摘要：虚拟现实技术作为一项以计算机技术为基础的高新技术，具有交互性、想象性和沉浸性的特点，强调人在虚拟现实中的主导作用。建筑设计是技术、艺术和创新相结合的领域，虚拟现实技术的出现为建筑设计开辟了新思路，将其应用于建筑设计能够打破传统表现模式，虚拟现实和计算机技术的结合，能够大大提高设计人员的工作效率和设计质量，缩短设计周期，减少投资成本。因此，虚拟现实技术应用于建筑设计具有重要的现实意义。
关键词：虚拟现实技术；建筑设计；应用
引言
随着科学技术的持续发展，特别是计算机技术的较快发展，虚拟现实技术是以计算机技术为基础的一种高新技术，已逐步应用在医学、军事航天、教育、能源开采、轨道交通等领域，并取得了一定可观的经济效益。近年来，传统的建筑设计手段已经不能满足现代建筑行业的蓬勃发展需求，因此，为了有效地解决思维构思设计与具体建筑实物之间的联系问题，全面的展示虚拟现实环境，虚拟现实技术作为一种新的技术手段，受到越来越多的建筑设计师的重视，并已初步应用于建筑设计行业。
1.虚拟现实技术的分类与特征
虚拟现实技术（VR）得以实现的两个关键因素是硬件技术与软件技术，当前虚拟技术中的视觉设备与听觉设备较为完备，但味觉设备与嗅觉设备却仍需进一步研究。虚拟现实技术可以按照不同的依据分为不同的类型：①交互以及浸润程度：叠加式、分布式、浸润式、桌面式；②运用特点：全景图式、二维模型式。
VR技术的特点主要有三个。第一个是沉浸性，用户在系统中的身份为主导者，可以真实的感知模拟环境，如果系统设置较高，那么用户在虚拟环境中的感受就会与现实世界无差别。举例来说，三维技术给人以单一的感觉，用户只能被动接受，而VR技术中用户可以主动将视角或者移动速度等方面加以改变。第二个特点为交互性，即用户与VR系统的作用是相互的，系统为用户提供真实的环境，用户对系统予以操作并进行反馈，实现人机的互动。例如VR系统中会为用户提供虚拟的头盔、手套等作为道具，用户将自己的行为于计算机中实现，使虚拟环境内的事物受到影响，让用户感觉到自己的行为使虚拟世界得以改变。第三个特点是想象性，军事、医学、科技等多方面的问题都可以通过VR系统来解决，很多现实中并未发生的情况都要考虑到其中，因此想象力与创造力是VR系统设计的基础与依据。例如在虚拟环境中用餐，食物是由系统虚构出的，但是用户通过嗅觉与触觉等感知到食物的存在。
2.建筑设计中实现虚拟现实技术的方法
2.1三维虚拟环境空间的建立
用虚拟现实技术构建虚拟环境空间需要对建筑物的平面图、立面图和剖面图等相关信息采集，以便将建筑物的立面、平面和剖面的真实效果反映出。将资料收集好后利用3DSMAX软件制作建筑的三维模型建模时需注意在使设计要求满足的前提下，使点和段的数量尽量减少，以使工作效率增加。可以对模型创建适当的光场景和背景，以便将建筑的特点真实的展现出。
2.2虚拟现实硬件系统
简单的虚拟现实系统的实现并不需要太多复杂的设备，只要能够使其具有输入、输出功能满足的设备即可，简单的计算机桌面互动系统就可以对一个简单的桌面虚拟现实系统构成。但要使虚拟现实技术带来的沉浸感、交互性、想象性三个特征就需要专业的信息输入设备和信息输出设备充分实现。信息输入设备包括键盘、鼠标等等，信息输出设备包括高性能显示器适配器、单通道或多通道投影响仪、偏振片、立体眼镜等等。借助于传感设备用户可以将自己在现实时空的行为通过用户化身映射给虚拟环境，反之亦然。
2.3虚拟现实软件系统
要想让设计者与用户或者其他人员对虚拟现实技术所带来的身临其境的临场感与沉浸感真正体验到，首先就要对一个与客观世界相符合或者与设计者头脑预想的设计方案相符合的虚拟三维模型建立，这个三维虚拟场景模型不但能够使建筑、环境、室内等客观存在准确的表现出，而且需要对场景的色彩、材质、阴影等较真实的反应出。建立可视化三维模型从技术实现上可分为三步：几何建模，主要建立所需三维场景的几何构形；形象建模，主要对几何建模的结果进行材质、颜色、光照等处理；行为建模，主要处理物体的运动和行为描述。
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3.虚拟现实技术在建筑设计中的应用
