導語：如何才能寫好一篇建筑虛擬現實技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】建筑仿真;虛擬現實技術;三維圖形

隨著計算機技術和信息技術等高新技術的快速發展,仿真技術也得到迅速的推動,并在高技術的發展中越顯其重要作用,能夠應用在各個領域。近三十年來視景仿真環境與技術發展歷程展望了視景仿真環境與技術進一步發展的趨勢。

虛擬現實(Virtual Reality,簡稱 VR)是指為用戶提供一種模擬現實的操作環境,利用計算機生成逼真的三維視覺、聽覺、觸覺的感觀世界,使人們對所研究的對象和環境獲得身臨其境的感受,從而提高人類認知的廣度和深度,拓寬人類認識客觀世界的“認識空間”和“方法空間”,最終達到更本質地反映客觀世界的實質。視景仿真是仿真動畫的高級階段,也是虛擬現實技術的最重要的表現形式,它是使用戶產生身臨其境感覺的交互式仿真環境,實現了用戶與該環境直接進行自然交互。其中,作為表現三維視覺仿真中的建筑技術就顯得非常重要了。

一、建筑仿真有三個非常鮮明的特征

1、運動是實時的,計算機呈現給人們的圖形圖像所表現的場景運動是與人們在現實生活中所見的一樣,運動節奏光滑平穩;

2、建筑是三維的。能夠允許觀察者從不同的角度來瀏覽建筑特征,細節豐富、逼真,滿足人們的視覺感受,使人們產生身臨其境的感覺;

3、它是可交互的。允許通過鍵盤、鼠標或其它計算機輸入設備、計算機程序對建筑瀏覽過程進行實時控制,對其中的物體進行規劃和操作。

二、建筑仿真與虛擬現實技術的應用范圍

建筑仿真與虛擬現實技術可以表現大型工程漫游,展示各種擬建設的工程項目,為國際和國內工程設遨游計投標建立多種層次、細節豐富的虛擬模型,真實再現工程竣工后的情況。用戶可選擇不同路徑進入

該項工程的任意部分;也可為已建設或正在建設的各種工程項目展示其周邊環境、內部、固定設施的配套情況。又可以應用于名勝古跡的仿真旅游,展現名勝古跡的景點,可以任意選擇路徑裝修各景點,樂趣無窮。

三、制作逼真的建筑模型的實現方法

三維計算機表現是采用計算機模擬現實中的三維空間物體。在計算機中構造三維的幾何造型,并賦予表面材料、顏色、紋理等特性,然后,設計造型的運動、變形,燈光的種類、位置、強度及攝像機的位置,焦距,移動路徑等,最終生成圖象,并可以將制作的動畫輸出到其他硬件錄制設備,三維計算機動畫不僅可以模擬真實的三維空間,而且還可以產生現實世界不存在的特殊效果。建筑仿真可以使用3DMAX軟件制作。3DS MAX是美國著名軟件開發公司 AUTODESK 繼 AUTOCAD 后推出的又一力作。該系統軟件在三維造型、場景模擬、視覺效果、動畫制作等各方面具有強大的功能。

一、通過幾何體和二維圖形利用編輯命令完成模型的建立,創建出形象比例精確的建筑模型。3D Studio MAX還可制作出山、水、波紋、波浪、顆粒及非規則形體,如:人體、植物等。利用3D Studio MAX 中豐富的材質和質感,可以對整個實體或部分實體進行顏色、明暗、色裹、反射,凹凸和透明度等進行編輯,再通過設定物體、相機、光源和路徑來制作動畫。物體可進行變位、旋轉、縮放、伸壓等變形,光源可為環境光、泛光燈、聚光燈,并可設置任意多個相機的位置,方向和角度,方便進行靈活調整,在動畫實時預演功能中,及時觀察物體效果。另外,還可以利用3D Studio MAX 中淡入淡出,模糊,光暈,星光閃爍,霧雨,聲等,很多特殊效果,制造特技處理,可產生超乎現實生產的變幻莫測的神奇效果。

二、使用“紋理貼圖”圖片,用來替代詳細的模型。3DMAX軟件中豐富的材質貼圖技術用紋理、不透明、法線凹凸貼圖、光照等技術而不是增加幾何造型復雜度來提高逼真度。用來創建低多邊形數的模型來簡化和減少實時應用的程序要求。在對應位置的多邊形表面上這樣處理可以減少模型的多邊形數目和復雜程度,提高圖像繪制輸出時的顯示速度。達到使用較少的多邊形創建更現實的細節的能力。只要視點不過于靠近實體,紋理貼圖并不會降低場景的逼真程度。比如制作天安門城樓,用相機對五個方向(上、、左、右、前、后) 共拍攝五張照片,通過“展平的UVW貼圖”命令處理成大圖像。計算機可以從這些圖像里產生任意方向的圖像,從而使用戶有身臨其境之感。

三、利用“全景導出器”進行360 度球形全景的渲染。這樣渲染出來的建筑模型,可以從任意的方向觀看建筑。其視點和視角是任意可變的,視點可推進,也可拉遠,可上升,也可降低,視角和轉動的速度完全由用戶自己控制,這跟用戶觀察實景的過程是完全一致的。給人以身臨其境的視覺滿足感。

【參考文獻】

[1]王行仁,建筑與仿真的回顧與展望,系統仿真學報,1999(5)

[2]徐素寧,等.虛擬現實技術在虛擬旅游中的應用,中國圖像圖形學報,,2003

[3]楊鍵,耿衛東,等. 基于圖像的虛擬景觀漫游. 計算機輔助設計與圖形學學報,2001 , (3)

作者簡介:

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【關鍵詞】虛擬實境 虛擬現實技術 建筑設計

虛擬實境（也稱虛擬現實）是計算機與使用者之間的一種更為理想的人-機界面模式。使用者通過頭戴一個頭盔，手上戴著傳感手套，就像在一個虛擬世界中，在虛擬環境中漫游，并可以操作其中的“物體”。

一、虛擬實境

（一）虛擬實境（也稱虛擬現實）的定義

英國學者Jelena Petric和Tom Maver 曾經試定義虛擬實境相關名詞，包括：1.真實的（Real），就是真實存在的、非想象的、實事上有的；2.虛擬的（Virtual），相對而言，和實際存在的物體有區別，是想象之產物；3.虛擬實境（ Virtual Reality）：曾經存在、目前存在，或未來將存在于真實建筑造型或功能中之電子模擬；在這里加了時間的因素。4.Real Virtual：從來不存在。稱其為不存在，是它為虛擬的，想象的。

（二）虛擬實境的特點

虛擬實境應具有以下特點。一是通過計算機生成一個非常形象的足以讓我們認為是真實的一個人類視覺的虛幻的世界。我們不僅可以看到而且可以聽到、還能摸到及聞到這個虛擬世界中發生的一切。這種感覺很真實，至于我們能在這個虛幻的世界中而感覺不到是虛擬的。這就是虛擬實境的第一個特點，即浸沒感（Immersion）或臨場參與感。一般來說，虛擬系統的輸出設備應盡可能面向使用者的感覺器官以保證良好的浸沒感。使用者在虛擬的環境中可以通過跟蹤使用者的身體的運動來完成，與虛擬物體的接觸通過戴在手上的傳感裝置檢測來實現。

虛擬現實與通常CAD系統所產生的模型是不一樣的，它是一個動態的世界，一個開放的環境，它可以對使用者的指令作出響應。比如你可以拿起一根尺子就可以在虛擬現實中畫圖一樣，你甚至可以用虛擬的手感觸到虛擬物體存在，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，這是VR的第二個特征，即交互性（Interaction）。

所以，虛擬現實是人們可以通過視覺、聽覺、觸覺等感受到設計者思想的一個高級界面。

二、虛擬現實技術的概念及其在建筑設計中的應用

虛擬現實技術這一名詞是由美國VPL公司創建人拉尼爾（Jargon Lanier）在20世紀80年代初提出的，也稱靈境技術或人工環境。作為一項尖端科技，虛擬現實集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統，它最早源于美國軍方的作戰模擬系統，90年代初逐漸為各界所關注。

