虚拟现实技术应用于建筑设计教学的发展分析

秦屹

摘要：虚拟现实技术VR（Vi rtual Realny）日臻成熟。在建筑设计教育领域，VR逐渐被用作空间设计的可视化工具，日后更将会在VR应用中实现设计建模操作，更为设计教学过程提供更直观的技术支持。

关键词：VR；设计；建筑设计；教学

一、VR技术发展与建筑设计教育现状概述

建筑与虚拟现实之间有着悠久的历史。随着计算机越来越参与到设计过程中，虚拟现实作为建筑设计的媒介让学生体验到身临其境的感受。

另外，许多关于VR的应用都出现了建筑漫游体验，让场景看起来更真实，并在场景中设置参数面板来改善用户的空间感知。

与过去相比，VR设备已经有了很大的突破，VR设备变得更加轻巧和实惠。具有强大HMD（头戴式显示器）和自然人体运动的全新VR设备，让设计师在虚拟世界中的想象力可以更加逼真的展现出来。这是建筑设计教育的一次变革机会，这些VR设备提供给学生一种沉浸式空间学习平台。

目前传统的建筑设计教育仍然以素描和物理模型为主要手段来展示构思。同时，与经验丰富的设计师不同，学生只能用原始的方法想象甚至猜测项目的真实规模尺度。不过现在依赖新的VR设备技术突破，除了建筑漫游之外，通过模型对象中的实时操作以及VR环境中的相关参数，学生可以对建筑获得更加全面的理解。

这为当今建筑学生提供了一种新的学习途径。通过融入沉浸式VR环境，他们可以在更直观灵活的环境中学习建筑，并在现场直接互动。这些研究表明，VR平台是一个更有效的工具，可以让学生开发和讨论他们的设计，而不仅仅作为一个可视化工具。

二、建筑设计工具媒介的发展

（一）建筑设计中的媒介

媒介包含设计理念，即由建筑师思考分享并讨论的设计思路。建筑师展现设计理念的常用手段是自由手绘草图，这种方法可以追溯到文艺复兴之前。草图的模糊和不确定性有助于建筑师改进构思，也便于简单讨论和交流想法。此外，制作小型体块模型是一种设计媒介。

计算机工具介入设计过程后，越来越多的设计者对数字媒介带来的影响产生极大兴趣。大多数研究认为数字参与可以提高设计过程的效率，减少预算，扩大形式的复杂性，增加设计经验。

随着设计师对数字媒介的精通，他们开始试图在不同的方向上尝试计算机工具。起初，他们中的一些人以传统的设计媒介，素描和实物模型，通过数字化的方式延续使用。另一些研究人员则开发了全新的设计方法，通过设置一系列规则来创建形态和设计结果，这便是一种参数化建模。

（二）建筑设计中的程序建模

在传统的程序建模过程中，设计师通常先从概念生成造型，然后逐个将其构建在建模工具中。近年来，设计师可以通过电脑将建模分成许多步骤，每一步骤作为一个小功能，可以在另一个设计过程中重复使用。这种建模方法带来一些重要的功能，如數据放大功能，数据压缩和不可预测性。设计师只需要设计自己的规则，并将这些规则生成动态形态，而不是事先完成所有形态。设计师还可以构建自己的工具包进行设计，并且该工具包可以轻松分享给其他设计者。

（三）建筑设计教育中的VR应用发展

虽然VR技术已经日臻成熟，但是使用VR平台作为展示工具的建筑设计教育仍未普及。目前，教学过程中，学生依旧通过使用草图和模型来提交设计项目成果，提出想法并进行讨论。

在建筑设计的早期阶段，依旧依靠简要的素描来发展思路。随着概念的深化，抽象概念逐渐在空间或建筑物中生成。在这个阶段，一些研究者认为在VR环境中学习可以提高新手的空间认知能力。有关VR学习建筑设计目前进行着各种各样的研究。

（四）建筑设计教育中的VR建模研究

结合参数化建模和实时渲染的VR环境仍然是一个研究空白。在Grasshopper（参数化建模软件）和VR平台Unity 3D之间有几次实验。

在Gathmann的演示中，他成功地将数据从Grasshopper传输到Unity，并且该程序自动创建出场景中的对象模型。AWARE团队尝试从Unity返回数据到Grasshopper，通过捕获光标位置和对象尺寸来改变虚拟模型。还有一些实验显示了在Grasshopper中用于Unity的用户界面的参数。目前这项研究还在继续进行中。

三、结语

以程序化建模和新一代沉浸式虚拟现实技术为基础，更新建筑设计教育工具，学生和教师可以在其中模拟和讨论建筑设计。通过与对象进行交互，除了操作设计参数之外，还可以在沉浸式VR环境中“身临其境”地进行操作。同时允许沉浸式VR环境的3D模型供所有设计者的访问，以便执行设计模拟和讨论，同时反过来，通过该系统向设计师反馈3D模型和程序模式。在设计阶段，建模和VR平台之间的参数几何的数据传输机制，是目前开发测试的VR系统的关键。

此外，要想普及VR环境的广泛应用，还需要其他方面的研究工作，例如面向VR环境中的对象操作和可移动的直观界面设计，从而实现整个建筑设计教育多用户系统工具的未来普及。