虚拟现实技术和增强现实技术在建筑业的应用初探

王明南

【摘 要】本文首先介绍了虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）的概念及其特点，然后从建筑业设计阶段和施工阶段分别对VR技术和AR技术的应用前景作了展望。

【关键词】虚拟现实;增强现实;建筑业

虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）都是解决建筑行业出现问题的方法，AR技术是在VR技术的基础上发展来的。二者均是由利用计算机技术模拟产生一个看似真实的虚拟世界。VR技术可以通过多种传感设备，使参与者完全沉浸在虚拟世界中;AR技术可将真实世界和虚拟世界无缝结合，使虚拟物体在合成的场景中具有真实感。基于VR技术和AR技术的特点，在建筑业设计阶段和施工阶段，可以利用二者辅助完成相关工作，进而实现节约成本和减少工期等目的，以发挥其他技术所无法替代的作用。

一、虚拟现实技术（VR）概述

（一）虚拟现实技术（VR）的定义

VR是虚拟现实（Virtual Reality）的简称，是指利用电脑模拟产生一个虚拟环境，通过视觉、听觉、处决、嗅觉和味觉等多种感觉的实时模拟和实时交互，让使用者即时而又没有限制地观察虚拟环境内的物体。这个虚拟环境是指综合利用计算机图形系统和各种显示及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境[1]。

（二）虚拟现实技术（VR）的特点

VR技术具有沉浸、交互和构想三个基本特征。

沉浸性是指参与者可以沉浸到计算机系统所制造的环境之中，有身历其境一般的沉浸感;交互性是指参与者可以通过VR设备（例如现在的VR头显）与多维化的信息环境之间发生交互作用;想象性表明了参与者在VR技术中的主导地位，参与者可以在这个定性和定量结合的环境中激发自己的思维，进而加深感性和理性的认识。它们之间的关系可以用三角关系表示，其中沉浸、交互和构想分别位于三角形的三个顶点，三者之间通过三角形的边连接在一起。

二、增强现实技术（AR）概述

（一）增强现实技术（AR）的定义

AR是增强现实（Augmented Reality）的简称，它是指通过计算机系统提供的信息增加参与者对现实世界信息的感知能力，并将计算机生成的文本、图像以及虚拟3D模型、视屏或场景等信息实时准确地叠加到参与者所感知到的真实情境中，从而提高参与者对真实场景中信息的感知能力[1]。

AR系统利用附加的模型信息，将真实世界进行动态增强，并且真实的物体和虚拟的物体共存，二者之间互相增强和补充。

（二）增强现实技术（AR）的特点

AR技术具有虚实结合、实时交互和三维注册三个特点。

虚实结合是指AR技术将真实世界与虚拟世界相结合，真实世界中事物及其所对应的虚拟增强是同时在同一位置出现的;实时交互是指真实世界和虚拟世界之间传递的的信息可以立刻得到反馈;三维注册要求真实世界中事物所对应的虚拟增强信息要准确无误，同时应进行真实感事实绘制，以达到虚实完美结合的效果。

三、在建筑业的应用前景

（一）建筑业设计阶段

1.虚拟现实技术（VR）在建筑业设计阶段的应用前景

VR技术在建筑业的应用也是刚刚起步，就其技术实质来说，VR技术在设计阶段可贯穿于全过程，它将给建筑设计带来的重大的影响和变革。

建筑设计阶段充分体现了建筑的空间性，更加真实地体现了场所精神，也具有交互性和灵活性的特点。建筑师利用VR技术，在其沉浸于虚拟现实中的建筑的同时，可以全面、真实而快捷地了解建筑行为元素;同时，建筑师在VR技术中各种感知方式的刺激下，也可以激发其创作潜能、拓宽创新途径。

（二）建筑业施工阶段

1.虚拟现实技术（VR）在建筑业施工阶段的应用前景

VR技术在建筑业施工阶段的应用可以是利用VR技术构造一个虚拟施工环境，进而实现虚拟现实施工方案设计。

首先在虚拟环境中建立周围环境、建筑结构构件及所需机械设备等虚拟模型，形成具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，然后对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改[3]。

VR技术具有沉浸性和交互性这两个特性，在建筑业施工阶段，它们充分反映了设计者的主导作用：过去设计者只能在计算结束后查看计算结果，现在设计者可以通过VR技术沉浸到虚拟现实中，参与计算过程。

通过应用VR技术，设计人在进行建筑施工方案的分析和设计时，可以对可视化的虚拟模型进行修改，从而优化施工方案。

2.增强现实技术（AR）在建筑施工阶段的应用前景

AR技术在建筑施工阶段的应用主要体现为BIM和AR技术结合起来的应用。BIM（建筑信息模型）将建筑全生命周期的信息集成到统一的模型里，从而实现建筑全过程信息流的完整性。因为施工现场相比于建筑生命周期的其他阶段更复杂和多变，BIM技术无法与施工现场多变的现实环境进行结合，因而在施工环境发生改变时，无法判断预先的模拟是否仍然可行。将BIM技术和AR技术结合后，BIM技术强大的信息功能、可视化功能、协调计算功能加之AR技术的虚实显示功能，则可以完全实现施工现场管理的各项任务[4]。

BIM技术和AR技术结合后，不仅能在设计阶段最大化地实现BIM技术在工程现场管理的应用，而且通过AR技术可以将虚拟模型及附加信息成功引入施工现场，辅助现场管理人员完成相关工作的管理。

四、结语

本文介绍了什么是虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR），最后对VR技术和AR技术在建筑业的应用前景进行了展望。

VR技术和AR技术尚且处于发展阶段，虽然在我国很多行业已经得到了应用，可是在建筑行业的应用刚刚起步，相信随着VR技术和AR技术的不断发展，VR技术和AR技术必将在建筑行业进一步普及，为建筑行业的发展助力。

【参考文献】

[1]郭天太.虚拟显示技术与增强现实技术[J]，机械制造，2003，466（41）：7-9

[2]张涛.虚拟现实技术在建筑设计中的应用初探[D].重庆：重庆大学.2001：55-71

[3]郑丹丹.虚拟现实技术在建筑施工中的应用[J].工程技术

[4]杜长亮.BIM和AR技术结合在施工现场的应用研究[D].重庆：重庆大学，2014：60-63