摘要：進(jìn)入信息時(shí)代以來(lái)，多種科學(xué)技術(shù)手段都有長(zhǎng)足的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作 為一種模擬真實(shí)環(huán)境和物體的手段早已經(jīng)出現(xiàn)，近幾十年來(lái)，與數(shù)字技術(shù)結(jié)合，其用途越來(lái)越廣泛。本文淺談其與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合后，在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，說(shuō)明其優(yōu)越性。

　　關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí); 人機(jī)接口模式; 建筑設(shè)計(jì)

　　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(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

　　0 前言

　　隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力的高速增長(zhǎng) ,現(xiàn)代建筑的建設(shè)速度不斷加快。建筑材料日新月異，設(shè)計(jì)風(fēng)格趨于多元化發(fā)展，以及人們審美觀念的隨之轉(zhuǎn)變，都促使建筑形態(tài)、建筑思想發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。

　　進(jìn)入21世紀(jì)后，數(shù)字技術(shù)成為主導(dǎo)技術(shù)，它已經(jīng)滲透到了各個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)了很多學(xué)科的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種模擬真實(shí)環(huán)境和物體的手段早已經(jīng)出現(xiàn)，近幾十年以來(lái)，與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，它的用途越來(lái)越為廣泛。建筑設(shè)計(jì)傳統(tǒng)上采用從草圖到模型或者實(shí)體的方法，草圖雖然簡(jiǎn)潔實(shí)用，但它向模型或?qū)嶓w轉(zhuǎn)化時(shí)不夠直觀，容易造成偏差。新的設(shè)計(jì)思維經(jīng)常由于造型難以在草圖上表達(dá)準(zhǔn)確而夭折，并且，很多方案的缺陷也容易被掩蓋。數(shù)字手段和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入是建筑是可以直接從三維出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免了很多錯(cuò)誤和重復(fù)工作，并且可以自由的創(chuàng)造出獨(dú)特而有詩(shī)意的造型來(lái)。借助虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，還可以更加直觀準(zhǔn)確的對(duì)設(shè)計(jì)方案的內(nèi)部空間和周邊環(huán)境進(jìn)行感受和分析。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅僅是繪圖工具和效果表現(xiàn)方式，它們更大的意義不是為結(jié)果服務(wù)而是為過(guò)程服務(wù)，它們使建筑的藝術(shù)性可以被強(qiáng)調(diào)和突出。從某種意義上說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)的意義是巨大的，不但推動(dòng)了設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，還催生了機(jī)遇建筑設(shè)計(jì)的新的藝術(shù)門(mén)類。

　　1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(zhì)上或效果上存在，但在事實(shí)上卻不存在。)Reality(現(xiàn)實(shí))的含義則更為復(fù)雜，若要完整地給出定義，就會(huì)陷入一個(gè)復(fù)雜的哲學(xué)爭(zhēng)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(shí)的性質(zhì)或出于真實(shí)的狀態(tài)，獨(dú)立于相關(guān)思想而存在的東西，由真實(shí)的或?qū)嶋H存在的東西組成，不同于那些僅具有表現(xiàn)的東西。)一般我們可以把它簡(jiǎn)單的看成是存在并且能夠獲得體驗(yàn)的地方。

　　通常從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)也稱虛擬環(huán)境或虛擬真實(shí)環(huán)境，是迅速發(fā)展的一項(xiàng)綜合性計(jì)算機(jī)、圖形交互技術(shù)，它集成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體、人工智能、多傳感器、網(wǎng)絡(luò)并行處理，利用計(jì)算機(jī)生成的三維空間形象實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)合成技術(shù)，通過(guò)視、聽(tīng)、觸覺(jué)，以圖表及動(dòng)畫(huà)方式呈現(xiàn)，讓觀看者“眼見(jiàn)為明”。它改變了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)被動(dòng)靜態(tài)的信息傳遞方式。虛擬現(xiàn)實(shí)就建筑視覺(jué)模擬的可行性而言，應(yīng)用領(lǐng)域可包括：建筑物模擬、室內(nèi)設(shè)計(jì)模擬、城市景觀模擬、施工過(guò)程模擬、物理環(huán)境模擬、防災(zāi)模擬、歷史性建筑模擬等。在建筑設(shè)計(jì)中既要進(jìn)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(chuàng)新過(guò)程，包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、維護(hù)等。巨大的成本和不可逆的執(zhí)行程序，不能出現(xiàn)過(guò)多的差錯(cuò)，虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)造和體現(xiàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，虛擬世界是整體虛擬環(huán)境或給定仿真的對(duì)象的全體，充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和虛擬現(xiàn)實(shí)，可減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省投資。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。

