建設設計中的虛擬現實

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摘要： 以蘇州拙政園為例，介紹了虛擬系統的形成過程。采用三維建模軟件A utoCAD 和3DSMAX 建模， 使用LOD 算法優(yōu)化虛擬系統，應用javascrip t 語言擴展虛擬世界的動態(tài)行為建立的拙政園虛擬巡游系統可以任意選擇路徑遨游各景，證明建筑中使用虛擬現實作為媒體的可能性。用虛擬系統開拓建筑設計的創(chuàng)作思路，有助于建筑師推出多種不同設計方案，從而提高建筑設計質量。

　　關鍵詞： 虛擬現實 建筑設計 思維

　　虛擬現實（V irtual Reality， 簡稱VR ） ， 又稱為虛擬環(huán)境（V irtual Environm en t s）、人造空間（Cyber space）、人工現實（A rt if icial Reality）、仿真技術（Sim u lato r Techno logy） 等。 它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網絡、并行處理等技術的最新發(fā)展成果。 它以模擬方式為使用者， 創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖像世界。 在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗中， 使設計者可以深入探索、參與者可以直接參與虛擬對象在所處環(huán)境中的作用和變化， 仿佛置身于一個虛擬的世界中， 產生融合性……997 年， B ridges 與Charito s 提出建筑設計與VR 之間， 存在著一雙向關系， 建筑設計可引用VR 來評估與驗證設計意圖， 而虛擬現實的環(huán)境可引用建筑設計知識來建構。

　　1.虛擬現實的建筑演示系統

　　在建筑和規(guī)劃學科領域， 使用虛擬現實演示單體建筑、居住小區(qū)乃至城市空間， 可以讓人以不同的俯仰角度去審視或欣賞其外部空間的動感形象及其平面布局特點。它所產生的融合性， 要比模型或效果圖更形象、完整和生動。

　　使用虛擬現實語言， 可實現實時場景及單體編輯， 動畫、解說等多媒體信息和虛擬現實無縫連接。 它讓人易于交流， 加強大眾與專業(yè)團體對城市及開發(fā)區(qū)規(guī)劃的理解與認識， 勾畫未來城市的形象等。

　　臺灣交通大學建筑與文化研究院劉育東教授在臺灣新竹市東門城廣場規(guī)劃中， 第一次對。公共工程進行公開討論， 以擬定后續(xù)的發(fā)展準則。 居民們希望從任意角度了解工程項目的。情況， 所以將虛擬現實引入用戶參與設計系統是十分必要的。虛擬現實能適應因特網上傳播的需要， 并能滿足房地產信息的需求。 對房地產開發(fā)商、建筑設計和規(guī)劃行業(yè)來說， 虛擬現實的展示方式是大勢所趨。

　?。?）在商品房交易中， 消費者除了關注商品房的價格、位置之外，越來越關注房屋的環(huán)境、結構、設計、裝潢。 用戶在查詢某商品房時，可以定位指定觀察室內戶型以及小區(qū)環(huán)境?？梢杂H身體驗小區(qū)建成后的三維虛擬環(huán)境，了解室內空間、周邊環(huán)境、固定設施的配套情況，因而仿佛身臨其境。虛擬現實可以輔助戶型室內裝修設計及建材選擇。場景中每個物體，可進行獨立的移動、隱藏等編輯操作。 動感十足的虛擬現實可刺激用戶的購買欲，有助于銷售，縮短售房周期。

　?。?） 設計院可將自己的設計方案動態(tài)形象地展示， 以充分表達自己的方案， 提高中標率。

　　（3） 中標后對甲方、乙方而言， 可通過VR 方式審視。 雙方可逼真快捷地進行設計數據的修改， 使設計臻于完善， 直至滿意。

　　2 虛擬巡游系統的形成過程

　　以動畫及虛擬系統的形成過程為例， 介紹如何將虛擬現實輔助于建筑設計方案中。

　　2.1　數據采集

　　包括平、立、剖面與透視圖。 包括能充分反映建筑物的特點、立面效果， 以及重要建筑物的空間關系的規(guī)劃區(qū)域實景圖像， 諸如多角度、多距離觀察的錄像與攝影圖片。 還包括空間參照物， 如周圍建筑物， 相關的圖紙和文本。

　　2.2　用三維建模軟件建模

　　依據方案設計圖在三維圖形系統中構造建筑物， 常用建模軟件有A u toCAD 和3DSMAX. 使用3DSMAX 制作動畫。 將其以VRML （V irtual RealityModeling L anguage） 文件格式輸出。

