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【關(guān)鍵詞】建筑仿真;虛擬現(xiàn)實技術(shù);三維圖形

隨著計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)等高新技術(shù)的快速發(fā)展,仿真技術(shù)也得到迅速的推動,并在高技術(shù)的發(fā)展中越顯其重要作用,能夠應(yīng)用在各個領(lǐng)域。近三十年來視景仿真環(huán)境與技術(shù)發(fā)展歷程展望了視景仿真環(huán)境與技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,簡稱 VR)是指為用戶提供一種模擬現(xiàn)實的操作環(huán)境,利用計算機(jī)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(huán)境獲得身臨其境的感受,從而提高人類認(rèn)知的廣度和深度,拓寬人類認(rèn)識客觀世界的“認(rèn)識空間”和“方法空間”,最終達(dá)到更本質(zhì)地反映客觀世界的實質(zhì)。視景仿真是仿真動畫的高級階段,也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的最重要的表現(xiàn)形式,它是使用戶產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式仿真環(huán)境,實現(xiàn)了用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互。其中,作為表現(xiàn)三維視覺仿真中的建筑技術(shù)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(yùn)動是實時的,計算機(jī)呈現(xiàn)給人們的圖形圖像所表現(xiàn)的場景運(yùn)動是與人們在現(xiàn)實生活中所見的一樣,運(yùn)動節(jié)奏光滑平穩(wěn);

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(xì)節(jié)豐富、逼真,滿足人們的視覺感受,使人們產(chǎn)生身臨其境的感覺;

3、它是可交互的。允許通過鍵盤、鼠標(biāo)或其它計算機(jī)輸入設(shè)備、計算機(jī)程序?qū)ㄖg覽過程進(jìn)行實時控制,對其中的物體進(jìn)行規(guī)劃和操作。

二、建筑仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用范圍

建筑仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以表現(xiàn)大型工程漫游,展示各種擬建設(shè)的工程項目,為國際和國內(nèi)工程設(shè)遨游計投標(biāo)建立多種層次、細(xì)節(jié)豐富的虛擬模型,真實再現(xiàn)工程竣工后的情況。用戶可選擇不同路徑進(jìn)入

該項工程的任意部分;也可為已建設(shè)或正在建設(shè)的各種工程項目展示其周邊環(huán)境、內(nèi)部、固定設(shè)施的配套情況。又可以應(yīng)用于名勝古跡的仿真旅游,展現(xiàn)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(xiàn)方法

三維計算機(jī)表現(xiàn)是采用計算機(jī)模擬現(xiàn)實中的三維空間物體。在計算機(jī)中構(gòu)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(shè)計造型的運(yùn)動、變形,燈光的種類、位置、強(qiáng)度及攝像機(jī)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(shè)備,三維計算機(jī)動畫不僅可以模擬真實的三維空間,而且還可以產(chǎn)生現(xiàn)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(fā)公司 AUTODESK 繼 AUTOCAD 后推出的又一力作。該系統(tǒng)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(qiáng)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(chuàng)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(guī)則形體,如:人體、植物等。利用3D Studio MAX 中豐富的材質(zhì)和質(zhì)感,可以對整個實體或部分實體進(jìn)行顏色、明暗、色裹、反射,凹凸和透明度等進(jìn)行編輯,再通過設(shè)定物體、相機(jī)、光源和路徑來制作動畫。物體可進(jìn)行變位、旋轉(zhuǎn)、縮放、伸壓等變形,光源可為環(huán)境光、泛光燈、聚光燈,并可設(shè)置任意多個相機(jī)的位置,方向和角度,方便進(jìn)行靈活調(diào)整,在動畫實時預(yù)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(chǎn)生超乎現(xiàn)實生產(chǎn)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(xì)的模型。3DMAX軟件中豐富的材質(zhì)貼圖技術(shù)用紋理、不透明、法線凹凸貼圖、光照等技術(shù)而不是增加幾何造型復(fù)雜度來提高逼真度。用來創(chuàng)建低多邊形數(shù)的模型來簡化和減少實時應(yīng)用的程序要求。在對應(yīng)位置的多邊形表面上這樣處理可以減少模型的多邊形數(shù)目和復(fù)雜程度,提高圖像繪制輸出時的顯示速度。達(dá)到使用較少的多邊形創(chuàng)建更現(xiàn)實的細(xì)節(jié)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(jī)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(jī)可以從這些圖像里產(chǎn)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(dǎo)出器”進(jìn)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(jìn),也可拉遠(yuǎn),可上升,也可降低,視角和轉(zhuǎn)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(xiàn)】

[1]王行仁,建筑與仿真的回顧與展望,系統(tǒng)仿真學(xué)報,1999(5)

[2]徐素寧,等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬旅游中的應(yīng)用,中國圖像圖形學(xué)報,,2003

[3]楊鍵,耿衛(wèi)東,等. 基于圖像的虛擬景觀漫游. 計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報,2001 , (3)

作者簡介:

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【關(guān)鍵詞】虛擬實境 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 建筑設(shè)計

虛擬實境（也稱虛擬現(xiàn)實）是計算機(jī)與使用者之間的一種更為理想的人-機(jī)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(huán)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(xiàn)實）的定義

英國學(xué)者Jelena Petric和Tom Maver 曾經(jīng)試定義虛擬實境相關(guān)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(qū)別，是想象之產(chǎn)物；3.虛擬實境（ Virtual Reality）：曾經(jīng)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(yīng)具有以下特點。一是通過計算機(jī)生成一個非常形象的足以讓我們認(rèn)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(fā)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(tǒng)的輸出設(shè)備應(yīng)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(huán)境中可以通過跟蹤使用者的身體的運(yùn)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(xiàn)。

虛擬現(xiàn)實與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型是不一樣的，它是一個動態(tài)的世界，一個開放的環(huán)境，它可以對使用者的指令作出響應(yīng)。比如你可以拿起一根尺子就可以在虛擬現(xiàn)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(xiàn)實環(huán)境可以通過控制與監(jiān)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(xiàn)實是人們可以通過視覺、聽覺、觸覺等感受到設(shè)計者思想的一個高級界面。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念及其在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)這一名詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾（Jargon Lanier）在20世紀(jì)80年代初提出的，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。作為一項尖端科技，虛擬現(xiàn)實集成了計算機(jī)圖形技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)，它最早源于美國軍方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，90年代初逐漸為各界所關(guān)注。

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

計算機(jī)運(yùn)用ALV（Advance Lighting Visualization）語言，可以給設(shè)計者提供一個逼真的環(huán)境。目前Lightscape， 3DS MAX等這類軟件就能夠建立復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型并完成光線效果的模擬。但是這些都是靜態(tài)的。如果進(jìn)一步把場地及環(huán)境的信息輸人計算機(jī)，使用計算機(jī)處理之后，把這些因素合成在一起，就能得到比傳統(tǒng)畫圖方式要真實得多的仿真效果。

建筑設(shè)計及教學(xué)中虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用可以使設(shè)計者感受時間與空間的轉(zhuǎn)變，輸人不同的變量參數(shù)能夠預(yù)測不同種類的情況。例如變化室內(nèi)光線、溫度、及其他一些物理環(huán)境，通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以使設(shè)計者和參觀人進(jìn)行交流和評價。

（一）設(shè)計方法

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計基本上是采用二維的繪圖和簡單的實體模型來表達(dá)三維的空間，但是真實的建筑是三維及其環(huán)境組成的。所以這種方法一直制約著建筑師和建筑學(xué)的發(fā)展。

使用計算機(jī)技術(shù)在虛擬空間中建立的三維數(shù)據(jù)模型，可以從各個角度觀看、研究，而且可以快速、真實地表達(dá)各設(shè)計要素，如材質(zhì)、光線、高度、比例等，有利于設(shè)計者進(jìn)行推敲和修改。

