VR技术在城市建筑环境设计中的应用研究

摘 要：在信息数字化时代背景下，以VR技术（虚拟现实技术）为主的先进高端技术被广泛应用到各个行业的各个领域之中，尤其是在城市建筑领域，其应用范围仍在持续扩大。设计者通过VR技术可有效提升建筑环境设计的效果，让建筑设计可通过高度模拟仿真的数字化环境生成，给人们以视觉、听觉和触觉上的良好体验。VR技术在城市建筑环境设计中的应用可更为直观立体地展现出建筑的内外部情况、建筑周围的环境、整体效果，体现出城市规划与使用者对建筑物的要求，特别是在建筑物施工所需材料、工程资金预估、工程施工环节等方面具备精确化计算作用，对于有效节省工程材料、资金、时间和劳动力等方面具有关键性指导作用。

关键词：VR技术;城市建筑环境设计;三维建筑模型

基金项目：本文系“VR技术促进环境设计发展的实践研究”（2020XJYB019） 、“广东省大学生实践教学基地”（2019SJXWSJJYJDO1）、广州商学院本科教学质量与教学改革工程项目 “新时代美丽乡村建设背景下环境设计专业相关课程设计与实践研究”（2019XJJXGG06）阶段性成果。

伴随着我国建筑领域的快速发展，当前全新的智能化设计理念应运而生，建筑设计人员的设计水平和效率均得到明显提升，而人们对建筑设计的要求也越来越多元化、复杂化，尤其是VR技术在建筑环境设计中的应用，为建筑物的使用者提供了更多良好的服务和体验。VR技术将设计者设计的建筑模型以一种三维立体的形式呈现出来，可以帮助设计者快速精准地查找问题，以便及时进行纠正和优化，从而有效弥补原来二维平面工程图设计的缺陷，提高建筑设计工作的实效性和功能性。

一、VR技术概述及其在城市建筑环境设计中的作用

（一）VR技术概述

所谓VR技术指的就是虚拟现实技术，通过VR技术，相关人员可针对每个阶段中城市环境的规划进行有效分析和设计。VR技术可详细描绘人们现实生活中的景象和未来城市样貌，利用VR技术可构建出未来城市生活的美丽蓝图，这对于提升人們生活环境质量、促进城市发展可以起到积极的促进作用[1]。

当前，我国城市人口数量快速增长，城市经济也要适应发展节奏，这使得城市管理者对未来城市的发展需求更为迫切，作为城市管理的“大臣”，他们对城市未来的发展必然会有长远规划。而通过利用VR技术，相关人员可从各个角度对城市开展全面的环境设计，促使城市能够在建筑、交通、人口和环境等各个方面形成更为科学合理的预备分配方案，继而推动城市未来健康持续发展。同时，通过VR技术，大众可站在任意角度了解城市未来规划的整体效果，这有助于提升城市管理透明度，强化人们的社会主人翁意识，帮助他们树立良好的社会责任心，让更多人积极主动参与城市设计、规划及管理工作[2]。

（二）VR技术在城市建筑环境设计中的作用

1.及时修正建筑设计中的错误

设计者在设计某个城市建筑物时需开展的工作往往烦琐复杂，难免会在设计过程中出错，出现比如建筑设计与结构说明存在矛盾或是表意不清、建筑尺寸标注不准等诸多问题。而借助VR技术的应用，则可有效降低建筑设计者的工作难度，可将城市建筑设计以三维立体模型展示出来，方便建筑设计者及时发现设计中存在的各种问题，继而进一步完善建筑设计的效果。VR技术能够提供逼真的建筑环境场景、视频观看及安全考核等功能模块，使建筑设计体验感更强，安全教育效果更明显。设计者可自行操作体验，体验效果更直接。基于VR技术的建筑设计可增强设计者的设计体验感，且虚拟场景建设不再受场地限制，可最大程度模拟真实场景下的环境设计协调性和统一性。VR技术以计算机仿真技术、人机交互技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术为基础，涉及建筑工程、工业、房地产、教育、旅游等多个领域。在建筑设计中应用VR技术，能够及时发现建筑环境中的矛盾冲突问题，作出相应指示。这样，在具体的建筑实践中就可以避免相关矛盾和冲突出现，促进建筑设计整体效果提升。此外，借助VR技术，建筑环境设计的成本也会降低，因为不需要花费更多的资源来处理矛盾问题，可以保证建筑环境工程建设更高效。