建筑活動具有實際操作性，所以，建筑業主都希望在設計時能比較形象化地知道建成是什么樣子的，而設計者也希望在設計的過程中，就能真實地表現建筑建成以后的樣子。

計算機運用ALV（Advance Lighting Visualization）語言，可以給設計者提供一個逼真的環境。目前Lightscape， 3DS MAX等這類軟件就能夠建立復雜的數據模型并完成光線效果的模擬。但是這些都是靜態的。如果進一步把場地及環境的信息輸人計算機，使用計算機處理之后，把這些因素合成在一起，就能得到比傳統畫圖方式要真實得多的仿真效果。

建筑設計及教學中虛擬現實系統的應用可以使設計者感受時間與空間的轉變，輸人不同的變量參數能夠預測不同種類的情況。例如變化室內光線、溫度、及其他一些物理環境，通過虛擬現實系統可以使設計者和參觀人進行交流和評價。

（一）設計方法

傳統的建筑設計基本上是采用二維的繪圖和簡單的實體模型來表達三維的空間，但是真實的建筑是三維及其環境組成的。所以這種方法一直制約著建筑師和建筑學的發展。

使用計算機技術在虛擬空間中建立的三維數據模型，可以從各個角度觀看、研究，而且可以快速、真實地表達各設計要素，如材質、光線、高度、比例等，有利于設計者進行推敲和修改。

（二）設計成果

傳統的設計成果主要是以圖紙來以及實體模型、動畫來表達。而計算機的應用則創造了新的成果形式：模擬空間數據。這種方式所傳遞的信息大大多于傳統方式，同時具有傳遞快捷、保存方便等優勢。

計算機技術的發展和應用，使得三維方式的成果表達將占據越來越重要的地位，目前在一些發達國家的建筑行業，已經嘗試利用計算機來制作三維線框模型來繪制建筑施工圖，雖然這種方法的在實施過程中還有許多問題，主要就是與多年來建立的建筑制圖的規范和標準之間存在矛盾。但是也可以考慮建立一些電子化的三維標準。

（三）設計環境

建筑設計不只是一個簡單的平面體現，而是系統化三維甚至加上時間因素的一個過程。從設計開始的資料收集到設計的深人、表達和成果的展示、存貯，因為應用了信息技術，而變得更加連貫和系統。設計者之間，以及設計者與業主、設計者與公眾、設計與施工之間可以更好地交流和溝通，大大提高工作效率和質量。

三、結語

而在信息時代，信息傳遞的手段大大增加，建筑設計也必然走入這個信息高速發展的環境。“空間”不再局限在傳統的城市廣場、公園、街道等，還包括電腦空間、網絡空間、虛擬空間等。這種交往方式的改變，要求我們必須重新定義以往所熟知的建筑設計觀念。

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關鍵詞：虛擬現實技術；建筑設計

建筑是人類歷史文化的載體，任何時代，建筑都以其感人的形象展現出它的風貌，反映它所包容的各種信息和內涵。一個建筑師怎樣才能將自己的設計理念形象直觀地展示給公眾面前以供評賞呢？虛擬現實技術的介入，使這個問題得以解決。

隨著建筑師對計算機應用的深入，計算機在制圖、管理、建模、表現、信息存儲與查詢等各個方面的作用正逐步變得清晰起來。這些逐步清晰的影響疊加在一起，勾勒出一個工作方式的輪廓：以數字化的設計媒體為基礎，依靠計算機網絡實現信息的交流，以數字信息的交換替代原先圖紙的物理交換。虛擬現實技術是計算機軟件技術發展的成果，它的出現和在建筑設計領域的應用為建筑師提供了更為廣闊的設計方法。它改變了建筑師的工作方式，設計者可以漫游于虛擬的場景之中或之外來體味對建筑空間的感受，及時對設計做出修改和補充，從而迅速、準確地對比各種設計方案的可行性。虛擬現實為業主與建筑師間的溝通架設一個“虛擬”的橋梁，使建筑師不斷與業主交流，以達到業主滿意，避免了建筑師很多不必要的重復勞動。[1]

1、虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality,既是大家熟悉的VR）又稱靈境技術，是20世紀末發展起來的一門涉及眾多學科的高新技術，它集成計算機技術，傳感技術，仿真技術，微電子技術為一體。一個好的虛擬現實環境是由計算機圖像學，圖像處理，模式識別，多傳感器，語音處理，網絡等技術所構成的大型綜合集成環境。虛擬現實技術作為一項實用技術，在建筑業中有著廣闊的應用前景，它將帶給我們一個嶄新的天地。

2、虛擬現實技術特點

虛擬現實技術從本質上講就是一種先進的計算機用戶接口技術，它通過給用戶提供視覺，聽覺，觸覺，嗅覺，味覺等各種直觀而自然的實時感知交互手段，最大限度地方便人機的交互操作，而不再需要進行繁瑣的敲打鍵盤輸入，提高了整個系統的工作效率。

虛擬現實技術有三個基本特征：沉浸感，交互性，構想性。其中沉浸感是指虛擬現實系統不再像傳統計算機幾口一樣，用戶與計算機的交互方式已經是自然的，就像現實中人與自然交互一樣，完全沉浸在通過計算機創建的虛擬環境中；交互性是指虛擬現實系統區別與傳統三維動畫的特征，用戶不再被動的接受計算機所給予的信息或者是旁觀者，而是能夠使用交互設備來操縱虛擬物體，以改變虛擬世界；構想性是指用戶利用虛擬現實系統可以從定性和定量綜合集成的環境中得到感性和理性的認識，從而深化概念和萌發新意。[2]

3、虛擬現實技術在設計領域中的應用

3.1 在建筑設計中的應用

在建筑設計學科領域，建筑師除了用部分語言文字來表達之外，更多的是用線條來表達其設計理念，如果不是專業人士，則很難與其溝通。因此，為了讓公眾明白和了解，設計師只能通過透視圖，以一種表面的建筑外形來表達他的設計意圖，而這則具有一定的局限性，如果我們借助虛擬現實技術，將我們用CAD工具制作的數字化模型投入到虛擬現實環境中，可以讓設計師及公眾從不同的角度去審視或觀賞建筑的外部空間形象。例如，荷蘭Eindoven 大學的Calibre 研究院應用虛擬現實技術在河中小島上設計了一棟博物館，其坐落在河邊的斜坡上，可以俯瞰小島，同時也可以考慮山坡的輪廓，加上建筑的細節，如門窗的設計，來表達那充滿自由曲線的外部形體,充分表達了其設計意圖。如果我們用傳統的設計方法來表達，則具有一定的難度，虛擬現實技術的應用，會讓我們在設計中發現潛在的缺陷和問題。所以虛擬現實技術在建筑設計中的應用是十分必要的。

3.2 在室內裝飾中的應用

室內裝飾階段，標志著工程項目已經臨近了竣工日期，這時，工程一般非常緊，可能會出現無法預期的問題，導致延長工期，造價增加。運用虛擬現實技術則可以在計算機上提前模擬出需要的效果，這樣我們就可以提前預知一些問題，如，房屋空間的比例尺寸，消防安全性，色調上，以及光照效果等。只要花少量時間在計算機上修改，就會使上述可能會出現的弊病得以避免。

3.3在景觀園林中的應用

景觀園林對于環境變化的前瞻性和周圍景物的關聯性要求很高，因此在動工之前就必須對完工之后的環境有一個明確的，清晰的概念。通常情況下，設計者會通過沙盤，三位效果圖，漫游動畫來展示設計效果，供公眾來理解和感受，以上的傳統展示方式都有不同的優缺點，但有一個共同的缺點，即不能以人的視點深入其中，得到全方位的觀察設計效果，而運用虛擬現實技術后，可以任意角度，真實的看到設計效果，身臨其境的掌握設計師的設計意圖。[3]

3.4在展示設計成果中的應用

虛擬現實展示設計是一種對現實的超越和豐富，當代科學技術的發展，為這種展示形式提供了條件和路徑，虛擬現實展示手段在一定程度上滿足了數字化社會人類對多媒體的展示、傳播要求。作為一種新的多媒體數字展示手段，虛擬現實展示設計在未來相當長的一段時間內，特別是多媒體信息展示中，將起到越發重要的作用，隨著CAD人工智能，多媒體等技術的進一步發展，虛擬現實展示設計也將會朝著多元化、一體化方向發展，交互方式更加自然，創新設計的手段將更為先進、有效，可以說從整個設計發展趨勢看，虛擬現實展示設計代表了現代信息展示模式的發展方向。