（二）設(shè)計成果

傳統(tǒng)的設(shè)計成果主要是以圖紙來以及實體模型、動畫來表達(dá)。而計算機(jī)的應(yīng)用則創(chuàng)造了新的成果形式：模擬空間數(shù)據(jù)。這種方式所傳遞的信息大大多于傳統(tǒng)方式，同時具有傳遞快捷、保存方便等優(yōu)勢。

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得三維方式的成果表達(dá)將占據(jù)越來越重要的地位，目前在一些發(fā)達(dá)國家的建筑行業(yè)，已經(jīng)嘗試?yán)糜嬎銠C(jī)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(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)之間存在矛盾。但是也可以考慮建立一些電子化的三維標(biāo)準(zhǔn)。

（三）設(shè)計環(huán)境

建筑設(shè)計不只是一個簡單的平面體現(xiàn)，而是系統(tǒng)化三維甚至加上時間因素的一個過程。從設(shè)計開始的資料收集到設(shè)計的深人、表達(dá)和成果的展示、存貯，因為應(yīng)用了信息技術(shù)，而變得更加連貫和系統(tǒng)。設(shè)計者之間，以及設(shè)計者與業(yè)主、設(shè)計者與公眾、設(shè)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(zhì)量。

三、結(jié)語

而在信息時代，信息傳遞的手段大大增加，建筑設(shè)計也必然走入這個信息高速發(fā)展的環(huán)境?！翱臻g”不再局限在傳統(tǒng)的城市廣場、公園、街道等，還包括電腦空間、網(wǎng)絡(luò)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(shè)計觀念。

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關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；建筑設(shè)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(xiàn)出它的風(fēng)貌，反映它所包容的各種信息和內(nèi)涵。一個建筑師怎樣才能將自己的設(shè)計理念形象直觀地展示給公眾面前以供評賞呢？虛擬現(xiàn)實技術(shù)的介入，使這個問題得以解決。

隨著建筑師對計算機(jī)應(yīng)用的深入，計算機(jī)在制圖、管理、建模、表現(xiàn)、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(shù)字化的設(shè)計媒體為基礎(chǔ)，依靠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的交流，以數(shù)字信息的交換替代原先圖紙的物理交換。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機(jī)軟件技術(shù)發(fā)展的成果，它的出現(xiàn)和在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用為建筑師提供了更為廣闊的設(shè)計方法。它改變了建筑師的工作方式，設(shè)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(shè)計做出修改和補(bǔ)充，從而迅速、準(zhǔn)確地對比各種設(shè)計方案的可行性。虛擬現(xiàn)實為業(yè)主與建筑師間的溝通架設(shè)一個“虛擬”的橋梁，使建筑師不斷與業(yè)主交流，以達(dá)到業(yè)主滿意，避免了建筑師很多不必要的重復(fù)勞動。[1]

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality,既是大家熟悉的VR）又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一門涉及眾多學(xué)科的高新技術(shù)，它集成計算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)，仿真技術(shù)，微電子技術(shù)為一體。一個好的虛擬現(xiàn)實環(huán)境是由計算機(jī)圖像學(xué)，圖像處理，模式識別，多傳感器，語音處理，網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一項實用技術(shù)，在建筑業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景，它將帶給我們一個嶄新的天地。

2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點

虛擬現(xiàn)實技術(shù)從本質(zhì)上講就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口技術(shù)，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(jī)的交互操作，而不再需要進(jìn)行繁瑣的敲打鍵盤輸入，提高了整個系統(tǒng)的工作效率。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)有三個基本特征：沉浸感，交互性，構(gòu)想性。其中沉浸感是指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不再像傳統(tǒng)計算機(jī)幾口一樣，用戶與計算機(jī)的交互方式已經(jīng)是自然的，就像現(xiàn)實中人與自然交互一樣，完全沉浸在通過計算機(jī)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中；交互性是指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)區(qū)別與傳統(tǒng)三維動畫的特征，用戶不再被動的接受計算機(jī)所給予的信息或者是旁觀者，而是能夠使用交互設(shè)備來操縱虛擬物體，以改變虛擬世界；構(gòu)想性是指用戶利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以從定性和定量綜合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識，從而深化概念和萌發(fā)新意。[2]

3、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

在建筑設(shè)計學(xué)科領(lǐng)域，建筑師除了用部分語言文字來表達(dá)之外，更多的是用線條來表達(dá)其設(shè)計理念，如果不是專業(yè)人士，則很難與其溝通。因此，為了讓公眾明白和了解，設(shè)計師只能通過透視圖，以一種表面的建筑外形來表達(dá)他的設(shè)計意圖，而這則具有一定的局限性，如果我們借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將我們用CAD工具制作的數(shù)字化模型投入到虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，可以讓設(shè)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(xué)的Calibre 研究院應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在河中小島上設(shè)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(xì)節(jié)，如門窗的設(shè)計，來表達(dá)那充滿自由曲線的外部形體,充分表達(dá)了其設(shè)計意圖。如果我們用傳統(tǒng)的設(shè)計方法來表達(dá)，則具有一定的難度，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，會讓我們在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷和問題。所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用是十分必要的。

3.2 在室內(nèi)裝飾中的應(yīng)用

室內(nèi)裝飾階段，標(biāo)志著工程項目已經(jīng)臨近了竣工日期，這時，工程一般非常緊，可能會出現(xiàn)無法預(yù)期的問題，導(dǎo)致延長工期，造價增加。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)則可以在計算機(jī)上提前模擬出需要的效果，這樣我們就可以提前預(yù)知一些問題，如，房屋空間的比例尺寸，消防安全性，色調(diào)上，以及光照效果等。只要花少量時間在計算機(jī)上修改，就會使上述可能會出現(xiàn)的弊病得以避免。

3.3在景觀園林中的應(yīng)用

景觀園林對于環(huán)境變化的前瞻性和周圍景物的關(guān)聯(lián)性要求很高，因此在動工之前就必須對完工之后的環(huán)境有一個明確的，清晰的概念。通常情況下，設(shè)計者會通過沙盤，三位效果圖，漫游動畫來展示設(shè)計效果，供公眾來理解和感受，以上的傳統(tǒng)展示方式都有不同的優(yōu)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(shè)計效果，而運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)后，可以任意角度，真實的看到設(shè)計效果，身臨其境的掌握設(shè)計師的設(shè)計意圖。[3]

3.4在展示設(shè)計成果中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實展示設(shè)計是一種對現(xiàn)實的超越和豐富，當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為這種展示形式提供了條件和路徑，虛擬現(xiàn)實展示手段在一定程度上滿足了數(shù)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(shù)字展示手段，虛擬現(xiàn)實展示設(shè)計在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，特別是多媒體信息展示中，將起到越發(fā)重要的作用，隨著CAD人工智能，多媒體等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬現(xiàn)實展示設(shè)計也將會朝著多元化、一體化方向發(fā)展，交互方式更加自然，創(chuàng)新設(shè)計的手段將更為先進(jìn)、有效，可以說從整個設(shè)計發(fā)展趨勢看，虛擬現(xiàn)實展示設(shè)計代表了現(xiàn)代信息展示模式的發(fā)展方向。

4、虛擬現(xiàn)實技術(shù)對建筑設(shè)計的影響

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計，建筑師是以筆、紙和計算機(jī)制圖來完成的，通常情況下，建筑師按自己的經(jīng)驗對設(shè)計進(jìn)行把握，有時設(shè)計會出現(xiàn)一些偏差，使其設(shè)計思維受到了一定的局限。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供的嶄新的信息交流界面，是其它傳統(tǒng)設(shè)計方式無法比擬的，設(shè)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(zhì)等）。其提供的實時三維場景調(diào)整，信息查詢及多媒體信息集成等技術(shù)，為方案的設(shè)計風(fēng)格，造型手法和信息展示提供了強(qiáng)有力的支持。在虛擬環(huán)境中，虛擬環(huán)境拓寬了建筑師的想象力，提高了設(shè)計能力，可以幫助建筑師設(shè)計出多元化的設(shè)計方案，提高設(shè)計質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)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(shè)計思路的誕生。

