建設(shè)設(shè)計中的虛擬現(xiàn)實

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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)實作為媒體的可能性。用虛擬系統(tǒng)開拓建筑設(shè)計的創(chuàng)作思路，有助于建筑師推出多種不同設(shè)計方案，從而提高建筑設(shè)計質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實 建筑設(shè)計 思維

　　虛擬現(xiàn)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(xiàn)實（A rt if icial Reality）、仿真技術(shù)（Sim u lato r Techno logy） 等。 它集成了計算機(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(shè)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(chǎn)生融合性……997 年， B ridges 與Charito s 提出建筑設(shè)計與VR 之間， 存在著一雙向關(guān)系， 建筑設(shè)計可引用VR 來評估與驗證設(shè)計意圖， 而虛擬現(xiàn)實的環(huán)境可引用建筑設(shè)計知識來建構(gòu)。

　　1.虛擬現(xiàn)實的建筑演示系統(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(chǎn)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(xiàn)實語言， 可實現(xiàn)實時場景及單體編輯， 動畫、解說等多媒體信息和虛擬現(xiàn)實無縫連接。 它讓人易于交流， 加強(qiáng)大眾與專業(yè)團(tuán)體對城市及開發(fā)區(qū)規(guī)劃的理解與認(rèn)識， 勾畫未來城市的形象等。

　　臺灣交通大學(xué)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(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目的。情況， 所以將虛擬現(xiàn)實引入用戶參與設(shè)計系統(tǒng)是十分必要的。虛擬現(xiàn)實能適應(yīng)因特網(wǎng)上傳播的需要， 并能滿足房地產(chǎn)信息的需求。 對房地產(chǎn)開發(fā)商、建筑設(shè)計和規(guī)劃行業(yè)來說， 虛擬現(xiàn)實的展示方式是大勢所趨。

　　（1）在商品房交易中， 消費者除了關(guān)注商品房的價格、位置之外，越來越關(guān)注房屋的環(huán)境、結(jié)構(gòu)、設(shè)計、裝潢。 用戶在查詢某商品房時，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)實可以輔助戶型室內(nèi)裝修設(shè)計及建材選擇。場景中每個物體，可進(jìn)行獨立的移動、隱藏等編輯操作。 動感十足的虛擬現(xiàn)實可刺激用戶的購買欲，有助于銷售，縮短售房周期。

　?。?） 設(shè)計院可將自己的設(shè)計方案動態(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)計數(shù)據(jù)的修改， 使設(shè)計臻于完善， 直至滿意。

　　2 虛擬巡游系統(tǒng)的形成過程

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

　　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、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)

　　（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(fù)擔(dān)。通過這種算法， 對于遠(yuǎn)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(zhì)量的基礎(chǔ)上減少多邊形的數(shù)目。

　?。?） 在場景中放置足夠多的攝影機(jī)， 以供用戶選擇。

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

　　（4） 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(jī)連接。In line O b ject 可合并另一虛擬現(xiàn)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(kuò)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(qiáng)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(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 對建筑設(shè)計思維的影響

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

　　虛擬現(xiàn)實， 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） . 可通過實時三維場景調(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)計風(fēng)格、造型特點，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)計方案， 提高設(shè)計質(zhì)量。美國Iow a 大學(xué)開發(fā)出新型設(shè)計工具VRDet〔2〕。 設(shè)計者可直接在該系統(tǒng)中設(shè)計， 整個設(shè)計過程可被錄制并回放。 設(shè)計者還可觀察他的思維過程， 對于了解建筑師的設(shè)計方法具有重要意義。

　　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） ， 能直接處理對象，對用戶反應(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 使用一個面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計。 它強(qiáng)調(diào)交互性能， 可擴(kuò)充性及獨立的顯示界面。系統(tǒng)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(shè)計者在任一設(shè)計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)計尺寸比C2系統(tǒng)的物理尺寸大。 物體能在實際尺寸內(nèi)產(chǎn)生、復(fù)制、刪除、移動、縮放或再生。 該系統(tǒng)可被視為一個三維草圖工具。

　　虛擬現(xiàn)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?nèi)藗儗κ澜纭ψ约?、對空間和時間的看法。

　　4 結(jié)束語

　　虛擬現(xiàn)實不斷發(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)實是21 世紀(jì)的工具的說法。V rnew s 也認(rèn)為虛擬現(xiàn)實是最有發(fā)展?jié)摿Φ氖箨P(guān)鍵技術(shù)之一。 虛擬現(xiàn)實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。 利用計算機(jī)系統(tǒng)提供的人機(jī)對話工具， 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的效果。 我們應(yīng)充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實強(qiáng)大的潛在功能于建筑領(lǐng)域。