4、虛擬現實技術對建筑設計的影響

傳統的建筑設計，建筑師是以筆、紙和計算機制圖來完成的，通常情況下，建筑師按自己的經驗對設計進行把握，有時設計會出現一些偏差，使其設計思維受到了一定的局限。

虛擬現實技術提供的嶄新的信息交流界面，是其它傳統設計方式無法比擬的，設計者可以從任意角度觀察虛擬物體的三維效果（空間的造型，物體的色彩，大小，材質等）。其提供的實時三維場景調整，信息查詢及多媒體信息集成等技術，為方案的設計風格，造型手法和信息展示提供了強有力的支持。在虛擬環境中，虛擬環境拓寬了建筑師的想象力，提高了設計能力，可以幫助建筑師設計出多元化的設計方案，提高設計質量。虛擬現實技術的發展前景十分誘人，在某種意義上講，它改變了人們的思維方式，改變了人們對自己，對他人，對世界的看法，對建筑師而言，這些改變也就意味著新的設計思路的誕生。

5、總結

在虛擬現實系統中，人們仿佛置身于一個完全真實的環境中，使得建筑設計能夠突破“平面，立面，剖面”的刻板設計模式，進入一個更直觀更生動的層面。由于我國虛擬現實技術發展相對較慢，在技術和應用上還有很多問題，這些不足主要體現在軟硬件設備要求較高，價格昂貴及建筑設計與虛擬現實技術的融合問題等。但愿建筑設計人員不拘于傳統的設計方式和設計理念，虛擬現實技術在建筑設計實踐上的普及將指日可待。到那時，我們可以在虛擬環境中逃避現實的喧囂，可以感受過去的曠古和未來的輝煌。

參考文獻：

[1]韓建華.虛擬現實技術在建筑表現中的應用研究[J].華中建筑，2012(03):69-71.

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關鍵詞：虛擬現實技術；建筑設計；教學

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 03-0000-01

The Virtual Reality Technology Using in Architectural Design Teaching

Liu Wanyu

(Heilongjiang College of Construction,Harbin150025,China)

Abstract:Virtual reality technology can be said in order to develop skills,operating personnel for the purpose of composite architectural design education has a bright application prospect.In this paper,virtual reality technology in architectural design teaching,which must be introduced and explained.

Keywords:Virtual reality technology;Architectural design;Teaching

我國的計算機技術在不斷的發展，各方面都有不斷有所突破，而慮擬技術也逐漸完善。在建筑設計教學中引入虛擬現實技術，那么建筑設計教學活動中對課程自然交互性以及情景化的要求基上可以得到很好的滿足。不僅老師能夠以此來簡化現實中太過復雜的細節，最重要的是學生可以親身體驗一個實際無法到達的環境，從而觀測到現實中也無法實現的現象。因此，其在培養技能型、操作型復合人才為最高教學目的的建筑設計教學中有著光輝的應用前景。

一、虛擬現實技術在建筑設計教學中的應用

（一）展示三維物體

建筑設計教學的過程中，經常要通過實物展示來對教學內容加以輔助和解釋，使得學生加深對抽象概念的理解。在傳統的教學模式中，老師為了幫助學生形象的感受到物體三維信息，一般會采取以下措施：第一，投影儀。第二，實物展示。第三，計算機造型軟件或者三維動畫。

相對來說這種方法比較理想，不過其也存在一定的不足，即三維動畫是程序預先設計好的，在展示的過程中只能簡單的對他進行播放或者停止的控制，而無法按照主觀的需要對其視角進行任意選擇。不過利用虛擬現實技術就可以建構一個與實物完全相同的三維物體，例如在設計高層結構的整體造型時，可以采用3Ds MAX進行建模，再通過VRML語言來實現慮擬境界的構建，最后在不超出結構力學要求的范圍內對整墻、柱、梁的比例、數量、截面形式和排列方式等因素進行調整，通過這種方式可以將看似枯燥的建筑結構突然展現出豐富多彩的表現力。而當學生能夠認真地處理每一個梁與柱、柱與柱、柱與墻等等之間的關系時，建筑結構就會像變成了活的東西一樣。

（二）展示三維空間

三維空間指的是按照歷史資料在過去曾經真實地存在著的或者是在現實世界里仍然存在著的空間。在進行建筑設計的教學活動時，學生需要借助三維空間加深對概念及知識點的理解，但是往往受到各種條件的局限，讓學生進入到這些空間里往往是無法實現的，所以以往的教學過程中，只能借助老師的詳加描繪以及學生的想象能力，幫助學生在大腦中進行虛擬空間的模擬，這種方法會受到學生知識結構及想像能力的局限。

但是如果利用了虛擬現實技術，不僅可以幫助學生在腦海中構建相應的三維空間，還可以實現讓學生看得見、聽得見甚至摸得著的體驗。由此可見，基于虛擬現實技術的情景教學法是別具一格、獨樹一幟的，可以說是對傳統教育模式的一種變革與挑戰。

（三）虛擬場景的構造

所謂的虛擬場景是指把現實生活中可能會出現或者曾經出現的場景在不同的時間或空間內，利用虛擬現實技術加以實現。在傳統的教學過程中，創設建筑設計的學習場景只可以利用老師所準備的圖片課件，要么就是錄像資料甚至老師的言語進行展示，學生處于一個被動學習的地位，特別是有些情境老師的描述與學生的理解有可能大相徑庭。

倘若采用虛擬現實技術，使學生進入到虛擬的圓明園，讓他們自己主動去游覽這個恢弘園林當中的樓、閣、亭、臺、堂、榭、房、舫、館、軒、齋、園廊等總共十二種的建筑形式，而后再對照教科書的內容，其授課效果顯然會比較好的。一旦有條件來采用沉浸式的虛擬現實技術，讓學生通過頭盔顯示器，來面對虛擬的塔、墻、橋等中國風格的建筑，使其在身臨其境的過程中掌握園林營造的效法自然的基本理論，對圓明園的布置及構思進行印象深刻的感知和感受，例如其所用到的陪襯、比較、位置的相對性、外觀以及空間的相對性和深度排列，此外還有整體建筑的設計理念，比如“隔景”、“分景”、“借景”等，這些都是在以往的課堂中無法實現的功能。

（四）進行虛擬實驗

普通的學校在現有條件下，有很多實驗是根本都不可能做的，比如全年采光實驗及天然光的導光系統實驗，同事還有些實驗則是不能給學生做的，比如高層建筑的玻璃幕墻防護沖擊波的實驗。另外在教學中不可避免的會用到很多實驗器材、培訓器材，這些器材的價格有可能很昂貴，那么對于其普及率也有著一定的限制。

但是如果采用虛擬現實技術，那么就能夠有效解決實驗效果與實驗條件之間的矛盾。同時借助虛擬現實技術可以利用多媒體計算機技術建立起一個虛擬實驗室，學生進入虛擬實驗室的過程可以借助不同的路線來實現，那么其就可以以身臨其境的感覺來操作虛擬儀器。同時，操作結果信息還可以通過交互式的多媒體向學生發出反饋，使得學生可以參考這些信息，來判斷自身的操作設計是否符合規范。這種實驗方法無需消耗器材，更不受場地、空間等外界因素的影響，并且可以重復操作，直到滿足建筑設計的要求。虛擬現實技術下的實驗室還具備一項非常顯著的優勢，即其安全性，不會由于學生的操作事故而發生人身事故等問題。

二、結束語

隨著計算機技術日新月異的發展，虛擬現實技術也慢慢的走進課堂，走進建筑設計教學中。在虛擬現實技術所營造的教學情景中，學生會產生身臨其境的感覺，使得相對抽象的建筑設計教學可以以直觀、生動的形象展現出來。不過由于虛擬現實技術發展的時間相對較短，因此在技術的應用方面還存在著許多問題，而這也嚴重制約了其在建筑設計教學當中的普及應用。當然，隨著虛擬現實技術的繼續進步和飛躍，這種新的建筑設計教學媒體必將被廣泛地應用開來，而當虛擬現實技術在建筑設計教學中真正普及時，也一定會使教學方式隨之產生翻天覆地的變化。