5、總結(jié)

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

參考文獻(xiàn)：

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

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關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；建筑設(shè)計；教學(xué)

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)技術(shù)在不斷的發(fā)展，各方面都有不斷有所突破，而慮擬技術(shù)也逐漸完善。在建筑設(shè)計教學(xué)中引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，那么建筑設(shè)計教學(xué)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(xiàn)實中太過復(fù)雜的細(xì)節(jié)，最重要的是學(xué)生可以親身體驗一個實際無法到達(dá)的環(huán)境，從而觀測到現(xiàn)實中也無法實現(xiàn)的現(xiàn)象。因此，其在培養(yǎng)技能型、操作型復(fù)合人才為最高教學(xué)目的的建筑設(shè)計教學(xué)中有著光輝的應(yīng)用前景。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

（一）展示三維物體

建筑設(shè)計教學(xué)的過程中，經(jīng)常要通過實物展示來對教學(xué)內(nèi)容加以輔助和解釋，使得學(xué)生加深對抽象概念的理解。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，老師為了幫助學(xué)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(jī)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(yù)先設(shè)計好的，在展示的過程中只能簡單的對他進(jìn)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(jìn)行任意選擇。不過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)就可以建構(gòu)一個與實物完全相同的三維物體，例如在設(shè)計高層結(jié)構(gòu)的整體造型時，可以采用3Ds MAX進(jìn)行建模，再通過VRML語言來實現(xiàn)慮擬境界的構(gòu)建，最后在不超出結(jié)構(gòu)力學(xué)要求的范圍內(nèi)對整墻、柱、梁的比例、數(shù)量、截面形式和排列方式等因素進(jìn)行調(diào)整，通過這種方式可以將看似枯燥的建筑結(jié)構(gòu)突然展現(xiàn)出豐富多彩的表現(xiàn)力。而當(dāng)學(xué)生能夠認(rèn)真地處理每一個梁與柱、柱與柱、柱與墻等等之間的關(guān)系時，建筑結(jié)構(gòu)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(jīng)真實地存在著的或者是在現(xiàn)實世界里仍然存在著的空間。在進(jìn)行建筑設(shè)計的教學(xué)活動時，學(xué)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(xué)生進(jìn)入到這些空間里往往是無法實現(xiàn)的，所以以往的教學(xué)過程中，只能借助老師的詳加描繪以及學(xué)生的想象能力，幫助學(xué)生在大腦中進(jìn)行虛擬空間的模擬，這種方法會受到學(xué)生知識結(jié)構(gòu)及想像能力的局限。

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

（三）虛擬場景的構(gòu)造

所謂的虛擬場景是指把現(xiàn)實生活中可能會出現(xiàn)或者曾經(jīng)出現(xiàn)的場景在不同的時間或空間內(nèi)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)加以實現(xiàn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，創(chuàng)設(shè)建筑設(shè)計的學(xué)習(xí)場景只可以利用老師所準(zhǔn)備的圖片課件，要么就是錄像資料甚至老師的言語進(jìn)行展示，學(xué)生處于一個被動學(xué)習(xí)的地位，特別是有些情境老師的描述與學(xué)生的理解有可能大相徑庭。

倘若采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使學(xué)生進(jìn)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(dāng)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(nèi)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(xiàn)實技術(shù)，讓學(xué)生通過頭盔顯示器，來面對虛擬的塔、墻、橋等中國風(fēng)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(gòu)思進(jìn)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(shè)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(xiàn)的功能。

（四）進(jìn)行虛擬實驗

普通的學(xué)校在現(xiàn)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(dǎo)光系統(tǒng)實驗，同事還有些實驗則是不能給學(xué)生做的，比如高層建筑的玻璃幕墻防護(hù)沖擊波的實驗。另外在教學(xué)中不可避免的會用到很多實驗器材、培訓(xùn)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(xiàn)實技術(shù)，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(xiàn)實技術(shù)可以利用多媒體計算機(jī)技術(shù)建立起一個虛擬實驗室，學(xué)生進(jìn)入虛擬實驗室的過程可以借助不同的路線來實現(xiàn)，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(jié)果信息還可以通過交互式的多媒體向?qū)W生發(fā)出反饋，使得學(xué)生可以參考這些信息，來判斷自身的操作設(shè)計是否符合規(guī)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(fù)操作，直到滿足建筑設(shè)計的要求。虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的實驗室還具備一項非常顯著的優(yōu)勢，即其安全性，不會由于學(xué)生的操作事故而發(fā)生人身事故等問題。

二、結(jié)束語

隨著計算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也慢慢的走進(jìn)課堂，走進(jìn)建筑設(shè)計教學(xué)中。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)所營造的教學(xué)情景中，學(xué)生會產(chǎn)生身臨其境的感覺，使得相對抽象的建筑設(shè)計教學(xué)可以以直觀、生動的形象展現(xiàn)出來。不過由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的時間相對較短，因此在技術(shù)的應(yīng)用方面還存在著許多問題，而這也嚴(yán)重制約了其在建筑設(shè)計教學(xué)當(dāng)中的普及應(yīng)用。當(dāng)然，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的繼續(xù)進(jìn)步和飛躍，這種新的建筑設(shè)計教學(xué)媒體必將被廣泛地應(yīng)用開來，而當(dāng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計教學(xué)中真正普及時，也一定會使教學(xué)方式隨之產(chǎn)生翻天覆地的變化。

參考文獻(xiàn)：

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[4]劉烈輝.虛擬現(xiàn)實技術(shù)與建筑設(shè)計[J].南方建筑,2006(02)

篇5

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù)；建筑工程；施工

近年來隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)也開始普及，并在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了管理水平與施工技術(shù)的提高，對施工科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展也起到了非常重要的作用?，F(xiàn)階段建筑施工中主要應(yīng)用的軟件系統(tǒng)有CAD輔助系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)以及辦公自動化系統(tǒng)等等，這些計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用對傳統(tǒng)施工理論是一種改造與發(fā)展，同時也為傳統(tǒng)的施工方法帶來了新的理念，目前在建筑施工過程中應(yīng)用虛擬技術(shù)已經(jīng)成為可能，通過虛擬技術(shù)的應(yīng)用，建筑施工將會創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

一、虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要結(jié)合了計算機(jī)方針技術(shù)、計算機(jī)圖形技術(shù)以及現(xiàn)實技術(shù)等多種學(xué)科的優(yōu)勢于一身，使人機(jī)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(huán)境，用戶在使用時會產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)一方面結(jié)合了仿真技術(shù)的優(yōu)點，另一方面為用戶提供更加真實的環(huán)境效果，在很多領(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用。

仿真技術(shù)是基于系統(tǒng)動態(tài)模型的一種實驗方式，具有經(jīng)濟(jì)性與安全性的優(yōu)勢，在很多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，例如航空航天、電力、交通等等，此外，在煤炭、化工等領(lǐng)域中也有很好的應(yīng)用。

二、虛擬仿真系統(tǒng)在建筑施工中應(yīng)用的意義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要指在工程施工過程中對施工進(jìn)行模擬，首先需要在施工之前掌握各種構(gòu)建在結(jié)構(gòu)中的相互關(guān)系即相對位置，在實驗中通過多種方法，對工況應(yīng)力進(jìn)行計算，使方案得到優(yōu)化，其產(chǎn)生的意義主要可以從以下幾方面進(jìn)行探討。

