虚拟仿真技术在建筑空间展示中应用

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［摘要］网络信息技术日新月异，便捷、高效、可视化、动态化呈现渐渐内化为人们的生活基本需求，传统式展示空间对青年人的吸引力日渐不足。传统式空间展示影像化、可视化、交互性程度低，例如使用者仍需通过二维平面图或指示牌引领，便捷性和识别度较低。本文以虚拟仿真技术为依托展开研究，围绕如何有力提升展示空间这一公共场所的吸引力和实现其价值最大化，分析虚拟仿真的特性、主要类型和应用优势。

［关键词］虚拟仿真技术；沉浸式；交互式；空间漫游展示

1传统展示空间的局限性和不足

在传统实体展示空间中展品、艺术品以固定的形式和结构摆放在展厅内，根据展示内容的主题、时间演变、展品类型等规律进行展示和陈列，并配上文字和图片说明。传统实体空间的展示具有真实性和还原性强，但也存在局限性。首先，传统空间展示受实体空间面积的限制，不能够展示体量太大的展品，如古生物化石、古建筑构建等，很多展品不能一一展示出来，常常需要根据展示的主题进行选择。其次，在展示空间的布局上，传统空间展示常常以展品类别、展示主题、展示构思为主线进行布局设计。但是这样的展示陈列方式较为单调，观者只能按照设定的顺序进行观看，无法对展示区域进行整体比较和自主选择，降低观者的观察体验感。最后，随着信息化技术的发展，这种传统的、静态的、缺乏互动性的展示方式已经不再能牢牢吸引年轻人的注意力。因此，传统实体空间展示要进行技术创新，以虚拟仿真技术为载体，充分发挥展示空间的服务性、教育性、娱乐性等特性。

2虚拟仿真技术的基本特性及其现实效果

虚拟仿真技术包括虚拟现实VR技术和增强现实AR技术，VR技术是利用电脑技术模拟产生一个三维虚拟世界，提供观者以视觉、触觉、听觉等感官的模拟，营造出身临其境的整体感受，可以无限制、自主观察三维虚拟空间内的事物；AR技术是VR技术的延伸和发展，通过在前者的基础上增加真实环境，创造出了全新的空间体验。虚拟仿真技术在提高观者体验方面有天生的技术优势，其沉浸式、交互性、智能性、自主操作式等特性，能够解决展品与观者需求间高效、快捷对接。（1）沉浸式。虚拟仿真技术通过设备和多种技术协同融合，实现沉浸式逼真的空间体验感，使观者成为空间展示的一部分，可以足不出户访问到想要观看的地域、空间、文化，形成“身临其境”真实的空间观看感。互联网和计算机发展带来的技术性变革，推进了虚拟仿真技术的发展，也拉近了人们与真实空间展示的距离，运用视觉、触觉、听觉等感官技术大大提升了用户的体验感，如图1。（2）交互式。虚拟仿真技术利用计算机的三维立体图像技术、空间立体显示技术、观者肢体跟踪、听觉、视觉和触觉等数据反馈技术、图形和文字等方式交互式技术来实现空间体验者良好的交互式体验感。从一个方面来说，虚拟仿真技术就是运用计算机程序化运算和传感技术实现一种人机交互式模式。所形成的虚拟仿真室内空间，体验者根据自己的兴趣点精确选择观察的位置和内容，同时根据需求任意切换空间位置，如图2。（3）自主操作式。虚拟仿真技术通过计算机三维立体成像技术，搭建模拟真实场景的空间环境，让空间体验者如同在真实场景中一样，可以根据兴趣点来智能设置虚拟环境参数。虚拟空间搭建完成后，观者可以按照自己的意愿，自主选择、移动、设置观察的空间环境、场景位置、展品等，从而实现全方位、自主操作、智能化控制。图3为图书馆的空间平面图，观者可以自主操作选择观察的空间和寻找的书籍。