　　2.3　優(yōu)化虛擬系統

　　（1） 使用LOD （L evel of detail） 算法替代模型的不同版本， 以減輕VRML 瀏覽器的負擔。通過這種算法， 對于遠處的或者是不重要的物體， 用較少的多邊形表示。 對于近處的或較重要的物體用較多的多邊形來表示， 從而在保證圖像質量的基礎上減少多邊形的數目。

　?。?） 在場景中放置足夠多的攝影機， 以供用戶選擇。

　?。?） 使用U SE， 對原始節(jié)點進行重用， 以減少文件長度。

　?。?） 使用超鏈接節(jié)點A ncho r， In line 等， 鏈接其它虛擬空間。A ncho r 使場景中的對象與另一空間造型鏈接， 或與場景中另一相機連接。In line O b ject 可合并另一虛擬現實文件。

　?。?） 通過A udio Clip ， Sound 算法提供虛擬的聲音效果。

　　2.4　使用java scr ipt 語言擴展虛擬世界的動態(tài)行為

　　J avascrip t 語言是用于VRML 各個節(jié)點的一種描述語言。 它使*. WRL 文件所模擬的世界， 具有較強的真實度。

　　拙政園名冠江南， 是中國的四大名園之一， 亦是世界文化遺產之一。其空間蜿蜒曲折， 藏露掩映， 欲放先收， 達到小中見大的效果。 我們?yōu)樽菊@最精彩部分（中部水院的小飛虹、小滄浪、得真亭、松風亭等） ， 建立了虛擬巡游系統。

　　3 對建筑設計思維的影響

　　傳統建筑設計以紙和筆進行草圖設計。 據此， 建筑師按自己對實際尺寸的把握進行設計。因此， 設計者無法融入所設計的空間中， 其觀察與想象均受到限制。

　　虛擬現實， 提供了其它傳統表現方式所無法比擬的、嶄新的信息交流界面。 建筑師可從任意角度， 觀看虛擬物體的三維效果（空間的形狀、大小， 物體的色彩、材質等） . 可通過實時三維場景調整、信息查詢以及多媒體信息集成等技術， 為方案的比較推敲， 為設計風格、造型特點，以及相關信息的展示， 提供了強有力的支持。 在虛擬現實環(huán)境中， 虛擬環(huán)境開拓建筑師的想象力， 提高創(chuàng)造力， 有助于建筑師產生多樣化設計方案， 提高設計質量。美國Iow a 大學開發(fā)出新型設計工具VRDet〔2〕。 設計者可直接在該系統中設計， 整個設計過程可被錄制并回放。 設計者還可觀察他的思維過程， 對于了解建筑師的設計方法具有重要意義。

　　VADet 采用23D 語言系統提供固定聲音， 有4 個C2 環(huán)繞屏幕顯示系統， 可使用LCD 立體眼鏡。C2 輸入設備基于CAV E 系統（Cruz2N eira， Sandin& DeFan t i，.993） ， 能直接處理對象，對用戶反應有快速的立體的顯示。VADet 系統也可應用于配備有C2 的跟蹤及輸入設施的頭盔浸入裝置。

　　VADet 使用一個面向對象的方法設計。 它強調交互性能， 可擴充性及獨立的顯示界面。系統的核心是一組C+ + 類。3 個主要的類為環(huán)境類、控制類與形類。VADet 使得設計者在任一設計階段可探索整體尺寸的虛擬物體。 系統有精確的風格， 可修改尺寸。 虛擬設計尺寸比C2系統的物理尺寸大。 物體能在實際尺寸內產生、復制、刪除、移動、縮放或再生。 該系統可被視為一個三維草圖工具。

　　虛擬現實發(fā)展前景十分誘人。 從某種意義上說， 它改變了人們的思維方式， 改變人們對世界、對自己、對空間和時間的看法。

　　4 結束語

　　虛擬現實不斷發(fā)展， 將成為建筑應用軟件的主流。IN TEL MCGRAWH ILL 公司所出版的《V irtual Reality： Th rough The N ew Look ing Glass》一書， 提出虛擬現實是21 世紀的工具的說法。V rnew s 也認為虛擬現實是最有發(fā)展?jié)摿Φ氖箨P鍵技術之一。 虛擬現實具有完善的交互作用能力， 能幫助和啟發(fā)進入虛擬境界的參與者的構思的信息環(huán)境。 利用計算機系統提供的人機對話工具， 同虛擬環(huán)境中的物體交互操作， 使人達到一種境界虛擬， 但其感覺卻具有真實的效果。 我們應充分發(fā)揮虛擬現實強大的潛在功能于建筑領域。