（一）優(yōu)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(jīng)驗基礎(chǔ)上，從這一方面來說具有一定的局限性。與此同時，現(xiàn)代建筑都具有鮮明的個性，所以施工就不能完全重復(fù)，虛擬仿真技術(shù)的使用可以在方案中將施工組織與施工方法科學(xué)、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(yōu)化是非常有利的，促進(jìn)了最有施工的真正實現(xiàn)。

（二）引入新的施工技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用可以最大限度的降低技術(shù)人員對施工工藝進(jìn)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(shù)的成效完美的展示出來，大大縮短新技術(shù)的引入與推廣時間。

（三）施工管理更加便利

施工仿真技術(shù)可以對施工全過程進(jìn)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(xiàn)的安全、質(zhì)量等隱患及時找出來，并采取相應(yīng)的措施對這些隱患區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化，使施工現(xiàn)場的管理效果及施工質(zhì)量得到明顯提高。

（四）便于進(jìn)行安全生產(chǎn)培訓(xùn)

施工虛擬仿真技術(shù)可以將施工過程情況直觀的顯示出來，有了這種技術(shù)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(yōu)質(zhì)的完成工程施工任務(wù)。

（五）大型工程設(shè)計

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

（六）建筑市場管理

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

（七）其它方面

施工虛擬仿真技術(shù)的開發(fā)一定會帶動虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛應(yīng)用，應(yīng)用到建筑業(yè)的其它方面，并充分帶動城市規(guī)劃的優(yōu)化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展。

三、建筑施工中虛擬仿真系統(tǒng)的研究與應(yīng)用前景展望

（一）應(yīng)用現(xiàn)狀

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

（二）應(yīng)用展望

仿真技術(shù)是否可以在建筑施工領(lǐng)域中得到廣泛引用，主要取決于仿真軟件及計算機(jī)硬件的發(fā)展，現(xiàn)在虛擬仿真技術(shù)在工程施工中存在的問題主要有：1）虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)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(jìn)行，進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)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(shè)備的限制，移動起來也不是很方便。2）在開發(fā)單項工程時，需要用到從國外進(jìn)口的VR軟件平臺。因為現(xiàn)在工程施工中幾乎沒有成型的虛擬仿真系統(tǒng)軟件，所以需要開發(fā)一個新項目，這需要較高的成本，開發(fā)出的系統(tǒng)應(yīng)該是專用的集成型的軟件系統(tǒng)，從而為單項工程的開發(fā)奠定堅實的基礎(chǔ)。3）現(xiàn)階段我國的一些建筑集團(tuán)已經(jīng)建立了屬于自己的設(shè)計研究院，這無疑為施工企業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)創(chuàng)造了有利條件。

目前我國一些施工企業(yè)洪的技術(shù)人員已經(jīng)具有非常高的技術(shù)研發(fā)能力，很多建筑施工集團(tuán)已經(jīng)成為施工軟件研發(fā)的主力軍。另外，一些高校和科研機(jī)構(gòu)也開始極力開發(fā)工程施工中涉及的技術(shù)軟件，在工程實踐等方面對集成控制等技術(shù)進(jìn)行積極的探索與引用。真?zhèn)€工程施工領(lǐng)域中的計算機(jī)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(chǔ)。

隨著仿真技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，相關(guān)軟件也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，同時新的仿真平平臺、計算方法以及編程技術(shù)將會體現(xiàn)出更好的可擴(kuò)展性，并在多種領(lǐng)域中得到應(yīng)用。此外，對仿真系統(tǒng)進(jìn)行的微機(jī)化探索在在不斷發(fā)展之中，并已經(jīng)取得了一定的成效，這為虛擬現(xiàn)實在微機(jī)上的應(yīng)用成為了可能。通過對集成型、通用性施工軟件的開發(fā)，一定會加快軟件的普及速度，并使單項工程的開發(fā)成本得到降低。

結(jié)語：

綜上所述，目前高新技術(shù)已經(jīng)開始日益發(fā)展，建筑也一定要勇于創(chuàng)造，積極吸納新技術(shù)，從而促進(jìn)工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展，為現(xiàn)代化的實現(xiàn)創(chuàng)造條件，這成為建筑工程施工企業(yè)適應(yīng)激烈的市場競爭的重要途徑。

參考文獻(xiàn)：

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

篇6

[關(guān)鍵詞]建筑文化遺產(chǎn)　虛擬現(xiàn)實　藝術(shù)性

建筑文化遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實是指運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)――主要是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過計算機(jī)對古代建筑、遺址、文物等進(jìn)行復(fù)原、仿真、再現(xiàn)、展示和保存，是科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合。作為一個全新的數(shù)字化作品，如何盡可能的“真實再現(xiàn)”古代建筑及其所蘊(yùn)涵的藝術(shù)、文化信息，除了技術(shù)上的實現(xiàn)之外，如何運(yùn)用藝術(shù)手段來表現(xiàn)以增強(qiáng)作品的藝術(shù)性進(jìn)而提升作品表現(xiàn)力是目前建筑文化遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實研究中關(guān)注的課題。

一、虛擬建筑文化遺產(chǎn)的現(xiàn)狀分析

1、“重技術(shù)”、“輕藝術(shù)”

由于數(shù)字化技術(shù)較為尖端和超前?！澳壳暗奶摂M現(xiàn)實研究大部分集中在開發(fā)、制造引人入勝的VR系統(tǒng)所需的技術(shù)上，多數(shù)大學(xué)的VR課程由計算機(jī)系開設(shè)”?！鞍呀ㄖ幕z產(chǎn)當(dāng)作自己研究領(lǐng)域的素材”、“強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)”、“忽視藝術(shù)家表現(xiàn)作用”，使得國內(nèi)建筑文化遺產(chǎn)的數(shù)字化虛擬再現(xiàn)工作主要由計算機(jī)方面的專家承擔(dān)。他們認(rèn)為：只要依靠計算機(jī)技術(shù)“忠實”的“記錄”下建筑文化遺產(chǎn)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(jī)方面的專家一般不具備應(yīng)有的藝術(shù)修養(yǎng)和美學(xué)素質(zhì)，很難從審美的高度上去考慮虛擬建筑文化遺產(chǎn)的藝術(shù)表現(xiàn)問題。他們往往單純借助如數(shù)碼拍攝和三維掃描等高科技工具、從技術(shù)的角度去“抄”建筑文化遺產(chǎn)，忽視了獲取真實的圖像資料、三維模型與表現(xiàn)建筑藝術(shù)的區(qū)別。而藝術(shù)家、人文學(xué)家雖然有很高的藝術(shù)修養(yǎng)和美學(xué)素質(zhì)，但一般缺乏應(yīng)有的編程技巧、理性思維，無法直接參與此項工作。這就導(dǎo)致了目前數(shù)字化技術(shù)的運(yùn)用和建筑文化遺產(chǎn)虛擬再現(xiàn)的藝術(shù)性出現(xiàn)了脫節(jié)，致使目前研究角度大多停留在各種算法的實現(xiàn)上。所以目前很多虛擬現(xiàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于“虛擬現(xiàn)實”這個詞所帶給我們的想象?！睘樵黾幼髌返乃囆g(shù)性、真實性和觀賞性，虛擬建筑文化遺產(chǎn)下一步應(yīng)該更加重視藝術(shù)表現(xiàn)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(xiàn)實的“現(xiàn)實”除了要有準(zhǔn)確的模型，還要有真實、豐富的光影。陽光在建筑藝術(shù)中的作用很早就被建筑師所重視：古希臘的神廟、中世紀(jì)的教堂、我國古代宮殿建筑以及民居等都注意了光影所產(chǎn)生的明暗對比、虛實變化。而通過計算機(jī)編程實現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實作品在“三維陰影生成技術(shù)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(dá)現(xiàn)實空間中虛實變化多樣的陰影，也不能表現(xiàn)物體受光之后各個表面之間光子的相互反彈，無法準(zhǔn)確的反映出空間的環(huán)境色彩。

