虛擬現實技術及其重要特征

　　虛擬現實技術(Virtual Reality,簡稱VR),又稱虛擬環境(Virtual Environments)、仿真技術(Simulator Technology)等。它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網絡、并行處理等技術的最新發展成果，并以模擬方式為使用者創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖像世界。在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗中,使設計者可以深入探索，參與者可以直接參與虛擬對象在所處環境中的作用和變化,令人仿佛置身于一個虛擬的世界中，產生身臨其境的感覺。而這就是虛擬現實技術的第一個重要特征，即浸沒感(Immersion)或臨場參與感。

　　虛擬現實技術的第二個特征是交互性（Interaction）。虛擬現實與CAD系統所產生的模型以及傳統的三維動畫是不一樣的，它不是一個靜態的世界，而是一個開放、互動的環境，虛擬現實環境可以通過控制與監視裝置影響或被使用者影響，用戶可以通過鼠標、游戲桿或其它跟蹤器，隨意“行走”在方案規劃中的建筑物內，甚至可以“乘座”電梯，上到二樓去看一看新店鋪的門面設計，感受一下購物中心大廳的裝飾和透過明媚陽光的天窗。

　　虛擬現實技術的第三個特征是想象性（Imagination）。虛擬現實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，比如在蓋一座現代化的大廈之前，你首先要做的是對這座大廈的結構、外形做細致的構思，為了使之定量化，還需要設計許多圖紙，當然這些圖紙只能內行人才能讀懂，而虛擬現實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往只能借助傳統沙盤的設計模式提升到數字化的、即看即得的完美境界，這可以大大提高設計和規劃的質量與效率。


　　CAD的不足和缺陷

　　一般建結構設計都包含結構形式的選定、形狀尺寸的假定、模型化、結構分析驗算、圖面繪制、材料計算等過程。CAD技術在土建工程中最早的應用就是在結構設計中，目前對應于設計的CAD系統可以分為三類：

　　第一類，對應于各個設計過程中的系統。例如結構形式選擇系統、結構分析系統、設計系統、繪圖系統、材料計算系統等，其中每個系統都可以處理多種結構形式。第二類，集成化設計系統。這類系統的自動化程度一般較高，只需輸入少量的數據，利用集成系統即可完成設計的全過程。第三類，通用CAD系統，如AutoCAD，Microstation等。這類系統只提供基本的圖形處理功能，可用來繪制各個工程領域的設計圖紙。該類系統的作業效率一般較低，需要進行二次開發，以適用于不同專業的需要。

　　以上這些CAD系統只擅長于進行幾何數據處理，以表現三維空間的物體以及著色，但對于處理建筑設計工程中的復雜物理數學關系，如結構應力，熱傳導，聲、光效應等，則顯得無能為力。并且由于適用各個設計過程的系統使用起來不方便，為完成一項設計就需要使用多個系統，這不但要掌握每個系統的使用方法，還需要重復輸入大量數據，所以集成化設計系統已有取代各種分項設計系統的趨勢。目前使用的CAD系統大都建立在繪圖支撐軟件的基礎上，繪圖與分析計算是分開的。在繪圖階段就是單純的繪圖，計算機輔助設計體現在將設計人員的思想用圖形表現出來(特別是用于繪制施工圖時)，而不是在全局上，不是從方案選擇、具體設計、分析計算到施工圖。人們希望有了設計人員的知識、經驗和設想后，通過計算機的分析，計算比較判斷，不僅將方案形象地表現出來，而且將量化后的數據及結論輸出來，設計者再依據它修改方案。這就是繪圖與結構計算一體化的思想。

　　集成化軟件也有其固有的一些缺點，比如操作時規定限制多，菜單級別多，過分強求樹狀結構等，這些都使操作變得非常繁雜。雖然這類軟件已經向繪圖與計算相結合的目標邁進，即實現了在建模后緊接著進行計算，建模所形成的數據可為后續的計算所利用，但這兩者還是各自為政的。而更進一步的做法是將兩者結合起來，隨著模型的建立進行分析比較，將得出的信息作為建模的參考。

　　虛擬現實技術解決難題

　　將虛擬現實技術應用于集成化CAD系統中，能夠較好地解決以上存在的問題，實現理想的繪圖與結構計算一體化。如果把虛擬現實技術與現在的集成化CAD系統的設計思想相結合，創建虛擬現實的集成化CAD系統，包括從設計的建筑方案、結構方案的選擇直至最后結果的實現，這必將大大提高設計效率，提高設計質量。

　　建筑師在利用虛擬現實CAD系統時，可以很方便地建立和修改建筑方案。此時，建筑師仿佛置身于待建場地中，可以很便捷地從庫中提取各種物件、材料、家具和設備，就像搭積木一樣搭起一座虛擬的建筑。而該虛擬建筑的尺寸可以和實際設計中的建筑一樣，不但色彩逼真，而且有材料的質感，我們可以十分方便地對其進行著色、修改，并可以在隨時改變視角和光源的條件下從任意視點去觀察這座建筑，以便得出滿意的方案。這樣結構設計師也就可以利用已經建起的模型選取結構方案，調整荷載和定義荷載，并由系統自動進行結構分析得出結果，如配筋量和配筋圖等，如果不滿意，則可以修改參數或方案。在設計中令人頭痛的另一個問題就是建筑、結構、設備等各方的協調問題。目前采用的方法是各方分別設計，再一起討論，協商修改，反復進行直到滿意。如果采用VR集成CAD系統，則可以實現各方同時設計，在整這個系統的協同下，各方的方案、問題可通過VR系統實時展現出來，那么在設計過程中遇到的沖突就可以隨時協調直到滿意，這就極大地提高了效率。

　　總之,虛擬現實是一種可以創造和體現虛擬世界的計算機仿真體統技術。充分利用計算機輔助設計和虛擬現實技術,可以有效地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，并且隨著網絡及計算機軟硬件的發展,該技術的應用層面會更廣,成長幅度也會更大。借助虛擬現實技術,利用計算機科技來呈現建筑設計成果,已成為一種新的趨勢，我們應該在建筑設計領域充分發揮虛擬現實技術的強大潛在能量，創造出更多的應用價值。

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