虛擬現(xiàn)實(shí)(V irtual Reality， 簡稱VR ) ， 又稱為虛擬環(huán)境(V irtual Environm en t s)、人造空間(Cyber space)、人工現(xiàn)實(shí)(A rt if icial Reality)、仿真技術(shù)(Sim u lato r Techno logy) 等。 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)、并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果。 它以模擬方式為使用者， 創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)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(yàn)中， 使設(shè)計(jì)者可以深入探索、參與者可以直接參與虛擬對象在所處環(huán)境中的作用和變化， 仿佛置身于一個(gè)虛擬的世界中， 產(chǎn)生融合性……997 年， B ridges 與Charito s 提出建筑設(shè)計(jì)與VR 之間， 存在著一雙向關(guān)系， 建筑設(shè)計(jì)可引用VR 來評(píng)估與驗(yàn)證設(shè)計(jì)意圖， 而虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境可引用建筑設(shè)計(jì)知識(shí)來建構(gòu)。

　　1.虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑演示系統(tǒng)

　　在建筑和規(guī)劃學(xué)科領(lǐng)域， 使用虛擬現(xiàn)實(shí)演示單體建筑、居住小區(qū)乃至城市空間， 可以讓人以不同的俯仰角度去審視或欣賞其外部空間的動(dòng)感形象及其平面布局特點(diǎn)。它所產(chǎn)生的融合性， 要比模型或效果圖更形象、完整和生動(dòng)。

　　使用虛擬現(xiàn)實(shí)語言， 可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)場景及單體編輯， 動(dòng)畫、解說等多媒體信息和虛擬現(xiàn)實(shí)無縫連接。 它讓人易于交流， 加強(qiáng)大眾與專業(yè)團(tuán)體對城市及開發(fā)區(qū)規(guī)劃的理解與認(rèn)識(shí)， 勾畫未來城市的形象等。

　　臺(tái)灣交通大學(xué)建筑與文化研究院劉育東教授在臺(tái)灣新竹市東門城廣場規(guī)劃中， 第一次對。公共工程進(jìn)行公開討論， 以擬定后續(xù)的發(fā)展準(zhǔn)則。 居民們希望從任意角度了解工程項(xiàng)目的。情況， 所以將虛擬現(xiàn)實(shí)引入用戶參與設(shè)計(jì)系統(tǒng)是十分必要的。虛擬現(xiàn)實(shí)能適應(yīng)因特網(wǎng)上傳播的需要， 并能滿足房地產(chǎn)信息的需求。 對房地產(chǎn)開發(fā)商、建筑設(shè)計(jì)和規(guī)劃行業(yè)來說， 虛擬現(xiàn)實(shí)的展示方式是大勢所趨。

　　(1)在商品房交易中， 消費(fèi)者除了關(guān)注商品房的價(jià)格、位置之外，越來越關(guān)注房屋的環(huán)境、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、裝潢。 用戶在查詢某商品房時(shí)，可以定位指定觀察室內(nèi)戶型以及小區(qū)環(huán)境。可以親身體驗(yàn)小區(qū)建成后的三維虛擬環(huán)境，了解室內(nèi)空間、周邊環(huán)境、固定設(shè)施的配套情況，因而仿佛身臨其境。虛擬現(xiàn)實(shí)可以輔助戶型室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)及建材選擇。場景中每個(gè)物體，可進(jìn)行獨(dú)立的移動(dòng)、隱藏等編輯操作。 動(dòng)感十足的虛擬現(xiàn)實(shí)可刺激用戶的購買欲，有助于銷售，縮短售房周期。

　　(2) 設(shè)計(jì)院可將自己的設(shè)計(jì)方案動(dòng)態(tài)形象地展示， 以充分表達(dá)自己的方案， 提高中標(biāo)率。

　　(3) 中標(biāo)后對甲方、乙方而言， 可通過VR 方式審視。 雙方可逼真快捷地進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的修改， 使設(shè)計(jì)臻于完善， 直至滿意。

　　2 虛擬巡游系統(tǒng)的形成過程

　　以動(dòng)畫及虛擬系統(tǒng)的形成過程為例， 介紹如何將虛擬現(xiàn)實(shí)輔助于建筑設(shè)計(jì)方案中。

　　2.1　數(shù)據(jù)采集

　　包括平、立、剖面與透視圖。 包括能充分反映建筑物的特點(diǎn)、立面效果， 以及重要建筑物的空間關(guān)系的規(guī)劃區(qū)域?qū)嵕皥D像， 諸如多角度、多距離觀察的錄像與攝影圖片。 還包括空間參照物， 如周圍建筑物， 相關(guān)的圖紙和文本。