3、忽視環(huán)境藝術(shù)的處理

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

二、虛擬建筑文化遺產(chǎn)藝術(shù)性

虛擬建筑文化遺產(chǎn)不僅僅是一項工程技術(shù)，也是一種全新的數(shù)字化藝術(shù)。它的發(fā)展方向和最終目標(biāo)是向人們既真實又生動地展示建筑遺產(chǎn)的藝術(shù)魅力。古代建筑是人類文化的優(yōu)秀遺產(chǎn)，是文化的歷史豐碑。中國藝術(shù)研究院研究員蕭默說：“文化是藝術(shù)的內(nèi)涵，藝術(shù)是文化的外化?！鼻鸺獱栒f：“人塑造建筑，建筑也塑造人?！笔澜缟现T多建筑遺產(chǎn)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?shù)榷紭?gòu)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(chǎn)的“藝術(shù)性”是指運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)手段再現(xiàn)歷史建筑的同時。通過對建筑結(jié)構(gòu)、材質(zhì)色彩、光影、空間環(huán)境的藝術(shù)處理，完美表達(dá)出傳統(tǒng)建筑的審美特征、審美意境，使傳統(tǒng)建筑更加富于感染力，更好地傳達(dá)出傳統(tǒng)建筑的文化精神。同眾多的傳統(tǒng)和現(xiàn)代的藝術(shù)形式一樣，藝術(shù)的處理在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用過程中起著重要的作用。

構(gòu)建虛擬建筑文化遺產(chǎn)不僅僅是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的問題，更涉及到了建筑遺產(chǎn)的藝術(shù)性表現(xiàn)問題。虛擬建筑文化遺產(chǎn)的感染力不應(yīng)該隨著時間的流逝、因為技術(shù)的更新而減弱，它的感染力也不僅應(yīng)該達(dá)到、而且要“超過”真實，這也是數(shù)字化虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種全新手段對建筑文化遺產(chǎn)闡釋的真正意義和魅力所在。所以不能一味地強(qiáng)調(diào)在數(shù)字技術(shù)上滿足于對建筑文化遺產(chǎn)的描摹，否則就會忽視虛擬建筑文化遺產(chǎn)創(chuàng)作過程中藝術(shù)的處理，也就不足以體現(xiàn)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(chǎn)的虛擬再現(xiàn)不能只寄希望于程序員對新技術(shù)的開發(fā)和運(yùn)用。這個工作要創(chuàng)造的不是一批批隨著時間的推移、設(shè)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(jīng)得住時間的考驗?首先應(yīng)該明確的是：作為全新的數(shù)字化藝術(shù)，建筑文化遺產(chǎn)的數(shù)字化過程單純的依靠技術(shù)手段“抄”一個“所謂真實”的建筑是不夠的。

研究當(dāng)今國內(nèi)外一流的、優(yōu)秀的虛擬遺產(chǎn)項目之后，我們還是不得不面對這樣一個現(xiàn)實：場面輝煌、視覺強(qiáng)烈的畫面背后往往是強(qiáng)大的藝術(shù)魅力。藝術(shù)是永恒的，“作為人類審美創(chuàng)造的藝術(shù)世界，不論是側(cè)重再現(xiàn)的，還是側(cè)重表現(xiàn)的，都是一種藝術(shù)的再創(chuàng)造?！碧摂M建筑文化遺產(chǎn)這個作品最終的高度和深度取決于藝術(shù)家的美學(xué)素質(zhì)、藝術(shù)修養(yǎng)和藝術(shù)創(chuàng)造力，而不是技術(shù)本身。十九世紀(jì)的歐洲畫家如果沒有藝術(shù)靈感，即使有了光學(xué)理論的發(fā)展，也不會產(chǎn)生印象派的偉大藝術(shù)：沒有柯布西埃、密斯等先驅(qū)，即使有了機(jī)器大生產(chǎn)，也是不會產(chǎn)生現(xiàn)代建筑的：同樣的道理構(gòu)建的虛擬建筑文化遺產(chǎn)，作品的藝術(shù)性無可爭議的應(yīng)該作為最終追求的目標(biāo)，藝術(shù)家的創(chuàng)造力、想象力和表現(xiàn)力是這個工作的最大資本。

三、藝術(shù)家、人文學(xué)者參與虛擬建筑文化遺產(chǎn)工作的必要性

虛擬建筑文化遺產(chǎn)的藝術(shù)性、創(chuàng)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(chǎn)和真實遺產(chǎn)的差異，這些共同決定了藝術(shù)家和人文學(xué)者的參與“虛擬建筑文化遺產(chǎn)”建設(shè)的必要性。從長遠(yuǎn)角度來看，隨著時代的發(fā)展和人們對虛擬建筑文化遺產(chǎn)藝術(shù)性的追求不斷提高，在建筑文化遺產(chǎn)的數(shù)字化虛擬再現(xiàn)這個工作中投入的最大的資本不是計算機(jī)軟硬件，而是藝術(shù)家的創(chuàng)造力、想象力和表現(xiàn)力。

“虛擬現(xiàn)實之父”、美國科學(xué)家lvanSutherland博士對虛擬現(xiàn)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(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想，他指出由計算機(jī)生成的虛擬世界，應(yīng)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(xiàn)實的重點，那就是虛擬現(xiàn)實的“真實”最終是感覺的真實!

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關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實技術(shù)；博物館；技術(shù)應(yīng)用

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

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（簡稱VR），又稱靈境技術(shù)，是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計算機(jī)高級人機(jī)界面。將編輯好的三維數(shù)據(jù)輸入到虛擬現(xiàn)實軟件的程序中，然后用直觀的方式將信息展現(xiàn)到人們眼前，使人們能夠沉浸在計算機(jī)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(xiàn)實技術(shù)可跨越地域的限制，將人們無法親臨的景物呈現(xiàn)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(zhì)和內(nèi)涵。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我們生活的各個角落。應(yīng)用在商業(yè)上，可以縮短開發(fā)周期，減少投資費(fèi)用。應(yīng)用在醫(yī)學(xué)研究上，可以數(shù)字化人體結(jié)構(gòu)，虛擬手術(shù)過程，很好的解決了人體實驗對象資源匱乏的問題。應(yīng)用在娛樂行業(yè)，虛擬滑雪場、4D電影等更是豐富了消費(fèi)者的娛樂生活。

現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)更進(jìn)一步深入到了教育行業(yè)。虛擬校園、虛擬教學(xué)、虛擬博物館的出現(xiàn)，改善了傳統(tǒng)語言教學(xué)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(xiàn)實技術(shù)在博物館中的應(yīng)用

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

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以應(yīng)用到博物館數(shù)字技術(shù)的各個層面，它可用于館內(nèi)展品和古建筑的數(shù)字展示與數(shù)字保存、也可用于展品和古建筑的虛擬修復(fù)與文化遺產(chǎn)監(jiān)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(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到博物館中意義重大，能夠在保護(hù)文化遺產(chǎn)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(hù)目的的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

基于文物保護(hù)的目的，博物館內(nèi)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(xì)節(jié)，也看不到文物被展柜遮擋的部分，虛擬現(xiàn)實技術(shù)解決了這一難題。它將文物的信息利用計算機(jī)數(shù)據(jù)化展示，逼真的呈現(xiàn)在觀眾面前。更可外接感應(yīng)終端，模擬文物形態(tài)、重量等外部特征。觀眾可通過對感應(yīng)終端的操作，實現(xiàn)對虛擬文物的旋轉(zhuǎn)、放大縮小等操作。從而實現(xiàn)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(hù)與內(nèi)部展示的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

