摘要：進入信息時代以來，多種科學技術手段都有長足的發展。虛擬現實技術作 為一種模擬真實環境和物體的手段早已經出現，近幾十年來，與數字技術結合，其用途越來越廣泛。本文淺談其與建筑設計相結合后，在建筑設計中的應用，說明其優越性。

　　關鍵詞：虛擬現實; 人機接口模式; 建筑設計

　　Abstract：The coming of the information time, a variety of scientific and technological means to have great development. Virtual reality technology as a method to simulate real environment and objects means already appeared, in recent decades, with digital technology, its use is more and more extensive. This article on its combining with architectural design, application in the architectural design, illustrates its advantages.

　　key words：Virtual reality;Mode of man-machine interface;Architectural design

　　中圖分類號：TU2 文獻標識碼： A 文章編號：

　　0 前言

　　隨著現代社會生產力的高速增長 ,現代建筑的建設速度不斷加快。建筑材料日新月異，設計風格趨于多元化發展，以及人們審美觀念的隨之轉變，都促使建筑形態、建筑思想發生了巨大的轉變。

　　進入21世紀后，數字技術成為主導技術，它已經滲透到了各個領域，推動了很多學科的發展。虛擬現實作為一種模擬真實環境和物體的手段早已經出現，近幾十年以來，與數字技術相結合，它的用途越來越為廣泛。建筑設計傳統上采用從草圖到模型或者實體的方法，草圖雖然簡潔實用，但它向模型或實體轉化時不夠直觀，容易造成偏差。新的設計思維經常由于造型難以在草圖上表達準確而夭折，并且，很多方案的缺陷也容易被掩蓋。數字手段和虛擬現實技術的引入是建筑是可以直接從三維出發進行設計，避免了很多錯誤和重復工作，并且可以自由的創造出獨特而有詩意的造型來。借助虛擬現實系統，還可以更加直觀準確的對設計方案的內部空間和周邊環境進行感受和分析。虛擬現實技術不僅僅是繪圖工具和效果表現方式，它們更大的意義不是為結果服務而是為過程服務，它們使建筑的藝術性可以被強調和突出。從某種意義上說，虛擬現實技術對建筑設計的意義是巨大的，不但推動了設計方法的創新，還催生了機遇建筑設計的新的藝術門類。

　　1 虛擬現實技術的定義

　　Virtual(虛擬)在1989年版的完整版韋伯斯特大辭典中的定義是“being in essence of effect,but not in fact.”(在本質上或效果上存在，但在事實上卻不存在。)Reality(現實)的含義則更為復雜，若要完整地給出定義，就會陷入一個復雜的哲學爭論中。韋伯斯特大辭典給出了這樣的定義“the state or quality of being real.Something that exists independently of ideas concerning it.Something the constitutes a real or actual thing as distinguished from something that is merely apparent.”(具有真實的性質或出于真實的狀態，獨立于相關思想而存在的東西，由真實的或實際存在的東西組成，不同于那些僅具有表現的東西。)一般我們可以把它簡單的看成是存在并且能夠獲得體驗的地方。

　　通常從技術層面上來說，虛擬現實也稱虛擬環境或虛擬真實環境，是迅速發展的一項綜合性計算機、圖形交互技術，它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網絡并行處理，利用計算機生成的三維空間形象實現的目標合成技術，通過視、聽、觸覺，以圖表及動畫方式呈現，讓觀看者“眼見為明”。它改變了傳統的計算機輔助設計被動靜態的信息傳遞方式。虛擬現實就建筑視覺模擬的可行性而言，應用領域可包括：建筑物模擬、室內設計模擬、城市景觀模擬、施工過程模擬、物理環境模擬、防災模擬、歷史性建筑模擬等。在建筑設計中既要進行空間形象思維，又要考慮到以用戶的感受為核心，是一連串的創新過程，包括規劃、設計、建設施工、維護等。巨大的成本和不可逆的執行程序，不能出現過多的差錯，虛擬現實是一種可以創造和體現虛擬世界的計算機系統，虛擬世界是整體虛擬環境或給定仿真的對象的全體，充分利用計算機輔助設計和虛擬現實，可減輕設計人員的勞動強度，縮短設計周期，提高設計質量，節省投資。虛擬現實技術在建筑設計中應用廣泛。

　　這個定義足夠嚴格，限制對虛擬現實這個術語使用上的許多誤區，同時也足夠廣泛，包括了虛擬現實媒體的使用者所使用的多種設備，比如頭盔顯示器、計算機三維投影儀以及未來可能出現的各種新媒體設備。

　　2 虛擬現實技術在建筑設計中，集中特定的4種人機接口模式

　　(1)使用者模式。使用者直接進入虛擬現實中，進行觀測與互動操作，以第一人稱的觀測方式，進行虛擬現實的沉浸觀察，隱藏的接口，只有在使用時才出現;

　　(2)代理者模式。在虛擬現實中，常因沉浸環境與現實環境的感性差距，而造成空間迷失現象，以至于使用者無法掌握虛擬現實的狀態，以空間代理者的虛擬環境信息的提供，以第一和第二人稱的觀察方式，進行虛擬環境中的觀測;

　　(3)監控模式。使用者以第三人稱的方式，監控虛擬現實中所有的現實狀態，并進行虛擬物的監視與控制，而接口的產生與虛擬現實的種類并無絕對的關系;