參考文獻：

[1]林琳.虛擬現實技術在建筑設計教學體系中的應用[J].電大理工,2008(01)

[2]羅小華.虛擬現實技術應用于建筑設計類課程教學初探[J].高等建筑教育,2009(06)

[3]楊震,朱健江.建筑設計中的虛擬現實技術應用前景[J].科技廣場,2008(10)

[4]劉烈輝.虛擬現實技術與建筑設計[J].南方建筑,2006(02)

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【關鍵詞】虛擬仿真技術；建筑工程；施工

近年來隨著社會經濟的不斷發展，計算機技術也開始普及，并在建筑工程中得到廣泛應用，促進了管理水平與施工技術的提高，對施工科學的進步與發展也起到了非常重要的作用。現階段建筑施工中主要應用的軟件系統有CAD輔助系統、智能管理系統以及辦公自動化系統等等，這些計算機技術的廣泛應用對傳統施工理論是一種改造與發展，同時也為傳統的施工方法帶來了新的理念，目前在建筑施工過程中應用虛擬技術已經成為可能，通過虛擬技術的應用，建筑施工將會創造更大的經濟效益與社會效益。

一、虛擬仿真技術在建筑施工中的應用

虛擬現實技術主要結合了計算機方針技術、計算機圖形技術以及現實技術等多種學科的優勢于一身，使人機交互對話成為了可能，為其提供了更加真實、直接的三維界面，同時還在多維的信息空間中搭建虛擬的信息環境，用戶在使用時會產生一種身臨其境的感覺。虛擬現實技術一方面結合了仿真技術的優點，另一方面為用戶提供更加真實的環境效果，在很多領域中都有非常廣泛的應用。

仿真技術是基于系統動態模型的一種實驗方式，具有經濟性與安全性的優勢，在很多領域中都有廣泛的應用，例如航空航天、電力、交通等等，此外，在煤炭、化工等領域中也有很好的應用。

二、虛擬仿真系統在建筑施工中應用的意義

虛擬現實技術主要指在工程施工過程中對施工進行模擬，首先需要在施工之前掌握各種構建在結構中的相互關系即相對位置，在實驗中通過多種方法，對工況應力進行計算，使方案得到優化，其產生的意義主要可以從以下幾方面進行探討。

（一）優化施工方案

在建筑工程施工過程中，施工組織、施工方法的選擇都要建立在一定的施工經驗基礎上，從這一方面來說具有一定的局限性。與此同時，現代建筑都具有鮮明的個性，所以施工就不能完全重復，虛擬仿真技術的使用可以在方案中將施工組織與施工方法科學、直觀的展示出來，并將方案的對比定量完成，這對于方案的優化是非常有利的，促進了最有施工的真正實現。

（二）引入新的施工技術

虛擬仿真技術在工程施工中的應用可以最大限度的降低技術人員對施工工藝進行試驗的成本，幫助施工人員革新思路，同時還可以將新技術的成效完美的展示出來，大大縮短新技術的引入與推廣時間。

（三）施工管理更加便利

施工仿真技術可以對施工全過程進行事先的模擬，在模擬的過程中就可以將施工管理中容易出現的安全、質量等隱患及時找出來，并采取相應的措施對這些隱患區域進行強化，使施工現場的管理效果及施工質量得到明顯提高。

（四）便于進行安全生產培訓

施工虛擬仿真技術可以將施工過程情況直觀的顯示出來，有了這種技術的幫助，操作人員就可以更加全面的來哦接操作流程，做到優質的完成工程施工任務。

（五）大型工程設計

施工虛擬仿真技術可以對設計是否合理進行考察，從而可以更好的修改擬改進部位，獲得的設計效果將會更加令人滿意。同時，設計的方針對設計單位與施工單位以及業主之間進行設計交底也是非常有利的。

（六）建筑市場管理

在招標過程中，施工虛擬技術可以直觀的對比各方的成效，評標的公正性與透明度因此得到增加，這對建筑市場的規范性管理是非常重要的。

（七）其它方面

施工虛擬仿真技術的開發一定會帶動虛擬現實技術的廣泛應用，應用到建筑業的其它方面，并充分帶動城市規劃的優化和虛擬現實技術的發展。

三、建筑施工中虛擬仿真系統的研究與應用前景展望

（一）應用現狀

現階段虛擬現實始終作為一門新興科學而存在，虛擬建造直到現在也沒有得到一個十分明確的提法，現階段的研究主要集中的理論、研究以及系統的層面上。

（二）應用展望

仿真技術是否可以在建筑施工領域中得到廣泛引用，主要取決于仿真軟件及計算機硬件的發展，現在虛擬仿真技術在工程施工中存在的問題主要有：1）虛擬仿真系統的開發及應用對硬件的要求比較高，而且要在專用的實驗室或工作站中進行，進行系統開發時需要投入大量的人力和資金，同時演示過程中還會受到設備的限制，移動起來也不是很方便。2）在開發單項工程時，需要用到從國外進口的VR軟件平臺。因為現在工程施工中幾乎沒有成型的虛擬仿真系統軟件，所以需要開發一個新項目，這需要較高的成本，開發出的系統應該是專用的集成型的軟件系統，從而為單項工程的開發奠定堅實的基礎。3）現階段我國的一些建筑集團已經建立了屬于自己的設計研究院，這無疑為施工企業技術人才的培養創造了有利條件。

目前我國一些施工企業洪的技術人員已經具有非常高的技術研發能力，很多建筑施工集團已經成為施工軟件研發的主力軍。另外，一些高校和科研機構也開始極力開發工程施工中涉及的技術軟件，在工程實踐等方面對集成控制等技術進行積極的探索與引用。真個工程施工領域中的計算機輔助軟件正在逐步形成，并為人工智能理論與方法的推廣奠定了基礎。

隨著仿真技術應用的領域越來越廣泛，相關軟件也取得了突飛猛進的發展，同時新的仿真平平臺、計算方法以及編程技術將會體現出更好的可擴展性，并在多種領域中得到應用。此外，對仿真系統進行的微機化探索在在不斷發展之中，并已經取得了一定的成效，這為虛擬現實在微機上的應用成為了可能。通過對集成型、通用性施工軟件的開發，一定會加快軟件的普及速度，并使單項工程的開發成本得到降低。

結語：

綜上所述，目前高新技術已經開始日益發展，建筑也一定要勇于創造，積極吸納新技術，從而促進工程施工技術的不斷發展，為現代化的實現創造條件，這成為建筑工程施工企業適應激烈的市場競爭的重要途徑。

參考文獻：

[1]杜曉剛. 虛擬仿真技術在建筑施工中的應用分析[J]. 中華民居，2011，（6）.

[2]鄭亞文. 虛擬仿真技術在建筑施工中的應用研究[J]. 施工技術，2009，（12）.