　　2.2　用三維建模軟件建模

　　依據(jù)方案設(shè)計(jì)圖在三維圖形系統(tǒng)中構(gòu)造建筑物， 常用建模軟件有A u toCAD 和3DSMAX. 使用3DSMAX 制作動(dòng)畫。 將其以VRML (V irtual RealityModeling L anguage) 文件格式輸出。

　　2.3　優(yōu)化虛擬系統(tǒng)

　　(1) 使用LOD (L evel of detail) 算法替代模型的不同版本， 以減輕VRML 瀏覽器的負(fù)擔(dān)。通過這種算法， 對于遠(yuǎn)處的或者是不重要的物體， 用較少的多邊形表示。 對于近處的或較重要的物體用較多的多邊形來表示， 從而在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少多邊形的數(shù)目。

　　(2) 在場景中放置足夠多的攝影機(jī)， 以供用戶選擇。

　　(3) 使用U SE， 對原始節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重用， 以減少文件長度。

　　(4) 使用超鏈接節(jié)點(diǎn)A ncho r， In line 等， 鏈接其它虛擬空間。A ncho r 使場景中的對象與另一空間造型鏈接， 或與場景中另一相機(jī)連接。In line O b ject 可合并另一虛擬現(xiàn)實(shí)文件。

　　(5) 通過A udio Clip ， Sound 算法提供虛擬的聲音效果。

　　2.4　使用java scr ipt 語言擴(kuò)展虛擬世界的動(dòng)態(tài)行為

　　J avascrip t 語言是用于VRML 各個(gè)節(jié)點(diǎn)的一種描述語言。 它使*. WRL 文件所模擬的世界， 具有較強(qiáng)的真實(shí)度。

　　拙政園名冠江南， 是中國的四大名園之一， 亦是世界文化遺產(chǎn)之一。其空間蜿蜒曲折， 藏露掩映， 欲放先收， 達(dá)到小中見大的效果。 我們?yōu)樽菊�園最精彩部分(中部水院的小飛虹、小滄浪、得真亭、松風(fēng)亭等) ， 建立了虛擬巡游系統(tǒng)。

　　3 對建筑設(shè)計(jì)思維的影響

　　傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)以紙和筆進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)。 據(jù)此， 建筑師按自己對實(shí)際尺寸的把握進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此， 設(shè)計(jì)者無法融入所設(shè)計(jì)的空間中， 其觀察與想象均受到限制。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)， 提供了其它傳統(tǒng)表現(xiàn)方式所無法比擬的、嶄新的信息交流界面。 建筑師可從任意角度， 觀看虛擬物體的三維效果(空間的形狀、大小， 物體的色彩、材質(zhì)等) . 可通過實(shí)時(shí)三維場景調(diào)整、信息查詢以及多媒體信息集成等技術(shù)， 為方案的比較推敲， 為設(shè)計(jì)風(fēng)格、造型特點(diǎn)，以及相關(guān)信息的展示， 提供了強(qiáng)有力的支持。 在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中， 虛擬環(huán)境開拓建筑師的想象力， 提高創(chuàng)造力， 有助于建筑師產(chǎn)生多樣化設(shè)計(jì)方案， 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。美國Iow a 大學(xué)開發(fā)出新型設(shè)計(jì)工具VRDet〔2〕。 設(shè)計(jì)者可直接在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)， 整個(gè)設(shè)計(jì)過程可被錄制并回放。 設(shè)計(jì)者還可觀察他的思維過程， 對于了解建筑師的設(shè)計(jì)方法具有重要意義。

　　VADet 采用23D 語言系統(tǒng)提供固定聲音， 有4 個(gè)C2 環(huán)繞屏幕顯示系統(tǒng)， 可使用LCD 立體眼鏡。C2 輸入設(shè)備基于CAV E 系統(tǒng)(Cruz2N eira， Sandin& DeFan t i，.993) ， 能直接處理對象，對用戶反應(yīng)有快速的立體的顯示。VADet 系統(tǒng)也可應(yīng)用于配備有C2 的跟蹤及輸入設(shè)施的頭盔浸入裝置。

