现实技术设计软件不仅能在软件中直观的对对象进行操作，而且具有较好的交互特性，能与其他客户实时交互，充分考虑客户的需求进行动态修改，这就体现了虚拟现实技术的可交互性和实时性的优势。
1.1.2 虚拟漫游与建筑动画的比较
在建筑与装饰行业，数字设计已成为主要的设计表达手段。在设计效果上，曾经作为设计效果表现的静态效果图已不能满足当今信息的设计效果表现，而有声有色、具有优美镜头的建筑漫游动画更能完整而全面地展示项目的设计效果，因此，建筑漫游动画行业也飞速发展起来。根据表现内容，一般将建筑漫游动画分为三种：室外建筑动画、室内建筑动画、环境规划动画。在实际动画制作中，为了丰富画面内容，常将它们综合起来，以体现真实的视觉感受和艺术感染力。
但传统的建筑漫游动画是采用既定摄像机路线固定的采用设计师设定的路线，仅局限于在建筑内外穿行，无法做到一点环绕式集中观察或者一点四周环视等效果。并且观察者只能按照设定的路线观察，无法发挥自由观察的意愿。虚拟现实技术则是是通过越引擎制作出 EXE文件，既能够让观察者以第一人称进入到建筑漫游当中，进行自由视角的观察，自由选择观察路线和观察对象，又可以自由环视空间形态带来的不同感受。同时由于编程控制和物理碰撞的引入，虚拟现实技术能让观察者对观察对象进行自由控制和修改，提高了设计的有效性和针对性[1]。
1.2 虚拟现实技术的关键技术
1.2.1 建筑外观及周围环境的视景生成
虚拟现实技术具备三个特性：沉浸感、交互性和想象力，也即是该技术可以真实的采集人的行为动作信息。而建筑最大的特性就是其特殊的功能使用性，需要让人在使用建筑的过程中产生舒适、愉悦的感受。虚拟现实技术以其优秀的视觉效果表达，能实现优化设计的目的。如三维建模，在实现建筑材料材质、色彩的把握，及光环境的模拟方面有着明显的优势。它是以Open GL工业标准为基础，利用计算机图形显示硬件来实现表现效果，硬件的性能决定了虚拟现实场景的图像质量。
1.2.2 虚拟现实技术与人体工程学的结合
人体工程学的本质目的是让建筑符合使用者的行为习惯，这对于设计方案在设计前期阶段的优化具有重要的指导意义。虚拟现实技术通过动作捕捉设备将使用者的行为动作反馈到虚拟场景中的人物上，进行双向交互。虚拟现实引擎中的物理碰撞检测再将场景内的碰撞和力量反馈给使用者，增强了使用者的视觉、听觉和触觉上的逼真体验，对于建筑设计过程中分析设计空间形态有着良好的促进作用。
1.3 虚拟现实技术的应用效果
虚拟现实技术具有可体验性、可更改性及更经济性的应用特色，能够让设计师的设计理念更加的简单易懂，便于设计师进一步的优化设计方案，保证了设计方案的合理性，避免了后期经济浪费问题的出现。
由于不同的空间序列中，使用者的空间感受各不相同，虚拟现实技术能够通过设定不同运动方式时的视点高度和运动速率，来让用户充分感受到建筑景观的变化。同时该技术还可以预先在虚拟场景中进行不同视角观察点的预留，可通过鼠标操作来切换不同观察点及视野的转动，这对于设计前期阶段为设计师反馈信息至关重要，提高了设计师对于信息的掌握能力，设计师根据用户的主观感受，还可以优化设计，丰富内容[2]。
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2.虚拟现实技术对建筑设计前期问题的解决
2.1 场地分析模拟
场地指建筑基地当中的所有内容的总和，为了达到建筑项目完成的要求，需要对建筑本身和建筑与场地密切相关的部分，如土壤环境、道路交通等元素的相互关系和相互影响进行设计。
影响场地设计的因素有三个方面：一是自然因素，主要是指地质、地形、温度、风向等因素，既影响着建筑物的朝向、材料选择，又影响着建筑外部空间的设计；二是人文因素：主要是考虑场地周边的环境、区域文化传统以及目标群众在场地的行为活动；三是社会因素：主要是对周边配套进行分析，研究建筑功能的合理性。结合以上影响因素可以得出，场地设计具有综合性、客观性和整体性的特性。
虚拟现实技术在建筑设计前期，能够创造出虚拟现实建筑，为设计前期策划定位和客户体验交互带来直观的感受，客户能够通过客户端实时总揽项目全景效果，如果佩戴手机互动的虚拟现实眼镜，就可以进入内部漫游，以亲身感受来体验建筑产品。
用虚拟现实技术对场地进行模拟分析可应注意以下几点：
（1）顺应地貌融入环境：地貌特征既是场地基础，又是区域特色的体现。不同的地貌特征对应着相应的建筑场地模式，在进行场地设计时应最大限度的保护原有场地特征，使建筑物能够自然融入到地貌环境当中，既可以保护自然环境，又能够赋予建筑物特殊的内涵。
