计算机仿真技术在建筑工程设计中的应用

曾田

（山东建筑大学）

1 计算机仿真技术的概述

1.1 计算机仿真技术的概念和重要性

计算机仿真技术就是利用数字化系统和物理模型将自然因素的情况模拟到计算机中，并且通过系统来进行变量的控制分析，这种技术是运用信息技术和计算机的技术来对虚拟环境进行构建。简单来说计算机仿真技术就是笔种技术的共同结合下对于系统模型的实验技术。

计算机仿真技术自从研究出来，就受到人们的广泛关注。它不仅可以将抽象化的事物转换为模型，应用到交通、航空、军事、能源等各个领域，而且还可以在建筑工程设计当中降低工程的成本，减少安全风险，保证工程设计的顺利进行。计算机仿真技术应用到建筑工程设计中不仅仅是对建筑的本身进行模拟，还能够对于整体的环境进行真实的再现和预测，借助虚拟与现实的结合，将整体建设设计的空间性充分的展现出来，让建筑设计的空间体验能够更加具备灵活性和交互性，给人以身临其境的感觉，并对整体的工程设计进行的评估和筛选，对于细节进行推敲和调整，最终得到物理学和美学都最佳的设计形式。同时计算机仿真技术对于提高设计的质量和减少施工的工期也都有着重要的意义。这种方式对提高工程的经济效益，为建筑的施工都定好了良好的基础。

1.2 计算机仿真技术的应用特征

人们在建筑设计当中所获取的经验都是通过传统的施工方法和组织得到的，经验丰富，对于施工有一定的帮助，但是也存在有非常多的局限。在这种情况下，建筑工程通常会存在有建筑风格和设计表现千篇一律，另外还对于施工过程中的成本消耗难以控制。随着计算机仿真技术的发展，人们将这项技术融入到建筑设计的领域中，大大地改善了这个领域中存在的很多问题。计算机仿真技术的交互性和仿真性能够依照建设工程的要求来建立虚拟的三维模型，并且对于施工的全过程进行模拟，这个模拟的过程是可以直接用肉眼观察。工作人员能够清晰的了解各种构件的使用效果以及在实际使用中的重要性，从多种模拟尝试中得出正确的安全施工的参数。计算机仿真技术能够通过技术核算降低建筑的成本，同时可以避免系统受到外界的干扰。而且许多的项目实施在建筑中直接进行测试会有非常大的风险，而运用计算机仿真技术则能够弱化危险系数，从而保证测试系统的安全性。而且运用计算机仿真技术能够提高建筑设计的效率，而且对于建筑设计中的结构设计以及参数设置都能够进行详细的分析和优化，提高建筑设计的效果。

2 计算机仿真技术在建筑设计中的适用性和局限性

计算机仿真技术所建立的虚拟环境都是应用详细的数据来建立的数字模型，在设计中需要遵循真实的三维场景要求而对整体建筑的设计进行再现，传统的透视设计图不能够将设计的材质和多维的细节进行全面的展现，会造成想象的差距，但是计算机仿真技术都是用最直接最真实的方式来表达，可以令人获得更为全面的信息，而且发现问题只需要通过计算机系数进行更改，其它相应的地方都会随即进行全面的更改，大大加快了设计方案更改的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率。但是建筑设计在计算机仿真技术的应用中仍然对于一些系数不能真实的表现，比如太阳辐射、人工照明、热工等技术参数，而这些技术参数却在建筑设计中也占有重要的位置，也是建筑设计是否合理的重要指标，这些也都影响着计算机仿真技术与真实体验的差距。计算机仿真技术对于许多建筑设计中复杂结构的模型仍然难以作到全面的展现，对于一些已有的建筑重新进行设计时要进行虚拟重建就必须运用不同的技术来结合，比如三维扫描的重建和二维图像的贴图建模方式。

3 计算机仿真技术在建筑设计中的应用

计算机仿真技术在建筑工程中占据一定的优势，所以其在建筑行业中具有比较好的发展前景。目前我们可以看到在春晚舞台上的VR仿真技术、三维仿真技术、Multigen实时交互技术，以及3Dsmax虚拟仿真技术，这些都是计算机仿真技术的表现形式。

3.1 三维仿真技术的应用

在计算机的仿真技术中，三维仿真技术也是计算机技术在各种高科技的融合下模拟出能够有多种感知能力环境的一个过程，在这种模拟的仿真环境中一般要运用到实施交互技术、无缝编辑生物模块技术以及粒子系统技术等。三维仿真技术的特点是超具想象力，交互性非常强，表现非常真实。在建筑设计项目中就能够根据建筑的实际情况对模型的设计尺寸、大小等进行随意的更改，同时这种技术非常安全可靠，能受影响的因素非常少。在三维系统中，模拟的场景一般都需要许多不同元素的支持。

整个过程包括：

①首先提出建筑设计的方案，并对设计图的各个细节进行审核和更改，并且确定好设计方案的使用情况。

②通过运用现代化的技术，对于设计图中各个分镜头、脚本以及概念图都进行全面的设置，利用好卫星图的定位系统来对建筑设计的位置进行明确。

③利用仿真技术做好三维模型的构建，这个步骤是构建仿真模型的基础，需要做好细节的处理。

④将三维模型进行导出，并且配上构图音效的设置，此时的三维系统仿真模型就设置好了，已经可以投入使用。

3.2 实时交互技术

计算机仿真技术中的实时交互技术是视景仿真技术的一种，能够对于视景进行相应的模拟，还可以用于整体环境的创建中。因为其特点是高效、优化性强、功能强大，能够对三维数据库进行模拟，在城市建设、模拟训练、科学研究等方面都有着重要的突破，在建筑工程的设计方面更是有着非常重要的作用。因为仿真技术运用计算机的中心控制系统来对场景中的大量实景进行模拟，比如建筑工程中的道路、路灯、花草树木等都进行模拟展示，而且对于细节的演示都非常到位，比如草地的展示就是先描绘出整体的轮廓，然后运用UV坐标加纹理投影的技术方法来映射草地的图案到模型当中，让画面更为真实形象。

3.3 3DS虚拟仿真技术的应用

3DS虚拟仿真技术是现实与虚拟的结合，结合了信息技术、系统技术、数模与计算技术及其应用领域中相关专业的技术作为基础，并以计算机以及多种伏尔泰的物理效应的设备作为工具和系统模型，对实际的或者设想的系统进行动态试验研究的综合学科[1]。一般会涉及到虚拟仿真角色模拟、场景的创建、三维动画的制作、交互技术的实现等，其特点是直观性和互动性强，而且具有设计优化功能和可预测性，能够运用成熟的模拟效果，真实的在建筑工程将整体建设进行全面的展现，使用虚拟的交互接口设备来对整体工程进行多维信息空间的仿真建模，强调出三维图形的立体情况，在设计中还能够利用现代技术的精确性和高效性，用来解决建筑设计中的通风、采光、遮阳以及再生能源的利用问题等，在整体设计中还能够帮助建筑师以动态观察和多媒体等不同的形式来进行感知，还可以激发设计师有更新的创想。

4 结语

计算机仿真技术在建筑工程设计当中能够大大减少传统设计的复杂程度，对于整体的建筑工程设计行业的发展也都有着非常重要的意义，相信在未来的发展中，建筑工程设计会对计算机仿真技术进行更深入的探索和研究，从而为整体的行业提供更为优质的技术支撑，从而推进行业的稳健发展。