　　VADet 使用一個(gè)面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)。 它強(qiáng)調(diào)交互性能， 可擴(kuò)充性及獨(dú)立的顯示界面。系統(tǒng)的核心是一組C+ + 類。3 個(gè)主要的類為環(huán)境類、控制類與形類。VADet 使得設(shè)計(jì)者在任一設(shè)計(jì)階段可探索整體尺寸的虛擬物體。 系統(tǒng)有精確的風(fēng)格， 可修改尺寸。 虛擬設(shè)計(jì)尺寸比C2系統(tǒng)的物理尺寸大。 物體能在實(shí)際尺寸內(nèi)產(chǎn)生、復(fù)制、刪除、移動(dòng)、縮放或再生。 該系統(tǒng)可被視為一個(gè)三維草圖工具。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展前景十分誘人。 從某種意義上說， 它改變了人們的思維方式， 改變?nèi)藗儗κ澜�、對自己、對空間和時(shí)間的看法。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)不斷發(fā)展， 將成為建筑應(yīng)用軟件的主流。IN TEL MCGRAWH ILL 公司所出版的《V irtual Reality： Th rough The N ew Look ing Glass》一書， 提出虛擬現(xiàn)實(shí)是21 世紀(jì)的工具的說法。V rnew s 也認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)是最有發(fā)展?jié)摿Φ氖�大關(guān)鍵技術(shù)之一。 虛擬現(xiàn)實(shí)具有完善的交互作用能力， 能幫助和啟發(fā)進(jìn)入虛擬境界的參與者的構(gòu)思的信息環(huán)境。 利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的人機(jī)對話工具， 同虛擬環(huán)境中的物體交互操作， 使人達(dá)到一種境界虛擬， 但其感覺卻具有真實(shí)的效果。 我們應(yīng)充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)大的潛在功能于建筑領(lǐng)域。

　　計(jì)算機(jī)技術(shù)用于建筑設(shè)計(jì)已有多年，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) ，主要是幫助設(shè)計(jì)者把設(shè)計(jì)、計(jì)算、畫圖、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理等繁重工作交給計(jì)算機(jī)完成，而設(shè)計(jì)者把主要精力用于創(chuàng)造性構(gòu)思。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可通過圖形設(shè)備向設(shè)計(jì)者展示，并可模擬，允許設(shè)計(jì)者作出修改。虛擬現(xiàn)實(shí)(簡稱 VR) 技術(shù)能創(chuàng)造身臨其境的感覺。

　　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)，通過視、聽、觸覺，以圖表及動(dòng)畫方式呈現(xiàn)，讓觀看者“眼見為明”。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。它的特性包括： (1) 交互性(interactive) ; (2) 想像性(imagination) ; (3)沉浸性(immersion) .虛擬現(xiàn)實(shí)就建筑視覺模擬的可行性而言，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。

　　2 、展示建筑物的整個(gè)信息

　　現(xiàn)階段的二維、三維的表達(dá)方式，只能傳遞建筑物部分屬性的信息，并且只能提供單一尺度的建筑物信息，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可展示一棟活生生的虛擬建筑物，使人產(chǎn)生身臨其境之感，設(shè)計(jì)不僅僅是設(shè)計(jì)者的事，住戶、管理部門都可起到輔助決策的作用。

　　3 、遠(yuǎn)距離瀏覽

　　設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的建筑物與工程單位可以相互溝通交流，通過萬維網(wǎng)達(dá)到遠(yuǎn)距離瀏覽，也可以以計(jì)算機(jī)語言開發(fā)與虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言整合，虛擬現(xiàn)實(shí)用于Internet 網(wǎng)中提高其普遍性與實(shí)用性。

　　4 、實(shí)時(shí)多方案比較

　　在建筑設(shè)計(jì)過程中，一般都會(huì)對設(shè)計(jì)的建筑物提出不同的設(shè)計(jì)方案，對未來建筑物的形象做多種設(shè)想，在虛擬的建筑三維空間中，可以實(shí)時(shí)地切換不同的方案，在同一個(gè)觀察點(diǎn)或同一個(gè)觀察序列中感受不同的建筑外觀，這樣，有助于比較不同的建筑方案的特點(diǎn)與不足，以便進(jìn)一步進(jìn)行決策。事實(shí)上，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不但能夠?qū)Σ煌�方案進(jìn)行比較，而且可以對某個(gè)特定的局部作修改，并實(shí)時(shí)地與修改前的方案進(jìn)行分析比較。