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[關鍵詞]建筑文化遺產　虛擬現實　藝術性

建筑文化遺產虛擬現實是指運用數字化技術――主要是虛擬現實技術，通過計算機對古代建筑、遺址、文物等進行復原、仿真、再現、展示和保存，是科學技術與藝術的完美結合。作為一個全新的數字化作品，如何盡可能的“真實再現”古代建筑及其所蘊涵的藝術、文化信息，除了技術上的實現之外，如何運用藝術手段來表現以增強作品的藝術性進而提升作品表現力是目前建筑文化遺產虛擬現實研究中關注的課題。

一、虛擬建筑文化遺產的現狀分析

1、“重技術”、“輕藝術”

由于數字化技術較為尖端和超前。“目前的虛擬現實研究大部分集中在開發、制造引人入勝的VR系統所需的技術上，多數大學的VR課程由計算機系開設”。“把建筑文化遺產當作自己研究領域的素材”、“強調虛擬現實技術的開發”、“忽視藝術家表現作用”，使得國內建筑文化遺產的數字化虛擬再現工作主要由計算機方面的專家承擔。他們認為：只要依靠計算機技術“忠實”的“記錄”下建筑文化遺產原本的造型、色彩、圖案信息就夠了，不能添加任何的主觀理解和感受。

計算機方面的專家一般不具備應有的藝術修養和美學素質，很難從審美的高度上去考慮虛擬建筑文化遺產的藝術表現問題。他們往往單純借助如數碼拍攝和三維掃描等高科技工具、從技術的角度去“抄”建筑文化遺產，忽視了獲取真實的圖像資料、三維模型與表現建筑藝術的區別。而藝術家、人文學家雖然有很高的藝術修養和美學素質，但一般缺乏應有的編程技巧、理性思維，無法直接參與此項工作。這就導致了目前數字化技術的運用和建筑文化遺產虛擬再現的藝術性出現了脫節，致使目前研究角度大多停留在各種算法的實現上。所以目前很多虛擬現實作品“生硬的畫面、蹩腳的操作、毫無趣味的漫游，使得VR的實際效能遠遠低于“虛擬現實”這個詞所帶給我們的想象。”為增加作品的藝術性、真實性和觀賞性，虛擬建筑文化遺產下一步應該更加重視藝術表現的作用。

2、光影缺乏真實性

光影是塑造空間的重要手段，虛擬現實的“現實”除了要有準確的模型，還要有真實、豐富的光影。陽光在建筑藝術中的作用很早就被建筑師所重視：古希臘的神廟、中世紀的教堂、我國古代宮殿建筑以及民居等都注意了光影所產生的明暗對比、虛實變化。而通過計算機編程實現的虛擬現實作品在“三維陰影生成技術卻顯的無能為力”，只能使用二維平面模型模擬物體的陰影。這樣的作品既不能表達現實空間中虛實變化多樣的陰影，也不能表現物體受光之后各個表面之間光子的相互反彈，無法準確的反映出空間的環境色彩。

3、忽視環境藝術的處理

建筑文化遺產包括建筑物，更包括其周圍環境。但是處理山體、樹木、水等環境，需要計算海量的信息，需要配置極高的電腦設備，不然就會影響作品流暢的運行。所以目前的虛擬現實作品大多只注重主體建筑的虛擬再現，而忽視周邊環境的襯托。建筑物因此顯得孤立、與環境不協調。塑造真實感強、更加完整的虛擬建筑文化遺產，空間環境的藝術處理也是目前面臨的首要解決問題。

二、虛擬建筑文化遺產藝術性

虛擬建筑文化遺產不僅僅是一項工程技術，也是一種全新的數字化藝術。它的發展方向和最終目標是向人們既真實又生動地展示建筑遺產的藝術魅力。古代建筑是人類文化的優秀遺產，是文化的歷史豐碑。中國藝術研究院研究員蕭默說：“文化是藝術的內涵，藝術是文化的外化。”丘吉爾說：“人塑造建筑，建筑也塑造人。”世界上諸多建筑遺產都是各國文化的外化――人造的城市締造了自己的獨特文化，有自己的語言體系：阿拉伯的拱券，中國的曲線屋頂，法國的芒薩屋頂等都構成了本民族(地域)獨特的表述和交互手段。

虛擬建筑文化遺產的“藝術性”是指運用數字化技術手段再現歷史建筑的同時。通過對建筑結構、材質色彩、光影、空間環境的藝術處理，完美表達出傳統建筑的審美特征、審美意境，使傳統建筑更加富于感染力，更好地傳達出傳統建筑的文化精神。同眾多的傳統和現代的藝術形式一樣，藝術的處理在虛擬現實技術應用過程中起著重要的作用。

構建虛擬建筑文化遺產不僅僅是虛擬現實技術的問題，更涉及到了建筑遺產的藝術性表現問題。虛擬建筑文化遺產的感染力不應該隨著時間的流逝、因為技術的更新而減弱，它的感染力也不僅應該達到、而且要“超過”真實，這也是數字化虛擬現實技術作為一種全新手段對建筑文化遺產闡釋的真正意義和魅力所在。所以不能一味地強調在數字技術上滿足于對建筑文化遺產的描摹，否則就會忽視虛擬建筑文化遺產創作過程中藝術的處理，也就不足以體現作品“真實性”，生硬的畫面必然缺少了真正能夠打動人的因素。因此建筑文化遺產的虛擬再現不能只寄希望于程序員對新技術的開發和運用。這個工作要創造的不是一批批隨著時間的推移、設備的更新和軟件的升級而失去了價值或者被淘汰的作品。作品能否經得住時間的考驗?首先應該明確的是：作為全新的數字化藝術，建筑文化遺產的數字化過程單純的依靠技術手段“抄”一個“所謂真實”的建筑是不夠的。

研究當今國內外一流的、優秀的虛擬遺產項目之后，我們還是不得不面對這樣一個現實：場面輝煌、視覺強烈的畫面背后往往是強大的藝術魅力。藝術是永恒的，“作為人類審美創造的藝術世界，不論是側重再現的，還是側重表現的，都是一種藝術的再創造。”虛擬建筑文化遺產這個作品最終的高度和深度取決于藝術家的美學素質、藝術修養和藝術創造力，而不是技術本身。十九世紀的歐洲畫家如果沒有藝術靈感，即使有了光學理論的發展，也不會產生印象派的偉大藝術：沒有柯布西埃、密斯等先驅，即使有了機器大生產，也是不會產生現代建筑的：同樣的道理構建的虛擬建筑文化遺產，作品的藝術性無可爭議的應該作為最終追求的目標，藝術家的創造力、想象力和表現力是這個工作的最大資本。

三、藝術家、人文學者參與虛擬建筑文化遺產工作的必要性

虛擬建筑文化遺產的藝術性、創造性和想象性是作品真實性的保證，也增加了作品的觀賞性，虛擬遺產和真實遺產的差異，這些共同決定了藝術家和人文學者的參與“虛擬建筑文化遺產”建設的必要性。從長遠角度來看，隨著時代的發展和人們對虛擬建筑文化遺產藝術性的追求不斷提高，在建筑文化遺產的數字化虛擬再現這個工作中投入的最大的資本不是計算機軟硬件，而是藝術家的創造力、想象力和表現力。

“虛擬現實之父”、美國科學家lvanSutherland博士對虛擬現實做了最早的研究，1965年他在“The ultirmate Display”(終極顯示)論文中首次提出了包括有交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現實系統的基本思想，他指出由計算機生成的虛擬世界，應該是“看著真實，感覺真實”。這里的“感覺”，淺層意思可以理解為觸覺、味覺等等。但其深層意思卻告訴了我們什么是虛擬現實的重點，那就是虛擬現實的“真實”最終是感覺的真實!

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關鍵詞 虛擬現實技術；博物館；技術應用

中圖分類號 TP391 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0110-01

1 虛擬現實技術

虛擬現實技術（簡稱VR），又稱靈境技術，是以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。將編輯好的三維數據輸入到虛擬現實軟件的程序中，然后用直觀的方式將信息展現到人們眼前，使人們能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，讓人們可視、可知、可感，甚至是可嗅。

虛擬現實技術可跨越地域的限制，將人們無法親臨的景物呈現在人們的眼前，更可直觀的剖析很多無法拆卸和展示的事物。使人們更深入的了解事物的本質和內涵。

2 虛擬現實技術的應用

虛擬現實技術已經廣泛應用在我們生活的各個角落。應用在商業上，可以縮短開發周期，減少投資費用。應用在醫學研究上，可以數字化人體結構，虛擬手術過程，很好的解決了人體實驗對象資源匱乏的問題。應用在娛樂行業，虛擬滑雪場、4D電影等更是豐富了消費者的娛樂生活。

現在虛擬現實技術更進一步深入到了教育行業。虛擬校園、虛擬教學、虛擬博物館的出現，改善了傳統語言教學的略顯枯燥的教育方式。使人們更直觀、更深刻的獲取知識信息。

3 虛擬現實技術在博物館中的應用

博物館是人們學習知識、參觀文物、感受文化的地方，其社會意義強、教育功能直接，國家重視博物館建設，主張更多的博物館向社會開放。把虛擬現實技術應用到博物館中，不僅能夠加強博物館的社會功能和教育功能，同時也為博物館新的運作模式提供了可實踐的方式，轉變傳統博物館隨走隨看、走不到看不見的情況。故宮文化資產數字化應用研究所利用虛擬現實技術制作了四部大型虛擬現實作品，利用虛擬現實打造的互動展示、自主選取視角等技術，讓人們感受到了虛擬現實博物館的奇妙。

