建設(shè)設(shè)計(jì)中的虛擬現(xiàn)實(shí)

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摘要： 以蘇州拙政園為例，介紹了虛擬系統(tǒng)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(tǒng)，應(yīng)用javascrip t 語言擴(kuò)展虛擬世界的動(dòng)態(tài)行為建立的拙政園虛擬巡游系統(tǒng)可以任意選擇路徑遨游各景，證明建筑中使用虛擬現(xiàn)實(shí)作為媒體的可能性。用虛擬系統(tǒng)開拓建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)作思路，有助于建筑師推出多種不同設(shè)計(jì)方案，從而提高建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí) 建筑設(shè)計(jì) 思維

　　虛擬現(xiàn)實(shí)（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(xiàn)實(shí)（A rt if icial Reality）、仿真技術(shù)（Sim u lato r Techno logy） 等。 它集成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體、人工智能、多傳感器、網(wǎng)絡(luò)、并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果。 它以模擬方式為使用者， 創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)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(yàn)中， 使設(shè)計(jì)者可以深入探索、參與者可以直接參與虛擬對(duì)象在所處環(huán)境中的作用和變化， 仿佛置身于一個(gè)虛擬的世界中， 產(chǎn)生融合性……997 年， B ridges 與Charito s 提出建筑設(shè)計(jì)與VR 之間， 存在著一雙向關(guān)系， 建筑設(shè)計(jì)可引用VR 來評(píng)估與驗(yàn)證設(shè)計(jì)意圖， 而虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境可引用建筑設(shè)計(jì)知識(shí)來建構(gòu)。

　　1.虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑演示系統(tǒng)

　　在建筑和規(guī)劃學(xué)科領(lǐng)域， 使用虛擬現(xiàn)實(shí)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(dòng)感形象及其平面布局特點(diǎn)。它所產(chǎn)生的融合性， 要比模型或效果圖更形象、完整和生動(dòng)。

　　使用虛擬現(xiàn)實(shí)語言， 可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)場(chǎng)景及單體編輯， 動(dòng)畫、解說等多媒體信息和虛擬現(xiàn)實(shí)無縫連接。 它讓人易于交流， 加強(qiáng)大眾與專業(yè)團(tuán)體對(duì)城市及開發(fā)區(qū)規(guī)劃的理解與認(rèn)識(shí)， 勾畫未來城市的形象等。

　　臺(tái)灣交通大學(xué)建筑與文化研究院劉育東教授在臺(tái)灣新竹市東門城廣場(chǎng)規(guī)劃中， 第一次對(duì)。公共工程進(jìn)行公開討論， 以擬定后續(xù)的發(fā)展準(zhǔn)則。 居民們希望從任意角度了解工程項(xiàng)目的。情況， 所以將虛擬現(xiàn)實(shí)引入用戶參與設(shè)計(jì)系統(tǒng)是十分必要的。虛擬現(xiàn)實(shí)能適應(yīng)因特網(wǎng)上傳播的需要， 并能滿足房地產(chǎn)信息的需求。 對(duì)房地產(chǎn)開發(fā)商、建筑設(shè)計(jì)和規(guī)劃行業(yè)來說， 虛擬現(xiàn)實(shí)的展示方式是大勢(shì)所趨。

　?。?）在商品房交易中， 消費(fèi)者除了關(guān)注商品房的價(jià)格、位置之外，越來越關(guān)注房屋的環(huán)境、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、裝潢。 用戶在查詢某商品房時(shí)，可以定位指定觀察室內(nèi)戶型以及小區(qū)環(huán)境?？梢杂H身體驗(yàn)小區(qū)建成后的三維虛擬環(huán)境，了解室內(nèi)空間、周邊環(huán)境、固定設(shè)施的配套情況，因而仿佛身臨其境。虛擬現(xiàn)實(shí)可以輔助戶型室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)及建材選擇。場(chǎng)景中每個(gè)物體，可進(jìn)行獨(dú)立的移動(dòng)、隱藏等編輯操作。 動(dòng)感十足的虛擬現(xiàn)實(shí)可刺激用戶的購買欲，有助于銷售，縮短售房周期。

　?。?） 設(shè)計(jì)院可將自己的設(shè)計(jì)方案動(dòng)態(tài)形象地展示， 以充分表達(dá)自己的方案， 提高中標(biāo)率。

　?。?） 中標(biāo)后對(duì)甲方、乙方而言， 可通過VR 方式審視。 雙方可逼真快捷地進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的修改， 使設(shè)計(jì)臻于完善， 直至滿意。