　　5 、專用的人機(jī)接口交互

　　人機(jī)接口是使用者與計(jì)算機(jī)溝通的橋梁，它是代表使用者意圖的轉(zhuǎn)換及計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行，良好的人機(jī)接口的建立，可減少使用者對系統(tǒng)的學(xué)習(xí)時(shí)間和增強(qiáng)系統(tǒng)的使用效率。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建筑設(shè)計(jì)中，必須有特定的人機(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)行觀測與互動(dòng)操作，以第一人稱的觀測方式，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，以至于使用者無法掌握虛擬現(xiàn)實(shí)中的狀態(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;(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)的種類并無絕對的關(guān)系;(4) 浸入操作模式。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，對虛擬物進(jìn)行控制。從系統(tǒng)整合的觀點(diǎn)來分析建筑設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的接口連結(jié)不當(dāng)，影響設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工程序。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)基本上有兩種：模型式和圖像式。以模型式虛擬現(xiàn)實(shí)，以虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言(簡稱VRML) 為主要描述語言，使得建筑設(shè)計(jì)可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維建模，利用效果圖和三維施工圖與資料庫，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)連結(jié)到資料庫作為實(shí)時(shí)模擬操作。虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言，可用來在萬維網(wǎng)(3W) 中定義與更多信息相關(guān)聯(lián)的三維世界的布局和內(nèi)容，使之能夠在一個(gè)交互的三維空間中很容易地被表達(dá)出來。當(dāng)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言瀏覽器啟動(dòng)后，它會(huì)將虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言中的信息解釋成虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言空間中的建筑物的幾何形體的描述，一旦VRML 空間被用戶的瀏覽器解釋，它將提供實(shí)時(shí)顯示，一秒鐘可以顯示多次，這樣，用戶的機(jī)器上將會(huì)有一個(gè)活動(dòng)的場景。

　　6 、應(yīng)用實(shí)例

　　荷蘭的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步較快，Eindoven 大學(xué)的Calibre研究院已用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和咨詢，他們開發(fā)的軟件包由一組類CAD 的函數(shù)組成，稱為CAAD 軟件，為建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建、修改和可視化提供了工具包， 它支持Auto CADDXF 文件的輸入輸出，而且能夠用于虛擬環(huán)境中增加動(dòng)畫和對象的動(dòng)態(tài)行為。已用該系統(tǒng)模型化了一座小城市，具體目標(biāo)是在河中小島上設(shè)計(jì)一棟博物館。這座城市由好幾百棟建筑物組成，坐落在河邊斜坡上，可以俯瞰小島。首先，數(shù)字化該城市的地圖，創(chuàng)建基本的Auto CAD 模型;其次，按真實(shí)三維位置安排每棟建筑物，同時(shí)也考慮山坡的輪廓;再次，加上建筑細(xì)節(jié)，如門框和窗框設(shè)計(jì)，以便標(biāo)準(zhǔn)地表現(xiàn)該城市的美學(xué)特征。該應(yīng)用實(shí)例讓人們領(lǐng)略了該領(lǐng)域和他們所取得的成果。

　　在美國洛杉磯和費(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。各國對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都在研究和應(yīng)用，我國也一樣，在虛擬世界建筑方面，都已制作和展示了復(fù)雜的虛擬世界模型。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所涉領(lǐng)域十分廣泛，技術(shù)潛力巨大，在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用前景廣闊，但軟硬件投資巨大，可重復(fù)性低，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/ 制造數(shù)據(jù)庫/ 計(jì)算機(jī)輔助工程，多媒體/ 臺(tái)式視頻，圖形藝術(shù)，形象/動(dòng)畫制作，科學(xué)可視化，實(shí)時(shí)模擬等的硬件價(jià)格很高。

　　總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)及計(jì)算機(jī)軟硬件的進(jìn)展，應(yīng)用層面會(huì)更廣，成長幅度會(huì)更大。網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)谋憬菖c快速處理，利用計(jì)算機(jī)科技來呈現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)成果，已成為新的趨勢，而且技術(shù)日新月異。