虛擬現實技術可以應用到博物館數字技術的各個層面，它可用于館內展品和古建筑的數字展示與數字保存、也可用于展品和古建筑的虛擬修復與文化遺產監測、還可用于博物館展品隨展以及博物館之間的展覽合作。虛擬現實技術應用到博物館中意義重大，能夠在保護文化遺產不受損害的同時，更好的滿足觀眾和游人的參觀游覽需求。

3.1 基于文物保護目的的虛擬現實技術應用

基于文物保護的目的，博物館內的展品都收藏在展柜中，受到展柜空間的限制，觀眾無法近距離觀看展品細節，也看不到文物被展柜遮擋的部分，虛擬現實技術解決了這一難題。它將文物的信息利用計算機數據化展示，逼真的呈現在觀眾面前。更可外接感應終端，模擬文物形態、重量等外部特征。觀眾可通過對感應終端的操作，實現對虛擬文物的旋轉、放大縮小等操作。從而實現了真實文物無法提供的新穎的交互式參觀模式。

3.2 基于古建筑保護與內部展示的虛擬現實技術應用

基于古建筑保護的目的，很多時候，觀眾只能在圍欄外或者隔著玻璃參觀古建筑內景，受到室內光線和參觀距離的限制，室內陳設模糊不清，往往無法達到理想的參觀效果。虛擬現實技術引入后，可將文物古跡用數字化形式展現給觀眾，故宮博物院出品的《天子的宮殿》系列大型虛擬現實作品可帶領觀眾在太和殿、中和殿、保和殿、養心殿和倦勤齋等實際游覽中無法進入的著名宮殿建筑中無憂暢游，讓觀眾零距離觀賞宮殿內部陳設和古建筑原貌，在保護文物古跡不被損傷的同時滿足了人們的求知欲。

3.3 基于文化內涵展示的虛擬現實技術應用

內涵是指事物內部包含的實質和意義，在眾多博物館中文物古跡中蘊涵的是中華上下五千年的歷史積淀。利用虛擬現實技術可以將文物古跡背后的歷史背景、宗教文化、傳統制作工藝等文化內涵傳達給觀眾。利用虛擬現實技術的特點，將這些文化內涵形象化、具體化，并配合動畫、解說等后期效果，帶給觀眾超越視覺感受的文化體驗。

3.4 基于博物館合作的虛擬現實技術應用

隨著我國國際地位的提升，越來越多的外國友人了解并癡迷于中國的傳統文化。我國各大博物館也與許多國際知名博物館建立了友好的往來關系。在共同探討研究相關文物保護知識，交換展覽展示經驗的同時，博物館之間會定期舉辦專題性的借展展覽，以此來滿足廣大觀眾對異國文化的渴望。但是受到時間、距離以及相關條例的限制，每次參展的文物等級和數量都受到嚴格的控制，大型展品和宮殿建筑更是無法參展。虛擬現實技術掙脫上述種種束縛，它能將不可移動的宮殿建筑帶到展覽現場，也可以把宮殿建筑的建造過程和文物的制造工藝以交互式方式傳遞給觀眾。虛擬現實技術在隨展中的應用豐富了借展內容，把更多的知識信息帶給觀眾，吸引了更多參觀者，更好的完成了博物館文化傳播的社會職能。

3.5 基于文物虛擬修復與數據保存的虛擬現實技術應用

光陰荏苒，博物館中的大量文物古跡都出現脆化、脫色、剝落等現象。保護和修復這些文物古跡也是博物館日常工作的重中之重。利用虛擬現實技術可以數字化記錄文物古跡的現實狀態，跟蹤監測受損程度，還可以制定出相應的虛擬修復方案，預先模擬修復過程，檢驗修復技術和手段的可行性，從而避免直接人工操作帶來的不必要的文物損傷。同時，這些高精度的數據可以保持起來，以便日后開展更精密的研究工作。

4 總結

虛擬現實技術的發展前景十分樂觀，它在博物館界的應用也會越來越廣泛，越來越深入。它能更好的發揮博物館的社會功能和教育功能，不斷為博物館的發展注入新的活力。

參考文獻

[1]呂曉剛.從文化遺產地的表象還原到內涵表達[J].中國傳媒大學出版社,2012.

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【論文編號】1671-7384（2017）06-0056-03

教育部在2003年首次頒布了《普通高中技術課程標準（實驗）》，技術教育正式被納入普通高中教育范疇。通用技術課程作為一門全新的、高度綜合的技術課程，定位于培養孩子善于觀察、動手實踐，并從生活中捕捉和發現實用型新技術應用于生產生活的學科。2016年9月，教育部提出了全面發展學生的核心素養。其中明確指出通用技術學科的核心素養為：技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力。要求學生通過該課程的學習，能夠學會或掌握通用技術的基礎知識和基本技能，掌握技術及其設計的一般思想方法；具有一定的技術探究、運用技術原理解決實際問題以及終身進行技術學習的能力；形成和保持對技術學習的興趣和學習愿望，具有正確的技術觀和較強的技術創新意識；養成積極、負責、安全地使用技術的行為習慣，發展初步的技術能力和一定的職業規劃能力，為迎接未來社會挑戰、提高生活質量、實現終身發展奠定基礎。

隨著科技的進步，教育教學的技術和手段也在不斷發展和豐富。傳統的教學方式和手段已經無法滿足通用技術課程核心素養和課程目標的要求，因此，適時引入新的教育技術手段是十分必要的。本文將虛擬現實技術與通用技術課程內容相結合，以實際教學中對我國古代經典結構的賞析為例，討論如何實現兩者的深度融合，以解決傳統教學方式的弊端。

虛擬現實的定義與功能

1. 虛擬現實的定義

虛擬現實的英文名稱為Virtual reality（簡稱VR）。Virtual意味著用戶感知到的世界并非真實的，而是由計算機技術虛擬生成的；reality一詞的含義是現實，泛指存在于真實世界中的各種事物。兩個單詞合起來稱為虛擬現實，也叫靈境技術。美國是最早進行虛擬現實理論和應用研究的國家。80年代中期，我國開始引進VR技術，并作為國家重點研究項目進行研究。北京航空航天大學計算機系是對VR技術進行研究的權威單位之一，在虛擬環境中物理特性的表示和處理、虛擬環境網絡設計等多個領域取得良好發展。

目前，虛擬現實系統主要分為4種，即桌面式、增強式、沉浸式和網絡分布式虛擬現實系?y。篇幅所限，本文主要介紹的是沉浸式虛擬現實系統，是將圖形工作站和交互設備連接，通過聲音、力與觸覺等方式，利用2面投影墻，有效地屏蔽周圍現實環境，使得學生完全沉浸在虛擬世界中。

2. 虛擬現實的功能

虛擬現實系統的功能非常豐富，本文中所涉及的功能主要包括展示介紹功能、部件拆裝功能和軌跡動畫功能。

（1）展示介紹

虛擬現實系統的主要功能就是為觀察者提供身臨其境的真實體驗。系統中的古建筑與結構案例向學生展示了我國古代的經典結構設計的過程，介紹了榫卯和斗拱等結構的部件名稱和使用方法。讓學生有極為直觀的感受。

（2）部件拆裝

虛擬現實系統可以對案例中模型的不同零部件進行拆卸和組裝。這一功能可以讓學生了解和體驗結構設計和搭建的方式，有針對性地觀察經典結構不同組成部分的位置和比例，從而幫助學生從技術角度欣賞到結構的強度和穩定性。

（3）軌跡動畫

軌跡動畫是虛擬現實系統的獨特之處，古代建筑案例中的建筑可以將建筑的整個建造流程以動畫的形式展現在學生眼前。特別是椽和柱的搭建順序、榫和卯的契合方式以及斗和拱的承重分配。