　　2 虛擬巡游系統(tǒng)的形成過程

　　以動(dòng)畫及虛擬系統(tǒng)的形成過程為例， 介紹如何將虛擬現(xiàn)實(shí)輔助于建筑設(shè)計(jì)方案中。

　　2.1　數(shù)據(jù)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(diǎn)、立面效果， 以及重要建筑物的空間關(guān)系的規(guī)劃區(qū)域?qū)嵕皥D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(guān)的圖紙和文本。

　　2.2　用三維建模軟件建模

　　依據(jù)方案設(shè)計(jì)圖在三維圖形系統(tǒng)中構(gòu)造建筑物， 常用建模軟件有A u toCAD 和3DSMAX. 使用3DSMAX 制作動(dòng)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(tǒng)

　?。?） 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(fù)擔(dān)。通過這種算法， 對(duì)于遠(yuǎn)處的或者是不重要的物體， 用較少的多邊形表示。 對(duì)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(zhì)量的基礎(chǔ)上減少多邊形的數(shù)目。

　?。?） 在場(chǎng)景中放置足夠多的攝影機(jī)， 以供用戶選擇。

　?。?） 使用U SE， 對(duì)原始節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重用， 以減少文件長度。

　?。?） 使用超鏈接節(jié)點(diǎn)A ncho r， In line 等， 鏈接其它虛擬空間。A ncho r 使場(chǎng)景中的對(duì)象與另一空間造型鏈接， 或與場(chǎng)景中另一相機(jī)連接。In line O b ject 可合并另一虛擬現(xiàn)實(shí)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(kuò)展虛擬世界的動(dòng)態(tài)行為

　　J avascrip t 語言是用于VRML 各個(gè)節(jié)點(diǎn)的一種描述語言。 它使*. WRL 文件所模擬的世界， 具有較強(qiáng)的真實(shí)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(chǎn)之一。其空間蜿蜒曲折， 藏露掩映， 欲放先收， 達(dá)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(fēng)亭等） ， 建立了虛擬巡游系統(tǒng)。

　　3 對(duì)建筑設(shè)計(jì)思維的影響

　　傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)以紙和筆進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)。 據(jù)此， 建筑師按自己對(duì)實(shí)際尺寸的把握進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此， 設(shè)計(jì)者無法融入所設(shè)計(jì)的空間中， 其觀察與想象均受到限制。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)， 提供了其它傳統(tǒng)表現(xiàn)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(zhì)等） . 可通過實(shí)時(shí)三維場(chǎng)景調(diào)整、信息查詢以及多媒體信息集成等技術(shù)， 為方案的比較推敲， 為設(shè)計(jì)風(fēng)格、造型特點(diǎn)，以及相關(guān)信息的展示， 提供了強(qiáng)有力的支持。 在虛擬現(xiàn)實(shí)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(chǎn)生多樣化設(shè)計(jì)方案， 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。美國Iow a 大學(xué)開發(fā)出新型設(shè)計(jì)工具VRDet〔2〕。 設(shè)計(jì)者可直接在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)， 整個(gè)設(shè)計(jì)過程可被錄制并回放。 設(shè)計(jì)者還可觀察他的思維過程， 對(duì)于了解建筑師的設(shè)計(jì)方法具有重要意義。

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

　　VADet 使用一個(gè)面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)。 它強(qiáng)調(diào)交互性能， 可擴(kuò)充性及獨(dú)立的顯示界面。系統(tǒng)的核心是一組C+ + 類。3 個(gè)主要的類為環(huán)境類、控制類與形類。VADet 使得設(shè)計(jì)者在任一設(shè)計(jì)階段可探索整體尺寸的虛擬物體。 系統(tǒng)有精確的風(fēng)格， 可修改尺寸。 虛擬設(shè)計(jì)尺寸比C2系統(tǒng)的物理尺寸大。 物體能在實(shí)際尺寸內(nèi)產(chǎn)生、復(fù)制、刪除、移動(dòng)、縮放或再生。 該系統(tǒng)可被視為一個(gè)三維草圖工具。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)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?nèi)藗儗?duì)世界、對(duì)自己、對(duì)空間和時(shí)間的看法。

　　4 結(jié)束語

　　虛擬現(xiàn)實(shí)不斷發(fā)展， 將成為建筑應(yīng)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(xiàn)實(shí)是21 世紀(jì)的工具的說法。V rnew s 也認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)是最有發(fā)展?jié)摿Φ氖箨P(guān)鍵技術(shù)之一。 虛擬現(xiàn)實(shí)具有完善的交互作用能力， 能幫助和啟發(fā)進(jìn)入虛擬境界的參與者的構(gòu)思的信息環(huán)境。 利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的人機(jī)對(duì)話工具， 同虛擬環(huán)境中的物體交互操作， 使人達(dá)到一種境界虛擬， 但其感覺卻具有真實(shí)的效果。 我們應(yīng)充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)大的潛在功能于建筑領(lǐng)域。