　　這個(gè)定義足夠嚴(yán)格，限制對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)這個(gè)術(shù)語(yǔ)使用上的許多誤區(qū)，同時(shí)也足夠廣泛，包括了虛擬現(xiàn)實(shí)媒體的使用者所使用的多種設(shè)備，比如頭盔顯示器、計(jì)算機(jī)三維投影儀以及未來(lái)可能出現(xiàn)的各種新媒體設(shè)備。

　　2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中，集中特定的4種人機(jī)接口模式

　　(1)使用者模式。使用者直接進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)中，進(jìn)行觀測(cè)與互動(dòng)操作，以第一人稱的觀測(cè)方式，進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸觀察，隱藏的接口，只有在使用時(shí)才出現(xiàn);

　　(2)代理者模式。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，常因沉浸環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的感性差距，而造成空間迷失現(xiàn)象，以至于使用者無(wú)法掌握虛擬現(xiàn)實(shí)的狀態(tài)，以空間代理者的虛擬環(huán)境信息的提供，以第一和第二人稱的觀察方式，進(jìn)行虛擬環(huán)境中的觀測(cè);

　　(3)監(jiān)控模式。使用者以第三人稱的方式，監(jiān)控虛擬現(xiàn)實(shí)中所有的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，并進(jìn)行虛擬物的監(jiān)視與控制，而接口的產(chǎn)生與虛擬現(xiàn)實(shí)的種類并無(wú)絕對(duì)的關(guān)系;

　　(4)沉浸操作模式。將控制虛擬現(xiàn)實(shí)物的接口，置于虛擬現(xiàn)實(shí)中，以進(jìn)行仿真式的操作模擬，使用者以第一人稱的操作方式，對(duì)虛擬物進(jìn)行控制。從系統(tǒng)整合的觀點(diǎn)來(lái)分析建筑設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的接口連接不當(dāng)，影響設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工程序。

　　總的來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是由交互式計(jì)算機(jī)仿真組成的一種媒體，能夠感知參與者的位置和動(dòng)作，替代或增強(qiáng)一種或多種感官反饋，從而產(chǎn)生一種精神沉浸在或出現(xiàn)在仿真環(huán)境(虛擬世界)中的感覺(jué)。

　　3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　虛擬現(xiàn)實(shí)在沒(méi)有步入數(shù)字化的時(shí)代就已經(jīng)和建筑結(jié)緣了。早在達(dá)芬奇的年代，人們就樂(lè)于在建筑的四壁畫(huà)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(jué)自己所在的房屋面積更加廣闊。到了后來(lái)，這樣的壁畫(huà)幾乎到了亂真的程度，人們進(jìn)入這個(gè)空間就完全沉浸在這種虛擬的環(huán)境里，其實(shí)這就已經(jīng)滿足了虛擬現(xiàn)實(shí)的這個(gè)定義。在20世紀(jì)30年代，還曾經(jīng)有人嘗試過(guò)這樣的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：用四架電影放映機(jī)向房間的四面墻壁投射不同的建筑內(nèi)部空間影像，以使這個(gè)房間中的

　　梵蒂岡西斯廷教堂室內(nèi) 人體驗(yàn)不斷變化的建筑空間。20世紀(jì)80年代以后，隨著計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展，為建筑服務(wù)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)更加豐富了。80-90年代很多人都曾經(jīng)在CAVE系統(tǒng)中模擬建筑內(nèi)部空間或者群組建筑之間的空間。進(jìn)入21世紀(jì)以后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)多用于對(duì)于建筑群的研究或者復(fù)原。在美國(guó)洛杉磯和費(fèi)城的虛擬建筑三維模擬系統(tǒng)被認(rèn)為是全球最成功的虛擬建筑模擬系統(tǒng)之一。