（2）顺应气候条件：场地设计应根据区域的气候特征来灵活设计室内或室外场地的形式，并结合气候特征灵活运用自然景观特色，打造场地的季节性氛围。
（3）合理进行人工创造：为了实现人们亲近自然的愿望，对于自然景观缺失的部分需要人为的进行填补。通过虚拟现实技术可以在前期设计中引入环境的创造，通过模拟、体验、论证进行合理的环境创造，能有效的促进场地与自然环境的融合[3]。
2.2 光环境模拟
传统的采光设计往往根据设计经验和二维图纸来进行比较设计的合理性，现有的三维软件也仅仅是采光效果的展示。实际上采光受到多种因素的影响，不同的时间，不同的天气都会带来不同的采光效果，同时还要考虑建筑物内部空间布局对光照的影响。
虚拟现实技术一方面可以对建筑物材质对光线照射的反应表现出来，并通过光源数据曲线来模拟不同的光照效果，让人在不同角度下看到同一个光线的不同效果；另一方面可以对时间和天气进行设置，从而能够更加准确的把握采光的动态变化。然后对虚拟引擎模拟得出的数据进行整理分析，就可以用作作设计前期工作的数据依据，进而为建筑的光热环境和能耗性能提供初步的分析判定。
2.3 增强交互体验
传统的建筑设计表现手法大多是二维图纸、三维效果图等，随着计算机网络技术的发展，数字化的表现手法得到了深入的推广，其效果的逼真性，表现形式的多样性都有着独特的优势。由此在设计前期使用虚拟现实技术，能较好的实现设计者与目标客户、开发商的实时、准确、动态的信息交互和反馈。如客户在漫游过程中的行进路线，通过大量的实验数据对比，能够得出合理的建筑流线分析图，以此再进行空间连接设计。同时对于客户体验反馈的重点要给予优先级分类，避免喧宾夺主问题的出现。
2.4 辅助设计表现
（1）明确前期策划：设计需求是项目设计前期工作阶段首先要明确的目标，然后再根据调研数据进行拟分析，以确定初步设计是否满足主体建筑的功能性需求。具体来说就是对基地地貌、基地地貌等现状和设计要求进行分析，同时还要考虑各项成本和目标客户的需求，这样才能有针对性的解决问题，最终达到优化设计的目的。这就需要前期策划时要掌握大量的信息，并合理的处理这些信息。
（2）进行概要设计：虚拟现实技术的交互沟通，改变了以往繁复的交流过程，能够实现对设计意见的实时修改，既便于设计者和客户之间更加自然的交流，让客户能准确理解概要设计时的设计概念，又有利于沟通过程中的设计灵感的出现，提高设计的创新性和准确性[4]。
（3）模型的完善：一个优秀的设计方案需要经过反复的推敲论证。在虚拟现实场景中，通过对观察者不同视角下信息的比较和分析，来逐步深化设计过程，对于提高设计的准确性有着重要作用。如我国著名建筑大师贝聿铭先生常以1比1比例的大比例模型，然后再进入模型中亲身体验，来感受建筑额全局和细节，从这点来说，虚拟现实技术为设计前期工作提供了科学指导。
3.结语
总的来说，虚拟现实技术作为一种新型的视觉表达形式，为设计者提供了全新的设计思维和手段，它使得建筑设计不单单是设计师的专属，更多的是通过体验增进了用户和设计师之前的交流，有利于建设资源的分配和整合。虚拟现实技术的沉浸感、交互性和想象力特性，能帮助设计师快速掌握相关的建筑要素，有利于设计前期工作的效率和准确性，同时也带动了建筑设计行业内方法和认识的革新。可以说虚拟现实技术已成为建筑设计未来的发展趋势，设计师要重视其在设计前期工作的指导意义，不断的学习和创新，才能从根本上促进我国建筑行业的可持续发展。
参考文献
[1]虚拟现实技术与建筑设计的关系分析[J].陈沛俊.住宅与房地产.2017（32）.
[2]建筑设计中虚拟现实技术的运用研究[J].李文涛.四川水泥.2017（04）.
[3]建筑设计中虚拟现实技术的运用[J].朱晖，魏萍，王杰，迟媛.建材与装饰.2018（18）.
[4]建筑设计中虚拟现实技术的运用思考[J].张博.住宅与房地产.2018（15）.
作者简介
李海德（1985—），男，广西桂平人，中级工程师，大学本科，研究方向：建筑设计。
论文作者:李海德
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年4期
论文发表时间:2019/6/14
标签：虚拟现实论文; 建筑论文; 技术论文; 建筑设计论文; 场地论文; 设计师论文; 效果论文; 《建筑学研究前沿》2019年4期论文;