李奇伟
中南建筑设计院股份有限公司 湖北 武汉 430070
摘要：在20世纪90年代，仍然以传统方式手绘建筑设计，但是随着计算机技术的广泛普及，新的3D软件被用于建筑设计，这无疑对建筑业的发展产生了重要影响。计算机数字手段和虚拟现实技术对建筑设计的影响是其他任何行业都无法比拟的。视频架构、数字仿真和虚拟场景为用户提供了更加逼真的感觉和体验。建筑设计本身在过去已经发生了巨大改变，无论是设计方法，还是工具和媒介，都发生了变化。设计对象的变化导致建筑师的角色变化，以及建筑专业，甚至是新建筑物和新建筑师的方向发生变化。分析计算机数字虚拟现实技术在建筑设计中的应用可以帮助阐明建筑设计教育模型如何适应这种变化，如何将传统建筑设计的优势与计算机数字和虚拟现实技术相结合，以及如何适应快速发展的数字和虚拟现实技术时代。
关键词：建筑设计；数字手段；虚拟现实技术
1虚拟现实技术实际原理
虚拟现实技术的构造如图中所示，其中主要分为计算机系统以及视觉化投影系统，其次还需要结合建筑设计实际需求借助数据追踪设备丰富实际感受。虚拟现实技术和CAD系统产生模型有着一定差异，虚拟现实技术不属于静态环境而是较为开放的空间环境，可以通过使用者给其提供的指令作出反应，也可以使人感受到虚拟物体的存在。虚拟现实不但是传播媒介，同时也能更好的解决除建筑设计之外其他相关部分中存在的问题，虚拟现实技术可以将设计者的想法完整反映给观众，并具象化的展示在面前。传统建筑设计中存在人工绘制，效果设计，动态图等展示形式，在人工操作过程中主要是使用较为简单的模型以及动画图来展示建筑外表。但是在实际展示过程中，无法使人直观感受到外部结构以及效果。而在虚拟现实技术和数字化手段应用的过程中可以使用动态交互方式直观感受建筑结构以及外部效果给人的体验，从任意角度进行观察和分析，并对其不断完善。
2建筑设计中数字化虚拟现实技术的具体应用
2.1建立三维建筑虚拟环境空间
利用虚拟现实技术首先要建立三维模型，通过该三维虚拟环境空间，采用浏览动画的方式，将摄像机架设在人眼浏览路径上，可获得一种进入建筑环境空间的动态感觉。不过这种动画浏览的方式可操作性和人机交互性较差。现阶段可以利用3DStudioMAX软件中的VRML语言输出功能实现鼠标导航的三维建筑虚拟空间，也就是利用VRML选项建立三维场景，并触发三维场景中指定的活动控件和触发器，在浏览到建筑场景中指定的三维物体以后可通过鼠标点击该物体，场景便会自动播放已经设置好的浏览动画，使三维虚拟环境空间更加生动形象。
2.2优化互动设计
数字化虚拟现实技术在建筑设计中的应用，可以优化人机互动界面，通过计算机人机界面的应用，实现计算机各项综合技术的运用，同时利用语言和手势功能，创造出一种具有人性化和多维性的信息空间，真实、立体直观地表达设计目标，实现建筑设计的优化。此外，设计人员通过虚拟现实技术提供的交互系统，利用计算机软件结合现实的自然环境和经济条件等，根据用户需求设计多种方案，然后在对不同方案比较的基础上调整相关数据，并对特定局部进行修改完善，将修改后的方案和修改前的方案实时对比，选出最佳方案。然后在深化互动设计中，可以利用虚拟现实技术减少设计各专业之间的设计冲突，优化设计空间，还能利用虚拟现实技术进行交流，征求业内人士的意见，使设计方案更加完善。
2.3展示建筑物整体信息
在普通计算机设计技术应用中只能展示建筑物的二维或三维空间效果，也就是只能表达建筑物的具体信息，提供的也是一种单一的视觉尺度，设计人员和其他管理人员不能获取全方位的信息，因而就无法真正了解设计特点和设计还存在的不足。而利用虚拟现实技术可模拟出完整的建筑物模型，包含建筑物所有参数信息，给人以一种真实的感官体验，不仅帮助设计人员、管理人员和用户全面了解拟建建筑物的信息内容，进一步优化设计方案，而且也提高了建筑设计的质量和效率，降低建筑设计成本。