2.便于正确解读建筑设计理念和信息

通常，建筑施工者在面对专业性较强的二维或三维绘制图时，可能无法做出正确的施工操作，造成施工实际与设计形成一定偏差，严重的可能会导致后续施工无法正常开展，从而造成不必要的人工和经济损失。通过利用VR技术，建筑设计师可将要表达的设计理念与细节问题清晰地呈现给建筑施工方，比如墙体与门窗的尺寸和比例、需要采用何种材料材质等，切实达到设计与施工的高效互通。此外，VR技术的沉浸式特点可帮助设计者构建三维立体建筑模型，创设虚拟情境空间。相关的建筑参与人员均可进入虚拟空间内，以更为直观清晰的视角了解设计者对建筑物主要结构、内外部空间布局、各种设计细节的构思，继而可以详尽掌握其中的细节需求，规避施工中出现返工的现象，避免产生一些难以修复的损失。此种立体化展现使建筑施工者可以更高效、高质地达成施工要求和目标，集城市建筑适用、经济、坚固和美观于一体。

3.VR技术在建筑领域可多元应用

建筑设计者在设计建筑物时往往会面临很多矛盾性问题，当他们借助绘图和模型表现设计意图时，就可以发现并解决问题。VR技术所具备的沉浸式、交互性等特点可使建筑参与人员在参观VR设计时产生身临其境之感，他们可借助传感设备与仿真虚拟环境中的对象实现交互，这会让复杂化、抽象性的建筑设计在VR技术的支持下变得具象起来[3]。同时，应用VR技术更大的优势是，VR技术能让建筑设计者与其他建筑参与人员开展无线远程沟通，继而有效减少时间成本，打破地域和空间的局限，让建筑设计更为广域化。此外，VR设计的构想性对于设计者修整建筑设计具有非常关键的作用，建筑施工者可通过VR 技术对一些古建筑的缺失、损坏部分进行有效修补和完善，这对于现代建筑而言影响意义更为深远。

二、VR技术在城市建筑环境设计中的具体应用

（一）VR技术应用的配套设施

VR技术当中的全景技术、网络3D互动技术等都需要相应的软硬件系统作为支撑，VR技术应用在建筑设计上主要依赖于传感手套、三维立体声频装置、头盔显示器、三维立体显示系统等硬件装置，这些硬件装置组合起来才能让体验者感受到仿真虚拟的建筑环境[4]。VR 技术由功能型编程软件、三维建模软件、模型驱动系统等软件组成，设计者将设计建筑的工程信息、设计参数录入三维建模软件中，软件便能根据数据构成建筑模型和数据库。设计者对模型驱动系统发送操作指令，则可优化调整建模信息，实时显示建筑设计方案，以便跟进并随时调整模型参数。设计者利用功能型编程软件支配其他应用软件，可促使VR技术中的模型、场景、灯光和声音等实现随时转化。三维立体模型对设计结构、细节和理念等可直观呈现，模型的交付标准、各专业数据库的构建等对于VR技术软件系统的稳定性要求极高。

（二）构建三维虚拟仿真空间

应用VR技术构建立体虚拟仿真空间，首先需要采集建筑物的有关信息，如建筑平面图、立面图和剖面图，将建筑物的各角度效果以图像展现，形成建筑空间关系及参照物。通过资料的收集，借助建筑软件设计三维模型，在建模时要以满足设计要求为第一前提，在细节上无需过于严苛，尽量减少模型需求的点段数。同时，在视觉设计上也无需强求精度，避免过于追求一些重要性较低的程序而使工作效率降低。在这一过程中，可以借助BIM技术（建筑信息模型技术）构建相应的信息模型，将相应建筑环境的具体框架构建出来，呈现在用户面前，实现相应建筑环境设计的可视性、协调性和优化性。在建筑工程项目开展之初，借助相应信息模型对工程数据源进行建设，采集相应建筑环境中的所有数据信息，进行统筹管理。在工程实践中，相关参与者能够共同使用一个工程数据源，保证数据信息完全统一。相关建筑信息模型涵盖了项目全部的信息，且相关信息都能够随时获取，这有助于实现信息的有效共享，促进项目实施进度不断加快，解决信息不对称和信息孤岛问题。BIM技术和VR技术的整合以及在建筑环境中应用能够促进建筑工程工作效率显著提升，在统一集成平台中实现数据信息的协同办公，相关参与者可以在同一个平台中开展设计优化等工作。且通过VR技术构建三维建筑模型，相应虚拟数据和现实世界中的建筑环境交互，可以防止在設计操作中出现重复问题，促进设计方案有效落实，及时发现问题，以便及时进行调整优化。

