建筑设计数字手段与虚拟现实技术研究

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摘要：数字手段和虚拟现实技术在建筑设计中的应用，满足了人们的物质需求，创造了安全的空间环境，提高了建筑设计的水平，推动了建筑行业的发展。本文对数字手段与虚拟现实技术在建筑设计中的应用进行了探讨，希望能为建筑设计行业的发展锦上添花。

关键词：数字技术；建筑设计；虚拟现实技术

引言

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[1]。

1虚拟现实的研究现状

所谓的虚拟现实指的是存在于计算机中的虚拟空间而不是真实世界，是由各种计算机网络技术创建的空间，包括视觉、听觉和触觉的虚拟环境。通过某种连接，人们可以在这种环境中拥有身临其境的体验，并且通过人机连接，实现人与虚拟环境之间的交流。虚拟现实技术包括计算机图形学、人机交互技术、传感器技术和人工智能等领域，其中计算机用于生成逼真的三维视觉、听觉和嗅觉，体验者进入虚拟世界体验并互动。

2数字技术与虚拟现实技术的定义

2.1数字技术

电子计算机和数字技术是科学技术的结合，借用建筑设计中必需的工具，以将语言、文本、音频、图像等信息转变为可被计算机识别的二进制，做好还原、计算、存储、处理和发送。诸如编码、压缩和解码之类的信息也称为数字技术或计算机数字技术，这些信息媒体（例如文本、音频和图像）存在常见问题，首先是沟通和交流困难，其次是信息太少。

2.2虚拟现实技术

虚拟现实技术包括传感技术、人工智能、人机交互技术和计算机图形学等领域。使用计算机系统生成模拟的三维情感，例如听觉和视觉。一个人可以通过适当的设备并将其输入为参与者，以交互和体验虚拟世界。当参与者改变位置时，计算机会立即执行复杂的计算并发送准确的3D世界图像以创建状态。

3数字化技术在建筑设计中的应用特点

在建筑设计中，应用数字表达技术可以显著提高设计效果。传统建筑设计主要关注建筑结构的安全性和稳定性，以及对建筑物外观和美学的关注，借助数字表示技术，可以充分表示建筑设计的结果。以传统的室内设计为例，在设计过程中经常采用手工绘制方法，这种形式倾向于偏离设计者的主观意识。尽管在设计中使用了一些计算方法，这似乎是可行的，但是在科学上，混凝土施工过程存在缺陷，由于修改而导致的施工成本明显增加，并且难以符合设计师的主观意图。另一个点是手绘效果，虽然建筑物的外观设计和室内环境的组成看起来很理想，但它们在实际的建筑过程中可能没有理想的效果，原因是在制造商的生产环境中不可避免地会出现材料选择和偏差，并影响实际施工效果[2]。首先，设计人员可以应用数字技术查询材料制造商提供的材料信息和参数，一旦完全了解，相关的手动设计可以避免重复，并有效地控制设计错误和成本。其次，它提高了整体设计效率。另外，数字表现技术在建筑设计中的应用价值体现为用户可以快速了解设计者的设计意图和目的，因此可以在实施设计图纸和设计过程中提高调整程度，效果可以很理想。

4虚拟现实技术在建筑设计中的应用价值

4.1显示建筑物的全部信息

在建筑设计中应用虚拟现实技术，可以完整的显示建筑物的整体信息内容，使人们更好的了解设计布局，从而最大限度地发挥想象力和创新能力。你可以发现，通过虚拟现实技术，设计部门、管理部门和用户可以查看建筑物空间的整体信息，并通过良好的沟通来优化设计效果。

4.2可以实现远程浏览

虚拟现实技术不仅直观，而且可以实现远程浏览。换句话说，虚拟现实技术使您可以在Internet上作品，而施工单位可以远程查看它，并使用虚拟现实平台进行在线远程通信[3]。

4.3多个程序的实时比较

在建筑设计中，通常会提出几种不同的设计方案。通过虚拟现实技术来对不同的方案进行切换评审，这样可以帮助设计人员在同一观察点对不同的建筑物的设计外观进行比较。同时，这可以使查找架构设计缺陷和优化设计计划变得更加容易。虚拟现实技术使设计人员可以比较不同的方案，更改某些部分，并与更改前的方案进行实时比较。