2.4虚拟现实软件系统
为了保证建筑设计人员与用户能够更好的体验到虚拟现实技术带来的身临其境的感受，建筑设计人员需要提前构建三维模型，该三维模型能够真实反映出建筑室内环境与室外环境，让用户能够更好的认识到建筑结构特点。在构建建筑模型的过程中，设计人员可以结合施工现场情况，不断改进建筑三维模型。例如，在几何建模过程中，建筑设计人员可以将三维空间中的物体进行几何变换，保证建筑模型更加立体化。
现阶段，建模软件主要有3DMAX、SKECHUP、REVIT等，利用以上软件构建的建筑模型，均可以进行互换。建筑设计人员在实际工作当中，要构建合理的建筑场景，并将建筑模型中的三角形面进行有效结合，将建筑模型中的三维形体有效分离，并不断细化，保证建筑模型更加真实。研究表明，建筑模型中的三维形体越细化，建模的速度越慢，因此，建筑设计人员要结合模型的构建情况，运用合理的运算方法，有效提升建模速度。
利用几何建模法构建的建筑模型，只能够描述虚拟环境的结构特点，不能够完全反映出建筑的形体颜色与材质等。为了保证虚拟环境中的建筑形体颜色与材质得到更好的体现，建筑设计人员可以结合建筑模型的运行情况，合理描述建筑模型的形体颜色与材质，构建一个更加完善建筑三维立体模型。例如，建筑设计人员可以运用先进的虚拟现实技术，适当增强建筑模型光照效果，从而有效提升建筑虚拟场景的真实感。
3数字技术与虚拟现实技术的发展
数字技术通常与计算机密切相关，并且数字技术在建筑设计中的应用也可以通过计算机来完成。在建筑设计中，有必要根据用户的经验来创新空间图像的概念，例如构造、设计规划和完成维护。由于不可逆的执行步骤和巨大的架构设计成本，因此不能出现错误，要求非常严格。虚拟现实技术是使用计算机系统来实现和创建虚拟世界，虚拟世界是一个完整的模拟对象或整个虚拟环境，必须将计算机系统用于虚拟现实和辅助设计，以减少设计人员的设计时间和工作量，并减少投资，提高设计质量。建筑设计中的数字方法和虚拟现实技术主要应用于以下方面：
3.1显示建筑物信息
使用数字方法和虚拟现实技术，可以生动地显示虚拟建筑物，使人们身临其境，不仅设计师可以设计，还可以由管理部门和居民设计参与进来，并且可以在支持决策中发挥作用。
3.2远程浏览
使用数字手段和虚拟现实技术设计的模型使工程部门和设计人员可以在设计建筑模型中相互通信，并可以使用万维网从远处查看建筑设计。
3.3多种方案的比较
在对建筑设计进行投标时，大多数都必须针对建筑设计提出不同类型的设计建议，以对建筑物的未来形象做出不同的假设。在现实生活中，使用数字手段和虚拟现实技术，不仅可以比较不同的方案，还可以修改某些组件并与变更前的设计进行比较和分析。3D空间中的虚拟建筑物对于不同的建筑物解决方案意义重大，因为设计师不仅可以对不同的选项进行实时选择，而且还可以感受到建筑物的外观在相同的观察序列或相同的观察点处是不同的，通过比较分析，以找出缺点和优点并做出更好的决策。
结束语
综上所述，建筑设计工程的专业性较强，同时其使用技术也相对复杂，一些大型建筑项目在实际建设过程中有一定的不可逆性。使用数字手段和虚拟现实技术进行建筑设计不但可以提前预知和降低设计失误，改善容错率，还能够降低建筑设计的进度，节约投入成本，所以在建筑设计中使用数字化技术和虚拟现实技术有非常重要的实际意义。
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