虚拟现实技术在建筑与规划设计中的应用

赵凯 李鹏喆 邵佳倪 于奚 王丹丹

摘要：近年来，中国的建筑行业，新的建筑设计理念和表现手法的飞速发展不断涌现，虚拟现实技术是其中之一，并发挥了重要作用。一方面，虚拟现实技术通过计算机、专业设备和工具创造了一个虚拟环境，使人们能够投入其中，给人们提供虚拟和真实的体验;另一方面，使用各种图形软件进行建筑和规划设计，提高了设计者的创作水平和虚拟现实技术应用水平。本文将介绍虚拟现实技术的相关概念及其在建筑领域的应用。

1、虚拟现实技术概述

虚拟现实（Virtual  Reality ， 简称VR）， 是一种全新的人机交互技术， 虚拟现实技术是利用计算机生成一个多源信息融合交互的三维动态场景和实体行为系统仿真环境。随着感应头盔，手套，数据等专业设备，用户可以进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中各种对象，通过视觉，触觉，听觉来获取身临其境的感受。它超越了多媒体和动画技术的视觉和听觉体验，是将计算机信息技术结合在建筑规划和设计领域的发展方向。目前，虚拟现实技术可分为两大类：一是基于图像的全景技术，二是基于三维多边形技术的VRML 3D技術。

2、虚拟现实技术在建筑设计中的意义

2.1虚拟现实技术可用于显示建筑领域的设计成果。通过虚拟现实技术，可以将设计结果以全景视图的形式反映出来。人们不仅可以观察未来建筑的外观，还可以感受到建筑周围的景观、桥梁、地形等。虚拟现实技术，可以不断调整在设计过程中的参数信息，建筑设计方案的内容，以确保最终的设计结果满足用户的实际需求。虚拟现实技术还可以在施工前集成多个信息，以节约施工成本，避免风险事件，提高经济效益和施工效率。

2.2虚拟现实技术对于文化遗产、城市规划和房地产展示的保护和利用以及建筑设计理念的提高也具有积极和深远的意义。虚拟现实技术的出现，为设计者提供了由CAD平面图绘制及垂直图形的新高层次设计方法，建模后的主处理，动画设计方法，非线性编辑等生产技术的渲染模式，让客户体验全新的设计理念，它为国内虚拟现实技术的应用提供了有益的探索。

3、在建筑领域中虚拟现实技术的应用分析

3.1变抽象为直观

城市的规划和建筑的设计非常重要。它对周边经济、人民生活和文化交流都有深远的影响。21世纪是科学技术飞速发展的时代。科学技术促进了社会生产力的不断提高，社会分工越来越细致。出于这个原因，越来越多的人进入城市工作，生活在城市的规模，城市越来越大。在建设新兴城市之前，要充分考虑城市建筑的规划设计，科学合理地进行城市体系规划，确保城市在后期发展过程中具有更大的潜力。科学的建筑规划可以帮助城市在原有的基础上获得更多的资源和优势，从而更好地发展。规划及建筑的模型建立是非常重要的，并对人们有着非常重要的意义。信息技术在某种程度上可以被看作是数据的统计和分析。借助庞大的数据库和复杂的计算方法，可以对建筑模型规划的各个方面进行全面的计算。作为一个建筑设计师，他也可以发挥自己的优势和弥补自己的弱点，发挥建筑的先天优势，避免了在气候，地理，文化，经济等方面建设的不足。然而，通过传统的设计工作，建筑设计结果呈现出一系列的定量数字，对于非专业人员来说，基于数字样本的体系结构的未来可视化是困难的。因此，当务之急是要让人们可以通过肉眼直观的观察和感受抽象的建筑架构。虚拟现实技术能有效地满足人们的需求，直观地呈现未来建筑的发展，并赋予人们特定的视觉感受。此外，人们还可以通过虚拟现实技术对建筑设计中的缺陷进行优化和调整，以弥补这些不足，使建筑设计更加完善。

3.2建筑的合理规划

建筑结构规划是一个高度专业化，系统化和强大的工程，城市的基本框架是大量不同类型的建筑物，构筑物组成的。大量的建筑投资需要上万的成本。因此，在建设前，要考虑建筑群体的合理性，分析单个建筑的科学性，研究地方建筑与城市整体的比例关系，协调二者的关系。城市或建筑物的设计，它的最终目标是要为人民服务。为此，人们作为主体需要通过直觉和现实需求来判断施工方案，并从中选择最佳的设计方案。虚拟现实技术的最大方便是给人一种直观的感觉。人们可以观察到未来城市的外观或建筑不同的角度的建设。经过多次比较和修改，最终确定了城市建设的合理性。在虚拟现实技术应用于建筑领域之前，人们在选择施工方案后往往会因个人失误而造成巨大的经济损失，若借助虚拟现实技术，大大避免了这一缺点。它带来了巨大的经济效益。例如，德国有虚拟现实技术模拟大型商业银行。该银行位于德国Frankfor 中心，而通过虚拟现实技术，不仅表现出了银行的具体形状，还对应设置了详实的参数信息。通过对参数信息的调整，实现了银行变更的形状和功能，直到达到满意的标准。虚拟现实技术在银行、德国政府和大众设计中的应用受到高度重视。在施工过程中，根据地图，避免在施工过程中各种事件的未知的风险，极大地保证了工程的质量和效率。

4、总结

在虚拟现实环境中，人们似乎处于一个完全真实的环境空间，使建筑设计能够突破平面、立面、剖面的僵硬模式，进入一个更加直观生动的层次。然而，由于虚拟现实技术发展时间较短，在技术和应用上还存在许多问题，这些不足主要体现在对硬件和软件设备的高要求、建筑设计技术和虚拟现实技术的高价格和集成等方面。但是，我国的城市化进程正在不断加快，城市覆盖面将变得越来越大。城市建设离不开高效、环保、节能的建筑事业支撑，而要做到环保节能，必然需要应用虚拟现实技术，以不断优化建筑的设计规划。虚拟现实技术在未来将成为建筑事业不可或缺的重要组成部分，并随着技术的不断成熟、进步，在建筑事业中发挥着越来越大的作用，切实促进社会经济的发展。

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项目资助：本项目为大学生创新创业项目（201910232094、201910232035）结题成果。

通讯作者：王丹丹。