建筑设计综合性极强，设计人员在运用自身思维进行设计的同时，还应考虑客户的整体感受，使建筑设计更具真实感。虚拟现实技术能够帮助设计人员更好地完成，主要原因即在于其能够通过计算机对现实进行模拟、创造和体现虚拟世界，降低劳动量，缩短设计周期，提高设计科学性和精确性。
3.1展示建筑物整体信息
现阶段的二维、三维表达方式，只能传递建筑物部分属性信息，且只能提供单一尺度的建筑物信息，而使用虚拟现实技术可展示一栋活生生的虚拟建筑物，并可在里面漫游，体验身临其境之感。建筑设计不仅是设计者的事，住户、管理部门都可起到辅助决策的作用，而虚拟现实技术在设计者和用户之间能起到一种沟通的桥梁作用。
3.2远距离浏览
设计者进行建筑设计，通常需要跟工程单位不断进行沟通交流，而虚拟现实作品可以通过VRML的方式发布到网络上去，工程单位可以通过互联网进行远距离浏览，将虚拟现实方式的建筑设计应用于互联网中，利用虚拟现实方式进行远程交流。常用的建模软件如3ds max，不仅支持VRML文件格式的输出，还可以在VRML中通过选择摄像机进行导航设置，在场景中指定活动控件和触发器等，大大丰富了实时浏览的内容。
3.3实时多方案比较
建筑设计时，往往会设计多种方案，并进行不同方案的对比分析，以选择最佳方案。采用虚拟现实设计，可将不同设计方案通过模型表达出来，并可随时切换，利于设计者观察某一点或某一部位中的设计，更快的比较出不同方案的优缺点，从而为改进方案提供便利。在虚拟现实技术应用中，不仅能够比较不同方案的建筑设计特点，还可随时修改方案，并将修改后的方案与修改前作以对比，分析修改效果。因此，虚拟现实技术对建筑设计进行实时多方案比较，可较好的提高建筑设计的工作效率和设计质量。
3.4专用人机接口交互
人机接口是使用者与计算机沟通的桥梁，它是代表使用者意图的转换及计算机程序的执行，良好的人机接口可减少使用者对系统的学习时间和增强系统的效率。虚拟现实技术建筑设计中，必有特定的人机接口模式：使用者模式，使用者直接进入虚拟现实中进行观测与互动操作，以第一人称的观测方式进行虚拟现实的沉浸观察，隐藏的接口只在使用时才出现；代理者模式，即在虚拟现实中常因沉浸环境与现实环境的感性差距而造成空间迷失，以至于使用者无法掌握虚拟现实中的状态，以空间代理者的虚拟环境信息的提供，以第一和第二人称的观察方式进行虚拟环境观测；监控模式，使用者以第三人称的方式监控虚拟现实中的现实状态，并进行虚拟物的监视与控制，接口的产生与虚拟现实的种类并无绝对关系；浸入操作模式，将控制虚拟现实物的接口置于虚拟现实中，进行仿真式操作模拟，使用者以第一人称控制虚拟物。
3.5虚拟现实系统
虚拟现实系统主要有模型式和图像式。模型式虚拟现实以虚拟现实造型语言为主要描述语言，使建筑设计可用计算机进行三维建模，利用效果图、三维施工图与资料库，并利用虚拟现实技术连结资料库实时模拟操作。虚拟现实造型语言可用在万维网（3W）中定义与更多信息相关联的三维世界布局和内容，使之能够在交互的三维空间中容易地被表达。当虚拟现实造型语言浏览器启动后，它会将虚拟现实造型语言中的信息解释成虚拟现实造型语言空间中的建筑物的几何形体的描述，一旦空间被用户浏览器解释，它将提供实时显示，用户机器上将会出现一个活动的场景。
4.结束语
作为一项以计算机技术为基础的高新技术，虚拟现实技术具有交互性、想象性和沉浸性的特点，强调人在虚拟现实中的主导作用。建筑设计是技术、艺术和创新相结合的领域，虚拟现实技术的出现为建筑设计开辟了新思路，将其在建筑设计中应用能够打破传统表现模式，虚拟现实和计算机技术的结合，能够使设计人员的工作效率和设计质量大大提高，缩短设计周期，使投资成本减少。因此，虚拟现实技术应用于建筑设计具有重要的现实意义。
参考文献：
[1]周巍.谈虚拟现实技术在建筑设计中的应用[J].科技致富向导，2013（23）：214.
[2]张伟东.虚拟现实技术在未来建筑设计中的应用[J].科学中国人，2014（10）：244.
[3]崔海英.建筑设计中虚拟现实技术的运用浅析[J].江西建材，2016，06：34+38.
论文作者:钟明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/14
标签：虚拟现实论文; 建筑设计论文; 技术论文; 环境论文; 系统论文; 用户论文; 建模论文; 《基层建设》2019年第21期论文;