基于古建筑保護(hù)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(nèi)景，受到室內(nèi)光線和參觀距離的限制，室內(nèi)陳設(shè)模糊不清，往往無法達(dá)到理想的參觀效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入后，可將文物古跡用數(shù)字化形式展現(xiàn)給觀眾，故宮博物院出品的《天子的宮殿》系列大型虛擬現(xiàn)實作品可帶領(lǐng)觀眾在太和殿、中和殿、保和殿、養(yǎng)心殿和倦勤齋等實際游覽中無法進(jìn)入的著名宮殿建筑中無憂暢游，讓觀眾零距離觀賞宮殿內(nèi)部陳設(shè)和古建筑原貌，在保護(hù)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(nèi)涵展示的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

內(nèi)涵是指事物內(nèi)部包含的實質(zhì)和意義，在眾多博物館中文物古跡中蘊(yùn)涵的是中華上下五千年的歷史積淀。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將文物古跡背后的歷史背景、宗教文化、傳統(tǒng)制作工藝等文化內(nèi)涵傳達(dá)給觀眾。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點，將這些文化內(nèi)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(xiàn)實技術(shù)應(yīng)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(tǒng)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(guān)系。在共同探討研究相關(guān)文物保護(hù)知識，交換展覽展示經(jīng)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(guān)條例的限制，每次參展的文物等級和數(shù)量都受到嚴(yán)格的控制，大型展品和宮殿建筑更是無法參展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(xiàn)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(xiàn)實技術(shù)在隨展中的應(yīng)用豐富了借展內(nèi)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(fù)與數(shù)據(jù)保存的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

光陰荏苒，博物館中的大量文物古跡都出現(xiàn)脆化、脫色、剝落等現(xiàn)象。保護(hù)和修復(fù)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(xiàn)實技術(shù)可以數(shù)字化記錄文物古跡的現(xiàn)實狀態(tài)，跟蹤監(jiān)測受損程度，還可以制定出相應(yīng)的虛擬修復(fù)方案，預(yù)先模擬修復(fù)過程，檢驗修復(fù)技術(shù)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(shù)據(jù)可以保持起來，以便日后開展更精密的研究工作。

4 總結(jié)

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

參考文獻(xiàn)

[1]呂曉剛.從文化遺產(chǎn)地的表象還原到內(nèi)涵表達(dá)[J].中國傳媒大學(xué)出版社,2012.

篇8

【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(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》，技術(shù)教育正式被納入普通高中教育范疇。通用技術(shù)課程作為一門全新的、高度綜合的技術(shù)課程，定位于培養(yǎng)孩子善于觀察、動手實踐，并從生活中捕捉和發(fā)現(xiàn)實用型新技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)生活的學(xué)科。2016年9月，教育部提出了全面發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。其中明確指出通用技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)為：技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達(dá)、物化能力。要求學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠?qū)W會或掌握通用技術(shù)的基礎(chǔ)知識和基本技能，掌握技術(shù)及其設(shè)計的一般思想方法；具有一定的技術(shù)探究、運(yùn)用技術(shù)原理解決實際問題以及終身進(jìn)行技術(shù)學(xué)習(xí)的能力；形成和保持對技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)愿望，具有正確的技術(shù)觀和較強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新意識；養(yǎng)成積極、負(fù)責(zé)、安全地使用技術(shù)的行為習(xí)慣，發(fā)展初步的技術(shù)能力和一定的職業(yè)規(guī)劃能力，為迎接未來社會挑戰(zhàn)、提高生活質(zhì)量、實現(xiàn)終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

隨著科技的進(jìn)步，教育教學(xué)的技術(shù)和手段也在不斷發(fā)展和豐富。傳統(tǒng)的教學(xué)方式和手段已經(jīng)無法滿足通用技術(shù)課程核心素養(yǎng)和課程目標(biāo)的要求，因此，適時引入新的教育技術(shù)手段是十分必要的。本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與通用技術(shù)課程內(nèi)容相結(jié)合，以實際教學(xué)中對我國古代經(jīng)典結(jié)構(gòu)的賞析為例，討論如何實現(xiàn)兩者的深度融合，以解決傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端。

虛擬現(xiàn)實的定義與功能

1. 虛擬現(xiàn)實的定義

虛擬現(xiàn)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(jī)技術(shù)虛擬生成的；reality一詞的含義是現(xiàn)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(xiàn)實，也叫靈境技術(shù)。美國是最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實理論和應(yīng)用研究的國家。80年代中期，我國開始引進(jìn)VR技術(shù)，并作為國家重點研究項目進(jìn)行研究。北京航空航天大學(xué)計算機(jī)系是對VR技術(shù)進(jìn)行研究的權(quán)威單位之一，在虛擬環(huán)境中物理特性的表示和處理、虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計等多個領(lǐng)域取得良好發(fā)展。

目前，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要分為4種，即桌面式、增強(qiáng)式、沉浸式和網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實系?y。篇幅所限，本文主要介紹的是沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是將圖形工作站和交互設(shè)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(xiàn)實環(huán)境，使得學(xué)生完全沉浸在虛擬世界中。

2. 虛擬現(xiàn)實的功能

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)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(xiàn)實系統(tǒng)的主要功能就是為觀察者提供身臨其境的真實體驗。系統(tǒng)中的古建筑與結(jié)構(gòu)案例向?qū)W生展示了我國古代的經(jīng)典結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程，介紹了榫卯和斗拱等結(jié)構(gòu)的部件名稱和使用方法。讓學(xué)生有極為直觀的感受。

（2）部件拆裝

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以對案例中模型的不同零部件進(jìn)行拆卸和組裝。這一功能可以讓學(xué)生了解和體驗結(jié)構(gòu)設(shè)計和搭建的方式，有針對性地觀察經(jīng)典結(jié)構(gòu)不同組成部分的位置和比例，從而幫助學(xué)生從技術(shù)角度欣賞到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（3）軌跡動畫

軌跡動畫是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)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(xiàn)在學(xué)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(xiàn)實與通用技術(shù)課程設(shè)計

1. 課程目標(biāo)

《經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞》是高中通用技術(shù)必修2第一單元結(jié)構(gòu)與設(shè)計第四節(jié)的內(nèi)容。學(xué)生經(jīng)過之前的學(xué)習(xí)對于結(jié)構(gòu)的定義、類型、方向與穩(wěn)定性已經(jīng)有了很好的理解，并實際動手設(shè)計過簡單的結(jié)構(gòu)。本節(jié)課的課程目標(biāo)是學(xué)會觀察結(jié)果的實用性和美，以及能夠從技術(shù)和文化角度欣賞并評價典型結(jié)構(gòu)設(shè)計的案例。要求學(xué)生能夠從結(jié)構(gòu)的功能、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、創(chuàng)新、成本和工藝等角度，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)缺點進(jìn)行評析。還應(yīng)該具備從歷史、民俗和審美等角度欣賞典型結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。重點需要觀察結(jié)構(gòu)是如何在實現(xiàn)基本功能的同時兼顧其他功能，欣賞獨特結(jié)構(gòu)的材料運(yùn)用，以及經(jīng)典結(jié)構(gòu)所傳遞的文化信息、時代特征和民族特征。

2. 課程設(shè)計

通常情況下，《經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞》傳統(tǒng)教學(xué)方式包括展示經(jīng)典結(jié)構(gòu)的圖片資料或視頻資料，介紹經(jīng)典結(jié)構(gòu)的歷史背景和建造過程，有些老師還會根據(jù)自身掌握的專業(yè)知識向?qū)W生拓展一些建筑的基礎(chǔ)理論。讓學(xué)生對于我國古代的經(jīng)典建筑進(jìn)行思考、討論和評價。

借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，教師可通過現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)案例帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入虛擬建筑的內(nèi)部，了解整個建筑的結(jié)構(gòu)。也可以通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的部件拆裝和軌跡動畫功能模擬結(jié)構(gòu)設(shè)計和搭建的整個過程，給學(xué)生帶來身臨其境的體驗，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與探究欲望。課程設(shè)計流程如圖1所示。