　　(4)沉浸操作模式。將控制虛擬現實物的接口，置于虛擬現實中，以進行仿真式的操作模擬，使用者以第一人稱的操作方式，對虛擬物進行控制。從系統整合的觀點來分析建筑設計，系統的接口連接不當，影響設計質量和施工程序。

　　總的來說，虛擬現實是由交互式計算機仿真組成的一種媒體，能夠感知參與者的位置和動作，替代或增強一種或多種感官反饋，從而產生一種精神沉浸在或出現在仿真環境(虛擬世界)中的感覺。

　　3 虛擬現實技術在建筑設計領域中的應用

　　虛擬現實在沒有步入數字化的時代就已經和建筑結緣了。早在達芬奇的年代，人們就樂于在建筑的四壁畫上虛擬的空間，比如一些逐浪或者庭院，以期讓這座建筑中的人感覺自己所在的房屋面積更加廣闊。到了后來，這樣的壁畫幾乎到了亂真的程度，人們進入這個空間就完全沉浸在這種虛擬的環境里，其實這就已經滿足了虛擬現實的這個定義。在20世紀30年代，還曾經有人嘗試過這樣的虛擬現實系統：用四架電影放映機向房間的四面墻壁投射不同的建筑內部空間影像，以使這個房間中的

　　梵蒂岡西斯廷教堂室內 人體驗不斷變化的建筑空間。20世紀80年代以后，隨著計算機科技的發展，為建筑服務的虛擬現實系統更加豐富了。80-90年代很多人都曾經在CAVE系統中模擬建筑內部空間或者群組建筑之間的空間。進入21世紀以后，虛擬現實技術多用于對于建筑群的研究或者復原。在美國洛杉磯和費城的虛擬建筑三維模擬系統被認為是全球最成功的虛擬建筑模擬系統之一。

　　中國虛擬現實技術起步較慢，但也有了長足的發展。值得一提的是于2003年完成的故宮VR《紫禁城·天子的宮殿》項目，安裝在故宮博物院的SGI Reslity Center是一個沉浸式劇場，高分辨率的圖像投射在50英尺寬、14英尺高的弧形屏幕上，參觀者能夠在虛擬的紫禁城中自由翱翔——借助控制器可以漫游于康乾盛世的紫禁城，最近距離的觀看太和殿的全景。

　　虛擬現實系統不僅僅只能對建筑物本身的模擬，更高級的運用是將建筑所處的環境進行逼真的再現與預測。這樣的技術在追求結構最高合理性及可持續性的設計作品中使用比較廣泛。例如諾曼·福斯特(Norman Foster)在英國倫敦設計的瑞士再保險公司總部大樓。2004年后，這個高達180m、40層的龐然大物以優雅的曲線形身姿挺立在倫敦傳統金融中心的心臟地帶。在其設計的最基本原則中，生態、環境友好是一切的出發點。該建筑號稱倫敦第一座環境摩天樓，預期將比同等規模的辦公樓節能50%，其外部形態所體現的每一點不同于傳統高層的獨特之處幾乎都是建筑師為實現這樣的目標而作的安排。為此，福斯特事務所專門組織了一個特殊的設計顧問小組，其中包括建筑師、結構工程師、建筑物理工程師、數學家、計算機編程員等各類專家。他們借助于特定的計算機程序，通過嚴謹的數學公式生成各種幾何形式，對其進行理性的評估、篩選;在確定一類幾何形式后，他們通過計算機對該幾何形式的各種幾何參量進行反復微調，并不斷測試該幾何形式所具備的建筑物理性能。經過數月的探索，該設計小組終于得到一種新穎的、物理和美學性能具佳的形式。

　　其建筑形式良好的物理性能包括：塔樓表面的空氣動力學曲面可使任何方向傳來的自然風都能沿建筑表面光滑地吹過，即將風力對建筑結構施加的荷載降至最低，從而極大的節省結構和幕墻造價，又能避免方形塔樓經常發生的情況——建筑的平直表面使自然風受阻轉而折返到地面層，形成令人不快的街道風道現象;風洞試驗還顯示，該建筑的修建將改善建筑周邊城市環境的通風狀況。并且，當風沿建筑表面曲面滑過，會環繞建筑表面形成一定的風壓，從而增強塔樓室內的自然通風性能。

　　這個方案中幾乎所有對于建筑周邊環境，如氣流、熱量、荷載等因素的測試都是在一套虛擬現實系統中進行的，虛擬現實系統可以近乎完全真實的將建筑結構和其外部環境模擬出來。

　　4 結語

　　虛擬現實技術可能只是一種“新工具”。而且，這項數字工具會是繼埃及、希臘時期的平面式繪圖與文藝復興的體量模型后的最新發展，而且其后續工具性的發揮將更快速且更驚人。運用虛擬現實技術所產生的虛擬空間。可以營造出以前無法想象的建筑空間，則建筑賴以生存的空間理論，將繼埃及的體量空間、古希臘羅馬的幾何空間、哥特的神秘空間、文藝復興后期到巴洛克的動態空間、現代與后現代空間等等，再次出現建筑空間與都市空間的新空間理論。虛擬現實技術對于建筑設計的影響是一個漸進的過程，現在還不是全面的應用于建筑設計中。這種技術在往后將會更快速的發展并更全面的影響建筑。

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