5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：

5.1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。

5.2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。

5.3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[4]。

6建筑设计中数字化虚拟现实技术的具体应用

城市和3D模拟是数字城市表示的主要形式，借助虚拟现实技术的支持，用于解释、分析和讨论设计思想以及城市的发展，并以生动的画面呈现在用户面前，具有照片纹理的3D城市模型可为人们提供数字城市身临其境的体验。

6.1为三维建筑搭建虚拟环境空间

要使用虚拟现实技术，首先需要构建3D模型。通过这种在3D虚拟环境空间中观看动画的方法，我们将摄像机设置为人眼的观看路径，以获得进入建筑物环境空间的动态感觉。也就是说，使用VRML选项创建3D场景以触发指定的活动。3D场景的控制和触发，可以用鼠标单击3D对象，场景将自动播放设置的浏览动画，从而使3D虚拟环境空间更加生动，虚拟建筑模型建立流程如图1所示。

6.2互动设计的优化

通过应用计算机人机交互界面，可以实现各种综合的计算机技术应用。同时，使用语言和手势功能，根据用户需求设计不同的程序。在进行比较的基础上调整相关数据，对局部进行合理的更改，并实时比较修订前和修订后的程序以选择最佳解决方案。

6.3显示建筑物的整体信息

典型的计算机设计技术应用程序只能显示建筑物的2D或3D空间效果。换句话说，只能表达有关建筑物的特定信息。它还提供了单一的视觉度量，设计人员和其他管理人员没有完整的信息。因为它是方向信息，所以不可能准确地了解设计特征和设计缺陷。虚拟现实技术可以模拟一个完整的建筑模型，其中包括所有建筑参数信息，使设计人员、管理人员和用户充分了解拟议建筑的信息内容。6.4建立虚拟现实系统基于模型的虚拟现实系统主要基于VRML语言，VRML语言定义了与万维网上更多信息相关的3D世界内容，并表现一个交互式3D空间。启动VRML语言浏览器时，语言信息将被解释为语言空间中建筑物的几何描述，虚拟现实系统组成如图2所示。

6.5虚拟场景中色彩、灯光效果等技术扩展

通过应用虚拟现实技术，建筑景观设计已开始向影像媒体时代迈进。虚拟现实语言可帮助实时查看建筑景观虚拟场景的色彩、灯光、声音和视频效果，这是传统的建筑景观设计。实现的是数字化且可读的全面、生动的视觉效果的盛宴。虚拟场景设计对建筑景观设计的影响，是建筑景观设计实现“时空重构”的关键性能特征之一。色彩通常用于建筑景观设计中以区分不同的环境，设计师巧妙地为不同的设计主题赋予不同的设计颜色。在大多数情况下，可以使用模型图和模型照明来实现颜色和灯光效果，但是应通过虚拟现实技术的支持来实现声音和阴影效果。虚拟场景中的灯光效果与植染图像的效果完全不同。结果，设计师不得不放弃以前的设计经验，并再次进行探索。与全局声音效果不同，局部声音效果与建筑景观中虚拟场景的各个环境结合存在。

7结束语

总体而言，在建筑设计中，数字手段和虚拟现实技术具有很高的应用价值。作为设计师，需要将两者充分融合，提高设计水平和设计效果，并提高建筑物的整体质量和性能。

参考文献

[1]罗庭.探析建筑设计教学中虚拟现实技术的应用[J].数字化用户，2018，24（25）：161.

[2]胡芹.建筑设计中的数字手段与虚拟现实技术[J].魅力中国，2016（46）：86.

[3]马心将，张晓文，乔壮.虚拟现实技术在建筑设计中的应用：以上海宛平剧院为例[C]//共享•协同：2019全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集，2019.

[4]林生文.建筑设计中的数字手段与虚拟现实技术[J].建筑与文化：学术版，2013（10）：269-270.

作者：曾宪伟 单位：广州珠江外资建筑设计院有限公司