首先，用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的“永城殿”案例來引入課程，帶領(lǐng)學(xué)生體驗經(jīng)典結(jié)構(gòu)的魅力。使用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)向?qū)W生展示保留最完整的古代殿堂，由外而內(nèi)地介紹每一個部分，包括結(jié)構(gòu)的構(gòu)成與裝飾花紋的寓意。讓學(xué)生對于整個建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的欣賞。在欣賞的過程中，教師適時提出問題，要求學(xué)生記住該案例最吸引你的地方。

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

接下來，打開虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的“結(jié)構(gòu)建筑”案例，展示“大木作”“轉(zhuǎn)角斗拱”“柱間斗拱”和“柱頭斗拱”，如圖2所示。在進(jìn)行虛擬展示的過程中向?qū)W生介紹榫卯結(jié)構(gòu)和不同類型斗拱結(jié)構(gòu)的理論知識與歷史背景，幫助學(xué)生切實體會斗拱的構(gòu)成方法和受力方式、認(rèn)識榫卯結(jié)構(gòu)的使用功能和不同種類。使用部件拆裝功能將整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，讓學(xué)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?qū)W生展示古代建筑結(jié)構(gòu)的虛擬搭建過程，幫助學(xué)生了解結(jié)構(gòu)搭建的順序。體驗完畢后，學(xué)生從技術(shù)和文化兩個角度，針對之前歸納的經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)。

最后，學(xué)生欣賞“故宮全景”案例，根據(jù)經(jīng)典結(jié)構(gòu)評價標(biāo)準(zhǔn)對故宮內(nèi)的宮殿和涼亭等經(jīng)典建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價。教師對學(xué)生的評價做出點評，同時總結(jié)本節(jié)課的知識點，強(qiáng)調(diào)經(jīng)典結(jié)構(gòu)評價標(biāo)準(zhǔn)的使用方法。

3. 技術(shù)手段

沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最大的特點是可以為40名學(xué)生提供同步的教學(xué)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(huán)境的干擾，現(xiàn)實感極其強(qiáng)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(huán)節(jié)，學(xué)生可以輪流進(jìn)行操作體驗，觀看結(jié)構(gòu)組成部件、練習(xí)拆卸和裝配、實現(xiàn)軌道動畫的虛擬過程。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為本節(jié)課的技術(shù)支撐為學(xué)生帶來了身臨其境的真實體驗。通過三個虛擬案例，將經(jīng)典結(jié)構(gòu)的組成部分和搭建過程展示給學(xué)生。

4. 評價與反思

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到通用技術(shù)課前后對比，教學(xué)效果反差十分明顯。筆者作為通用技術(shù)一線教師感覺非常強(qiáng)烈。傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師使用多媒體技術(shù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效性越來越差。在信息過載的現(xiàn)代社會，學(xué)生每天接觸各種形式的多媒體信息多如牛毛，且大多數(shù)以娛樂為主。因此，以介紹知識為主要內(nèi)容的多媒體信息很難吸引學(xué)生的眼球。

使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)三個內(nèi)容不同卻又主題相關(guān)的案例進(jìn)行教學(xué)，能夠最大程度地確保學(xué)生有持續(xù)的課堂關(guān)注度。在引入環(huán)節(jié)使用“永城殿”案例，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，從技術(shù)角度和文化角度讓學(xué)生有非常感性的認(rèn)識。教師提出如何對經(jīng)典結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價的問題，讓學(xué)生思考?！敖Y(jié)構(gòu)搭建”案例讓學(xué)生持續(xù)關(guān)注結(jié)構(gòu)搭建，并細(xì)致了解我國經(jīng)典結(jié)構(gòu)搭建的技術(shù)過程和歷史文化，實踐動手進(jìn)行虛擬搭建。通過小組討論的形式嘗試建立經(jīng)典結(jié)構(gòu)評價體系?！肮蕦m”案例讓學(xué)生根據(jù)自己提出的評價體系對我國經(jīng)典建筑進(jìn)行評價，鞏固所學(xué)知識。整個過程以學(xué)生探究式學(xué)習(xí)為主，教師引導(dǎo)式教學(xué)為輔，真正實現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)。

討論與展望

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新興技術(shù)能夠最大限度地激發(fā)學(xué)生的興趣、引發(fā)他們的關(guān)注。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供的3D效果和真實感能夠抓住學(xué)生的興奮點，從而保證他們對所學(xué)內(nèi)容的持續(xù)關(guān)注。讓學(xué)生在不知不覺的真實體驗中了解知識，理解和掌握所學(xué)內(nèi)容。與此同時，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還能夠為學(xué)生提供現(xiàn)場虛擬實踐的機(jī)會，讓學(xué)生能夠?qū)W有所用、融會貫通。

篇9

關(guān)鍵詞：平頂山學(xué)院 數(shù)字虛擬校園 漫游

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

1 引言

近年來，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)和城市數(shù)字化建設(shè)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(xiàn)了城市數(shù)字化，在此大背景下研究數(shù)字虛擬校園就尤顯得重要。將數(shù)字虛擬技術(shù)應(yīng)用到高校校園中實現(xiàn)漫游項目，是高校師生共同的愿意。筆者作為平頂山學(xué)院的一員軟件專業(yè)學(xué)生有責(zé)任也有義務(wù)為實現(xiàn)這一理想，做出應(yīng)有的努力。

數(shù)字虛擬校園漫游在國內(nèi)的研究始于1996年，由天津大學(xué)率先開辟了我國高校數(shù)字虛擬校園漫游的先河。隨后國內(nèi)一流的大學(xué)清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、香港理工大學(xué)、香港中文大學(xué)、西南交通大學(xué)、中國科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)、中央廣播電視大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院等著名高校，都利用虛擬技術(shù)實現(xiàn)了校園漫游，利用虛擬技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了著名大學(xué)校園、校貌游客的瀏覽以及教學(xué)資源的共享。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬校園

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

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

虛擬校園則是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將校園中的教學(xué)、實驗環(huán)境、學(xué)校里的生活服務(wù)設(shè)備、有形資源等模擬出來，并上傳到INTERNET上，使能夠上網(wǎng)的用戶都可以通過網(wǎng)址來訪問虛擬校園，起到校園推廣和增強(qiáng)影響力的作用。

3 虛擬校園漫游項目系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

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

3.1 開發(fā)目標(biāo)

平頂山學(xué)院虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)是，通過瀏覽器的使用者，利用鼠標(biāo)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(shè)好路線的講解遍歷兩種者結(jié)合。

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

（4）在學(xué)院漫游時，游客遇到物體，會有個碰撞檢測，并發(fā)出告警。

3.2 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

操作系統(tǒng)： Microsoft公司W(wǎng)indows 7；

圖形圖像編輯軟件：Auto CAD，Photoshop CS5；

三維建模系統(tǒng)：3DMAX 2010；

虛擬交互工具：Virtools；

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Oracle 11g；

Java開發(fā)環(huán)境：JDKI.318，JREI.318，JCreator。

3.3 虛擬校園漫游仿真流程圖

3.4 技術(shù)實現(xiàn)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(jié)構(gòu)構(gòu)件?？梢詮恼?cè)立面分別入手，最后進(jìn)行整合來建模。

首先繪制標(biāo)準(zhǔn)層的輪廓線條，添加修改器得到墻體模型，然后通過布爾運(yùn)算得到門窗洞口。標(biāo)準(zhǔn)層制作完畢后使用array工具進(jìn)行陣列頂層的構(gòu)造。

3.4.2 建筑貼片制作

對于門窗等有細(xì)部尺寸要求的構(gòu)件，在CAD中繪出立面圖， 以eps文件格式導(dǎo)出。導(dǎo)入PhotoShop中，合并圖層，主要綜合運(yùn)用幾種選區(qū)，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(jìn)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(shè)置標(biāo)志。

當(dāng)視點與場景發(fā)生碰撞時，它的碰撞響應(yīng)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(fā)生碰撞的位置，從而改變視點的碰撞狀態(tài)；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(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]謝建華，馬劍，張建茂.虛擬校園漫游設(shè)計與實現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真及其應(yīng)用.