3虚拟仿真技术的主要类型及其概况

（1）环境空间实时建模技术。在实际操作中有两种具体办法，其一主要是运用SketchUp或revit软件依照现实空间的尺寸，构建与之对应的三维空间模型，运用视觉捕捉系统来采集空间的光照和定位信息，最后运用计算机技术来实现空间场景的绘制工作。这一技术的优点不受观察位置和观察角度的限制，可以随意变换。恰恰也因为生成的虚拟空间的观察不受限制，对所构建的模型精细程度要求很高，细节上的完善要求很高，建模的难度也比较高，同时对计算机的硬件配置要求也比较高。第二种方法通过拍摄真实场景中的图像，运用动态显示技术，模拟真实场景和现实环境。这种方法操作简单，现实中很多博物馆、展览馆应用较多。由于制作的方法简单，可以大大节约渲染的成本，但对观察的角度和方向有严格的限制，不具备完整的交互式操作特性。综合对比两种具体办法的特征和不足都很明显，用户可以根据实际需求进行选择。（2）虚拟现实技术。通过计算机实现对真实场景进行虚拟还原，构建出数字化的交互环境，观者可以通过穿戴式设备实现与空间环境“沉浸式”交互。这种方法综合了环境空间实时建模技术，既结合了真实场景的照片，也结合构建的虚拟模型，利用虚拟交互设备让观者产生身临其境的感受和体验。（3）跟踪定位技术。通过对虚拟环境中每一个物体准确的定位，摄像头根据观者的观看方向位置为其呈现具体的场景。动线模拟根据观者的需求进行设定，对虚拟场景中的模型精度要求比较高，尽量做到完善，这样才能让观者有一次较好的参观体验。（4）语音输入输出技术。构建完整的语言数据库，实现对空间环境全过程的语音介绍。用户可以根据需求，选择介绍的地点和定位。该方法要求构建虚拟模型中所有展品的详细信息，对前期的数据库要求较高。（5）现实增强技术（AR技术）。通过传感系统将虚拟场景与现实场景相融合，实现虚拟与现实的结合，构建一个全新的环境。在这个全新的虚拟建筑空间中，观者的体验感和反馈都较会得到改善。

4虚拟仿真技术在建筑空间展示中的应用及其效果

德阳市图书馆始建于1959年，为德阳市政府与四川工程职业技术学院所共同创建，建筑面积15092.5m2，是德阳市重要的公共文化场所，发挥重要的对外文化服务窗口作用。但场馆的影像化、可视化、交互性程度低，无法满足当下人们的使用习惯需要。虚拟仿真技术能够有效提升资源整合和开发深度，有利于实现因应社会变化而有效开展社会服务职能的效果。（1）虚拟仿真技术有效提升图书馆空间漫游展示效果。传统图书馆可视化、影像化程度低，加入虚拟仿真技术可以实现数字化、现代化的交互式图书馆，弥补传统图书馆的不足。当前，清华大学图书馆、温州市图书馆等推出了图书馆建筑空间虚拟漫游，实现了图书馆特色与服务的直观化。通过设置一个大屏幕，观者通过体感姿态进入馆内空间漫游，自由选择行动路径，犹如身临其境在真实空间中一样。即使使用者不能亲自到场，也可以在互联网虚拟图书馆中体验建筑空间的体量感和设计感。（2）虚拟仿真技术有效指引借阅者。传统图书馆只能通过二维的平面图指引借阅者，但对于结构复杂、图书资源较多的图书馆来说，较短时间准确找到资源确实很不容易。虚拟仿真技术可以实现真实模拟图书馆的建筑空间和图书资源准确定位，通过提前查询虚拟图书馆资源的位置，结合手机等移动设备准确定位资源。（3）虚拟仿真技术重塑馆藏资源价值。图书馆内珍贵的图书资源，由于价格高、易破损等原因，不便于对外借阅，虚拟仿真技术可以满足借阅者的需求。通过计算机技术，将珍贵纸质资源转变电子图片或文字搬到虚拟图书馆中，借阅者可以通过互联网设备全方位地浏览这些资源，有效解决了珍贵资源的保护问题。对于图书的内容，可以通过扫一扫虚拟仿真图书馆，屏幕中就会出现直观的影像资源，提升了借阅者的空间体验。

5结语

虚拟仿真技术的沉浸性、交互性、自主操作性给建筑空间展示设计带来了巨大的技术变革取向，让形式相对单一的建筑空间展示增加了趣味性和多样化，从而提升了空间及其内在资源的吸引力和使用效能。随着技术的发展，将会有更多的虚拟仿真技术应用于建筑空间展示中，为建筑空间展示技术的信息化提供更好的发展前景。虚拟仿真技术在德阳市图书馆的应用，即有力提升该图书馆这一公共场所的吸引力，也实现了其价值最大化。

参考文献

[1]黄燕.虚拟仿真技术在图书馆的应用模式研究[J].大学图书情报学刊，2015（3）：10.

[2]周静，陈美娟，徐正东.基于虚拟仿真的高职数字图书馆模型研究[J].电脑知识与技术，2018（32）：109.

[3]崔淮.家居展示设计中虚拟仿真及交互设计的研究与应用[D].长沙：湖南师范大学，2015.

[4]王占君.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用研究[J].赤峰学院学报（自然科学版），2015（24）：20.

作者:邓亚娟 李磊峰 毕立俊 单位:四川工程职业技术学院