虛擬現實與通用技術課程設計

1. 課程目標

《經典結構的欣賞》是高中通用技術必修2第一單元結構與設計第四節的內容。學生經過之前的學習對于結構的定義、類型、方向與穩定性已經有了很好的理解，并實際動手設計過簡單的結構。本節課的課程目標是學會觀察結果的實用性和美，以及能夠從技術和文化角度欣賞并評價典型結構設計的案例。要求學生能夠從結構的功能、強度、穩定性、創新、成本和工藝等角度，對結構設計的優缺點進行評析。還應該具備從歷史、民俗和審美等角度欣賞典型結構設計的能力。重點需要觀察結構是如何在實現基本功能的同時兼顧其他功能，欣賞獨特結構的材料運用，以及經典結構所傳遞的文化信息、時代特征和民族特征。

2. 課程設計

通常情況下，《經典結構的欣賞》傳統教學方式包括展示經典結構的圖片資料或視頻資料，介紹經典結構的歷史背景和建造過程，有些老師還會根據自身掌握的專業知識向學生拓展一些建筑的基礎理論。讓學生對于我國古代的經典建筑進行思考、討論和評價。

借助虛擬現實技術，教師可通過現有的建筑結構案例帶領學生進入虛擬建筑的內部，了解整個建筑的結構。也可以通過虛擬現實系統的部件拆裝和軌跡動畫功能模擬結構設計和搭建的整個過程，給學生帶來身臨其境的體驗，從而激發學生的學習積極性與探究欲望。課程設計流程如圖1所示。

首先，用虛擬現實系統中的“永城殿”案例來引入課程，帶領學生體驗經典結構的魅力。使用虛擬現實系統向學生展示保留最完整的古代殿堂，由外而內地介紹每一個部分，包括結構的構成與裝飾花紋的寓意。讓學生對于整個建筑的結構進行整體的欣賞。在欣賞的過程中，教師適時提出問題，要求學生記住該案例最吸引你的地方。

然后，學生就老師提出的問題進行分組討論，記錄并匯總答案。學生帶著問題的欣賞是非常有針對性的，不僅可以激發學生的學習興趣，同時還可以對自己印象深刻的內容進行描述和思考。教師對于分組討論的結果進行歸納，并引導學生提出評價建筑的角度。

接下來，打開虛擬現實系統中的“結構建筑”案例，展示“大木作”“轉角斗拱”“柱間斗拱”和“柱頭斗拱”，如圖2所示。在進行虛擬展示的過程中向學生介紹榫卯結構和不同類型斗拱結構的理論知識與歷史背景，幫助學生切實體會斗拱的構成方法和受力方式、認識榫卯結構的使用功能和不同種類。使用部件拆裝功能將整體結構進行分解，讓學生直觀地了解“什么是斗，哪個是拱”，充分體驗“何為榫卯，怎樣連接”。與此同時，可以使用軌道動畫的功能向學生展示古代建筑結構的虛擬搭建過程，幫助學生了解結構搭建的順序。體驗完畢后，學生從技術和文化兩個角度，針對之前歸納的經典建筑評價體系做出討論和修改，并在教師的幫助下形成最終的評價標準。

最后，學生欣賞“故宮全景”案例，根據經典結構評價標準對故宮內的宮殿和涼亭等經典建筑結構進行評價。教師對學生的評價做出點評，同時總結本節課的知識點，強調經典結構評價標準的使用方法。

3. 技術手段

沉浸式虛擬現實系統最大的特點是可以為40名學生提供同步的教學講解和展示，且由于使用洞穴式的屏幕布局，能夠有效避免其他真實環境的干擾，現實感極其強烈。在展示的過程中，教??操作手柄和主視角眼鏡介紹和展示案例中的知識點。在動手實踐環節，學生可以輪流進行操作體驗，觀看結構組成部件、練習拆卸和裝配、實現軌道動畫的虛擬過程。虛擬現實技術作為本節課的技術支撐為學生帶來了身臨其境的真實體驗。通過三個虛擬案例，將經典結構的組成部分和搭建過程展示給學生。

4. 評價與反思

將虛擬現實技術應用到通用技術課前后對比，教學效果反差十分明顯。筆者作為通用技術一線教師感覺非常強烈。傳統教學過程中，教師使用多媒體技術激發學生學習興趣的有效性越來越差。在信息過載的現代社會，學生每天接觸各種形式的多媒體信息多如牛毛，且大多數以娛樂為主。因此，以介紹知識為主要內容的多媒體信息很難吸引學生的眼球。

使用虛擬現實技術三個內容不同卻又主題相關的案例進行教學，能夠最大程度地確保學生有持續的課堂關注度。在引入環節使用“永城殿”案例，能夠激發學生的學習興趣和探究欲望，從技術角度和文化角度讓學生有非常感性的認識。教師提出如何對經典結構進行評價的問題，讓學生思考。“結構搭建”案例讓學生持續關注結構搭建，并細致了解我國經典結構搭建的技術過程和歷史文化，實踐動手進行虛擬搭建。通過小組討論的形式嘗試建立經典結構評價體系。“故宮”案例讓學生根據自己提出的評價體系對我國經典建筑進行評價，鞏固所學知識。整個過程以學生探究式學習為主，教師引導式教學為輔，真正實現探究式學習。

討論與展望

虛擬現實技術作為新興技術能夠最大限度地激發學生的興趣、引發他們的關注。虛擬現實系統提供的3D效果和真實感能夠抓住學生的興奮點，從而保證他們對所學內容的持續關注。讓學生在不知不覺的真實體驗中了解知識，理解和掌握所學內容。與此同時，虛擬現實系統還能夠為學生提供現場虛擬實踐的機會，讓學生能夠學有所用、融會貫通。

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關鍵詞：平頂山學院 數字虛擬校園 漫游

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）02-0122-01

1 引言

近年來，隨著虛擬現實技術和城市數字化建設的雙層推動下，河南省以鄭州市和平頂山市為代表首先實現了城市數字化，在此大背景下研究數字虛擬校園就尤顯得重要。將數字虛擬技術應用到高校校園中實現漫游項目，是高校師生共同的愿意。筆者作為平頂山學院的一員軟件專業學生有責任也有義務為實現這一理想，做出應有的努力。

數字虛擬校園漫游在國內的研究始于1996年，由天津大學率先開辟了我國高校數字虛擬校園漫游的先河。隨后國內一流的大學清華大學、北京大學、浙江大學、香港理工大學、香港中文大學、西南交通大學、中國科技大學、同濟大學、上海交通大學、中央廣播電視大學遠程教育學院等著名高校，都利用虛擬技術實現了校園漫游，利用虛擬技術通過網絡實現了著名大學校園、校貌游客的瀏覽以及教學資源的共享。

2 虛擬現實技術與虛擬校園

虛擬現實是Virtual Reality的直譯，可對它簡稱為VR。這項技術是計算機技術、圖形圖象技術、人工智能技術、傳感交互技術的融合體，利用計算機軟件來模擬出逼真的3D效果。

虛擬現實有三個基本的特征：（1）交互性。交互性是虛擬現實的基本屬性，用戶可以通過鍵盤、鼠標、電光筆等工具與虛擬出來的軟件環境進行交流，使瀏覽者就象是身臨其境一樣，軟件環境與人成為一體。（2）多觸感。虛擬現實軟件將以聽覺、視覺、觸覺等多種感觀來觸發人的身體，增進逼真性。（3）將使用者放置于被虛擬的環境中，與虛擬環境中的建筑、花、草、樹木等完全一樣，成為環境中的一部分，就如同在現實世界中一般。

虛擬校園則是利用虛擬現實技術將校園中的教學、實驗環境、學校里的生活服務設備、有形資源等模擬出來，并上傳到INTERNET上，使能夠上網的用戶都可以通過網址來訪問虛擬校園，起到校園推廣和增強影響力的作用。

3 虛擬校園漫游項目系統的設計與開發

以平頂山學院新校區為研究對象，通過前期在山頂對學院全景進行攝象和GoogleEarth做出學院的全景圖，再以每座建筑為圓點，拍設者繞建筑旋轉一周取建筑的360度特征。再用3DMAX來構造校區建筑與樹木、人物模型。最后通過交互式的虛擬開發軟件Virtools進行交互式整合和碰撞檢測。