篇10

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；室內(nèi)設(shè)計；教學(xué)模式

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

一、引言

設(shè)計對象的變化導(dǎo)致室內(nèi)設(shè)計師角色與室內(nèi)專業(yè)教學(xué)方向的變化。分析數(shù)字化虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計與裝潢方面的應(yīng)用情況，才能更加明晰室內(nèi)設(shè)計教學(xué)模式需要如何去適應(yīng)這種變革，傳統(tǒng)室內(nèi)專業(yè)設(shè)計本身具備的優(yōu)勢如何與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，設(shè)計師應(yīng)如何應(yīng)對快速發(fā)展的數(shù)字時代。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種以計算機(jī)技術(shù)作為平臺，利用各種硬件、軟件資源來實現(xiàn)計算機(jī)與人相互溝通和交流的手段，通過多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實現(xiàn)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(chuàng)建和體驗虛擬環(huán)境的計算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)。巴里（Sherman Barrie）和杰金斯（Phil Judkins）把虛擬現(xiàn)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(nèi)設(shè)計、建筑、游戲、醫(yī)療、教育、航空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。從遙遠(yuǎn)的古埃及文化中，繪畫工人為了室內(nèi)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(xiàn)，到今天通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來構(gòu)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(fā)了游戲模擬人生3，在開發(fā)過程中聘請了數(shù)十位室內(nèi)設(shè)計師，運(yùn)用程序繪制制作了幾千種的家具組件，人們可以親自設(shè)計房屋的建筑結(jié)構(gòu)模塊，完成墻體結(jié)構(gòu)改造、電路重排、供水管路設(shè)計的等多方面的探索學(xué)習(xí)，還可以在室內(nèi)完成家具的變換、燈光效果的測試、木地板顏色搭配、衛(wèi)生潔具、瓷磚變更等來實現(xiàn)室內(nèi)的整體及細(xì)微的效果表達(dá)。雖然缺乏對使用者的人體尺度等的考慮，但縮短了室內(nèi)設(shè)計師與使用者專業(yè)距離，解決了設(shè)計者與使用者之間交流難題。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)促使室內(nèi)設(shè)計師角色轉(zhuǎn)變

虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維數(shù)據(jù)――實體轉(zhuǎn)換技術(shù)的完善和應(yīng)用，使室內(nèi)設(shè)計創(chuàng)作方式完全區(qū)別于傳統(tǒng)平面、立面、剖面和三維模型的室內(nèi)生成模式，它將設(shè)計師創(chuàng)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(zhuǎn)變，使過去難以想象逐步消除了設(shè)計師的視覺思維優(yōu)勢的空間形態(tài)設(shè)計與復(fù)雜材質(zhì)表現(xiàn)變的更加簡單而精準(zhǔn)。隨著現(xiàn)代室內(nèi)裝飾行業(yè)的發(fā)展，設(shè)計領(lǐng)域分工日趨細(xì)化，造價師、水電師、結(jié)構(gòu)師等各工種設(shè)計人員的出現(xiàn)，使得材料造價、水電安裝與設(shè)計施工過程基本與室內(nèi)設(shè)計師無關(guān)。由于社會上常以效果圖美觀與否作為評判基準(zhǔn)，其自身的知識結(jié)構(gòu)日益變得狹窄，缺乏完善的知識體系。使得設(shè)計師們只陶醉于數(shù)字技術(shù)的快捷便利網(wǎng)絡(luò)圖像信息的快捷傳播使室內(nèi)設(shè)計的風(fēng)格和內(nèi)容方面變得更利于模仿與嫁接。設(shè)計師急需拓展專業(yè)領(lǐng)域，轉(zhuǎn)換角色職能，提高技術(shù)含量，加速科技創(chuàng)新。帶著中國先進(jìn)設(shè)計文化思想與了解國際相關(guān)專業(yè)為主導(dǎo)的理念，邁向國際交流的行列是“新角色”的任務(wù)，多軌制轉(zhuǎn)變心態(tài)才能夠發(fā)展中國的室內(nèi)設(shè)計事業(yè)。

四、通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)支撐，室內(nèi)設(shè)計教育模式發(fā)生變化

我國室內(nèi)設(shè)計專業(yè)教學(xué)在課程設(shè)置、學(xué)時分配、實習(xí)實訓(xùn)等設(shè)置內(nèi)容上都存在著諸多問題。伴隨著室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域進(jìn)入了一個嶄新的時期，數(shù)字化虛擬現(xiàn)實技術(shù)勢必帶來室內(nèi)設(shè)計的變革，相應(yīng)設(shè)計學(xué)教育模式發(fā)生變化。首先，在培養(yǎng)方式上側(cè)重于藝術(shù)型人才培養(yǎng)，注重建筑與室內(nèi)的整體學(xué)科關(guān)系、文理交叉、藝術(shù)與技術(shù)相結(jié)合，更為科學(xué)、合理。其次，重視運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，采取直觀的軟件教學(xué)方式。再次，修訂教學(xué)計劃，修改教學(xué)大綱，合理安排課程學(xué)分的分布，避免學(xué)生作業(yè)堆積，畫圖拖圖熬夜現(xiàn)象出現(xiàn)。目前數(shù)字化虛擬技術(shù)日趨強(qiáng)大，二維繪圖向三維化轉(zhuǎn)變，室內(nèi)設(shè)計教育體制必然要改革更新，專業(yè)四年制課程學(xué)習(xí)時間應(yīng)有針對性安排，不應(yīng)停留在傳統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計教育模式。

五、虛擬現(xiàn)實在室內(nèi)設(shè)計中的展開式實驗

在室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中，我們重點采用了VR-PLATFORM這款虛擬現(xiàn)實軟件來輔助我們實現(xiàn)教學(xué)模式的改革。室內(nèi)虛擬現(xiàn)實設(shè)計軟件“VR-PLATFORM”通過建筑模型的建立，在居室設(shè)計中供水、重力、電力、風(fēng)力等實驗進(jìn)行技術(shù)上的模擬分析，數(shù)據(jù)測算和直觀的顯示，協(xié)助設(shè)計師修改方案。在東南大學(xué)成賢學(xué)院藝術(shù)本科生室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中，結(jié)合住宅方案設(shè)計，運(yùn)用軟件“VR-PLATFORM”進(jìn)行了科學(xué)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的方案修改。以某小區(qū)樣板間供水系統(tǒng)為例，為了能夠生動并且直觀的得出室內(nèi)供水、供電等設(shè)施的管路信息，可以通過建立模型、構(gòu)建場景、烘焙貼圖、制作動畫等制作出執(zhí)行文件，并將其導(dǎo)入到VRP仿真系統(tǒng)開發(fā)包當(dāng)中，從而構(gòu)建一個真實的居室供水虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。如圖1首先依照給水系統(tǒng)的CAD圖紙通過3DS MAX建立水管路的模型。通過將3D模型導(dǎo)入到VRP中進(jìn)行優(yōu)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(guān)閉以停止流水，完成管路、管接、水閥之間進(jìn)行交互，有效地實現(xiàn)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(xiàn)實技術(shù)的支持下，室內(nèi)給水系統(tǒng)都得到了最大的優(yōu)化，從而大大提高了設(shè)計人員在設(shè)計住宅或設(shè)計大型室內(nèi)項目時對于給排水部分的設(shè)計的掌控程度?！霸O(shè)計中很多問題和錯誤的出現(xiàn)往往是由于考慮不周或缺乏遠(yuǎn)見。VR使我們有可能避免這些，直至達(dá)到滿意結(jié)果?！?/p>

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