随后，设计者再创建适合的灯光场景和建筑背景，将虚拟的三维建筑模型真实化呈现出来。光线在虚拟仿真环境中作用重大，因为缺乏光线就难以体现出建筑物的通透感和视觉效果，故此设计者应合理把握真实与虚拟光线的差别，摸清光线的变化对场景的影响，力求将虚拟光线表现得更真实一些。鉴于材质的设计会影响到视觉效果层面的真实性，所以设计者在设计材质时应权衡各种影响视觉的因素，比如针对视觉颜色、质感、粗糙性、反射性等问题进行模拟测试，促使虚拟场景具备更强的真实化视觉特效，使建筑模型在整体构造、空间构建等方面可展示出一种完整真实性[5]。

（三）进行互动优化设计和方案优选

将VR技术应用在城市建筑设计中，可以让设计具有原来所不具备的互动性，设计者可借助VR技术所拥有的交互性，利用计算机系统软件的优势，并综合自然条件、经济条件和社会背景因素，依据不同需求设计多种建筑方案，通过合理调整各个方案的有关信息数据，针对某些特定或局部部位予以修改，并将前后修改方案展开对比，优选出最佳匹配的方案。设计者可通过在模型中输入具体的建筑环境设计的重要参数搭建起相应的三维立体建筑环境模型，通过模型中的算法应用对相关数据进行计算，及时发现其中出现的问题，对相应内容进行优化设计，确保存在冲突的地方能够及时被解决，促进模型优化，奠定工程施工基础。而且，在深化设计的过程中，VR技术可在很大程度上减少设计中的冲突问题，使设计更为科学化。

（四）呈现建筑物的整体信息

当前用到的很多建筑设计手法并不能完整细致地显示建筑信息，然而VR 技术是以计算机技术为依托，借助计算机可将虚拟的建筑物真实化呈现在大众面前，还能给人一种身临其境的真实性感受。在应用VR技术后，一些不懂得建筑设计的人都可完全看懂建筑模型，这也可在很大程度上为建筑参与人员提供沟通的便捷高效性，为更多人参与城市建筑设计开辟路径。

（五）论证建筑施工的技术标准

一个城市建筑工程项目要完成开发建设需要有建筑设计单位、建设单位、施工单位三方共同参与，而首先必须是以设计为开端。建筑设计者在开始设计时应做好全面考虑，不但要考虑建设单位对建筑项目的要求和标准，还需全面衡量施工单位在施工技术层面的可实施性，所以针对建筑施工技术进行可行性研究和论证十分必要[6]。运用VR技术可进行模拟仿真，准确验证施工环节中是否会存有因施工技术所引发的质量及安全等问题，以便及时对施工技术进行优化调整，确保施工技术的科学性、合理性和实用性。

三、结语

VR技术是一种计算机系统技术，VR技术可利用现实生活中的数据，通过计算机构建虚拟环境，相关人员在输入设备支持下可进入虚拟环境中进行交互操作，获得在真实环境中才能获得的感受。当前，VR技术在社会各领域应用广泛，而将其应用到城市建筑环境设计中，其作用优势非常明显，已然成为如今建筑领域的重要发展趋势。通过VR技术的投入应用，所有建筑参与人员都可体验建筑仿真场景，这对于提升建筑环境设计品质、优化设计过程、控制设计成本、呈现设计效果等都有着重要的意义。尽管当前VR技术在建筑设计中的应用还存在诸多不足有待改进，但相信凭借不断的实践探索，通过进一步提高VR技术的软硬件功能，扩大其在建筑领域的应用范围，定能推动VR技术在城市建筑领域更好发展。

参考文献：

[1]李婷婷.VR技术在建筑设计过程中的应用研究[J].商品与质量，2017（33）：42.

[2]丁婧.解析虚拟现实技术在建筑设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018（20）：970.

[3]梁智杰，梁照.虚拟现实技术在城市规划中的应用研究[J].电脑知识与技术，2014（1）：391-396，398.

[4]苏志远.虚拟现实技术在城市规划设计中的运用[J].建筑工程技术与设计，2018（6）：30.

[5]孙薇.虚拟现实技术在城市环境建设中的应用分析[J].美与时代（城市版），2018（7）：49-50.

[6]毛振华.虚拟现实技术在建筑设计中的应用探析[J].美与时代（城市版），2020（9）：17-18.

作者简介：

赖伟成，广州商学院艺术设计学院讲师、教学副院长。研究方向：环境设计（室内设计方向）。