　　中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步較慢，但也有了長(zhǎng)足的發(fā)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(xiàng)目，安裝在故宮博物院的SGI Reslity Center是一個(gè)沉浸式劇場(chǎng)，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(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅僅只能對(duì)建筑物本身的模擬，更高級(jí)的運(yùn)用是將建筑所處的環(huán)境進(jìn)行逼真的再現(xiàn)與預(yù)測(cè)。這樣的技術(shù)在追求結(jié)構(gòu)最高合理性及可持續(xù)性的設(shè)計(jì)作品中使用比較廣泛。例如諾曼·福斯特(Norman Foster)在英國(guó)倫敦設(shè)計(jì)的瑞士再保險(xiǎn)公司總部大樓。2004年后，這個(gè)高達(dá)180m、40層的龐然大物以優(yōu)雅的曲線形身姿挺立在倫敦傳統(tǒng)金融中心的心臟地帶。在其設(shè)計(jì)的最基本原則中，生態(tài)、環(huán)境友好是一切的出發(fā)點(diǎn)。該建筑號(hào)稱倫敦第一座環(huán)境摩天樓，預(yù)期將比同等規(guī)模的辦公樓節(jié)能50%，其外部形態(tài)所體現(xiàn)的每一點(diǎn)不同于傳統(tǒng)高層的獨(dú)特之處幾乎都是建筑師為實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)而作的安排。為此，福斯特事務(wù)所專門(mén)組織了一個(gè)特殊的設(shè)計(jì)顧問(wèn)小組，其中包括建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、建筑物理工程師、數(shù)學(xué)家、計(jì)算機(jī)編程員等各類專家。他們借助于特定的計(jì)算機(jī)程序，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)公式生成各種幾何形式，對(duì)其進(jìn)行理性的評(píng)估、篩選;在確定一類幾何形式后，他們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)該幾何形式的各種幾何參量進(jìn)行反復(fù)微調(diào)，并不斷測(cè)試該幾何形式所具備的建筑物理性能。經(jīng)過(guò)數(shù)月的探索，該設(shè)計(jì)小組終于得到一種新穎的、物理和美學(xué)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(dòng)力學(xué)曲面可使任何方向傳來(lái)的自然風(fēng)都能沿建筑表面光滑地吹過(guò)，即將風(fēng)力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)施加的荷載降至最低，從而極大的節(jié)省結(jié)構(gòu)和幕墻造價(jià)，又能避免方形塔樓經(jīng)常發(fā)生的情況——建筑的平直表面使自然風(fēng)受阻轉(zhuǎn)而折返到地面層，形成令人不快的街道風(fēng)道現(xiàn)象;風(fēng)洞試驗(yàn)還顯示，該建筑的修建將改善建筑周邊城市環(huán)境的通風(fēng)狀況。并且，當(dāng)風(fēng)沿建筑表面曲面滑過(guò)，會(huì)環(huán)繞建筑表面形成一定的風(fēng)壓，從而增強(qiáng)塔樓室內(nèi)的自然通風(fēng)性能。

　　這個(gè)方案中幾乎所有對(duì)于建筑周邊環(huán)境，如氣流、熱量、荷載等因素的測(cè)試都是在一套虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中進(jìn)行的，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以近乎完全真實(shí)的將建筑結(jié)構(gòu)和其外部環(huán)境模擬出來(lái)。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可能只是一種“新工具”。而且，這項(xiàng)數(shù)字工具會(huì)是繼埃及、希臘時(shí)期的平面式繪圖與文藝復(fù)興的體量模型后的最新發(fā)展，而且其后續(xù)工具性的發(fā)揮將更快速且更驚人。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所產(chǎn)生的虛擬空間。可以營(yíng)造出以前無(wú)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(fù)興后期到巴洛克的動(dòng)態(tài)空間、現(xiàn)代與后現(xiàn)代空間等等，再次出現(xiàn)建筑空間與都市空間的新空間理論。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的影響是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，現(xiàn)在還不是全面的應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中。這種技術(shù)在往后將會(huì)更快速的發(fā)展并更全面的影響建筑。

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