3.1 開發目標

平頂山學院虛擬校園漫游系統設計的目標是，通過瀏覽器的使用者，利用鼠標來控制游客小人，可以讓小人前、后、左、右行走，并可加速，減速。

（1）游客的視角可分為第一視角和第三視角兩種，第一視角更為直觀一些，可憑游客自己的喜好來選擇。

（2）游客對虛擬校園的遍歷也可自游遍歷或事先設好路線的講解遍歷兩種者結合。

（3）游客站在某個建筑面前，建筑將自動的進行介紹，并請您進入里面參觀（聲音與文字相結合，來沖擊人的感觀）。

（4）在學院漫游時，游客遇到物體，會有個碰撞檢測，并發出告警。

3.2 系統的開發環境

操作系統： Microsoft公司Windows 7；

圖形圖像編輯軟件：Auto CAD，Photoshop CS5；

三維建模系統：3DMAX 2010；

虛擬交互工具：Virtools；

數據庫管理系統：Oracle 11g；

Java開發環境：JDKI.318，JREI.318，JCreator。

3.3 虛擬校園漫游仿真流程圖

3.4 技術實現難點解析

3.4.1 室外建筑建模

涉及室外建筑模型，主要包括墻體造型、各類窗框造型、陽臺造型、頂層閣樓造型以及山墻造型等多種類型的結構構件。可以從正、側立面分別入手，最后進行整合來建模。

首先繪制標準層的輪廓線條，添加修改器得到墻體模型，然后通過布爾運算得到門窗洞口。標準層制作完畢后使用array工具進行陣列頂層的構造。

3.4.2 建筑貼片制作

對于門窗等有細部尺寸要求的構件，在CAD中繪出立面圖， 以eps文件格式導出。導入PhotoShop中，合并圖層，主要綜合運用幾種選區，填充，漸變，模糊和幾個特殊效果濾鏡即可制作包括Diffuse通道和Bump通道的貼圖。

3.4.3 碰撞檢測

首先我們用Z方法判斷物體爬高是否超過一定的高度，如果太高的話，則位置不變。接著，進行BUMP檢測，以判斷身體是否撞到其它物體，如果撞到則退出，沒有撞到則設置標志。

當視點與場景發生碰撞時，它的碰撞響應方式有兩種情況：后退和改變視點的高度，后退就是退回到不發生碰撞的位置，從而改變視點的碰撞狀態；另一種是改變視點的高度，就是可以用鍵盤升高或降低視點，從而越過碰撞物體的高度，使視點脫離碰撞狀態。

參考文獻

[1]謝建華，馬劍，張建茂.虛擬校園漫游設計與實現[J].系統仿真及其應用.

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關鍵詞：虛擬現實；室內設計；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0046-02

一、引言

設計對象的變化導致室內設計師角色與室內專業教學方向的變化。分析數字化虛擬現實技術在室內設計與裝潢方面的應用情況，才能更加明晰室內設計教學模式需要如何去適應這種變革，傳統室內專業設計本身具備的優勢如何與虛擬現實技術結合，設計師應如何應對快速發展的數字時代。

二、虛擬現實技術在室內設計中的應用

虛擬現實技術是一種以計算機技術作為平臺，利用各種硬件、軟件資源來實現計算機與人相互溝通和交流的手段，通過多種傳感設備使用戶“投入”到該環境中，實現用戶聽覺、視覺、觸覺甚至味覺等多感官的享受，是一種可以創建和體驗虛擬環境的計算機系統技術。巴里（Sherman Barrie）和杰金斯（Phil Judkins）把虛擬現實的特性歸納成高密度性、交互性、融入性、清晰性、直觀性。其在室內設計、建筑、游戲、醫療、教育、航空等領域有著廣泛的應用。從遙遠的古埃及文化中，繪畫工人為了室內氣氛的營造，采取在石柱與浮雕上繪制仿自然界的壁畫來實現，到今天通過虛擬現實技術來構筑場景，這是一個漫長的時展過程。美國電子游戲公司EA研發了游戲模擬人生3，在開發過程中聘請了數十位室內設計師，運用程序繪制制作了幾千種的家具組件，人們可以親自設計房屋的建筑結構模塊，完成墻體結構改造、電路重排、供水管路設計的等多方面的探索學習，還可以在室內完成家具的變換、燈光效果的測試、木地板顏色搭配、衛生潔具、瓷磚變更等來實現室內的整體及細微的效果表達。雖然缺乏對使用者的人體尺度等的考慮，但縮短了室內設計師與使用者專業距離，解決了設計者與使用者之間交流難題。

三、虛擬現實技術促使室內設計師角色轉變

虛擬現實技術、三維數據――實體轉換技術的完善和應用，使室內設計創作方式完全區別于傳統平面、立面、剖面和三維模型的室內生成模式，它將設計師創作思維從理性思維、總體性思維向非總體性思維、渾沌思維轉變，使過去難以想象逐步消除了設計師的視覺思維優勢的空間形態設計與復雜材質表現變的更加簡單而精準。隨著現代室內裝飾行業的發展，設計領域分工日趨細化，造價師、水電師、結構師等各工種設計人員的出現，使得材料造價、水電安裝與設計施工過程基本與室內設計師無關。由于社會上常以效果圖美觀與否作為評判基準，其自身的知識結構日益變得狹窄，缺乏完善的知識體系。使得設計師們只陶醉于數字技術的快捷便利網絡圖像信息的快捷傳播使室內設計的風格和內容方面變得更利于模仿與嫁接。設計師急需拓展專業領域，轉換角色職能，提高技術含量，加速科技創新。帶著中國先進設計文化思想與了解國際相關專業為主導的理念，邁向國際交流的行列是“新角色”的任務，多軌制轉變心態才能夠發展中國的室內設計事業。

四、通過虛擬現實技術支撐，室內設計教育模式發生變化

我國室內設計專業教學在課程設置、學時分配、實習實訓等設置內容上都存在著諸多問題。伴隨著室內設計領域進入了一個嶄新的時期，數字化虛擬現實技術勢必帶來室內設計的變革，相應設計學教育模式發生變化。首先，在培養方式上側重于藝術型人才培養，注重建筑與室內的整體學科關系、文理交叉、藝術與技術相結合，更為科學、合理。其次，重視運用現代信息技術，采取直觀的軟件教學方式。再次，修訂教學計劃，修改教學大綱，合理安排課程學分的分布，避免學生作業堆積，畫圖拖圖熬夜現象出現。目前數字化虛擬技術日趨強大，二維繪圖向三維化轉變，室內設計教育體制必然要改革更新，專業四年制課程學習時間應有針對性安排，不應停留在傳統室內設計教育模式。

五、虛擬現實在室內設計中的展開式實驗

在室內設計教學中，我們重點采用了VR-PLATFORM這款虛擬現實軟件來輔助我們實現教學模式的改革。室內虛擬現實設計軟件“VR-PLATFORM”通過建筑模型的建立，在居室設計中供水、重力、電力、風力等實驗進行技術上的模擬分析，數據測算和直觀的顯示，協助設計師修改方案。在東南大學成賢學院藝術本科生室內設計教學中，結合住宅方案設計，運用軟件“VR-PLATFORM”進行了科學數據基礎上的方案修改。以某小區樣板間供水系統為例，為了能夠生動并且直觀的得出室內供水、供電等設施的管路信息，可以通過建立模型、構建場景、烘焙貼圖、制作動畫等制作出執行文件，并將其導入到VRP仿真系統開發包當中，從而構建一個真實的居室供水虛擬現實系統。如圖1首先依照給水系統的CAD圖紙通過3DS MAX建立水管路的模型。通過將3D模型導入到VRP中進行優化處理及三維渲染。通過VRP-SDK所提供的對話框操作，來控制某個點位的角閥關閉以停止流水，完成管路、管接、水閥之間進行交互，有效地實現了對居室供水的操控、供水管路可視化、供水管路可控化、和供水管路可讀化。在虛擬現實技術的支持下，室內給水系統都得到了最大的優化，從而大大提高了設計人員在設計住宅或設計大型室內項目時對于給排水部分的設計的掌控程度。“設計中很多問題和錯誤的出現往往是由于考慮不周或缺乏遠見。VR使我們有可能避免這些，直至達到滿意結果。”

參考文獻：

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