建筑虚拟现实技术范文

导语：如何才能写好一篇建筑虚拟现实技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】建筑仿真;虚拟现实技术;三维图形

随着计算机技术和信息技术等高新技术的快速发展,仿真技术也得到迅速的推动,并在高技术的发展中越显其重要作用,能够应用在各个领域。近三十年来视景仿真环境与技术发展历程展望了视景仿真环境与技术进一步发展的趋势。

虚拟现实(Virtual Reality,简称 VR)是指为用户提供一种模拟现实的操作环境,利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、触觉的感观世界,使人们对所研究的对象和环境获得身临其境的感受,从而提高人类认知的广度和深度,拓宽人类认识客观世界的“认识空间”和“方法空间”,最终达到更本质地反映客观世界的实质。视景仿真是仿真动画的高级阶段,也是虚拟现实技术的最重要的表现形式,它是使用户产生身临其境感觉的交互式仿真环境,实现了用户与该环境直接进行自然交互。其中,作为表现三维视觉仿真中的建筑技术就显得非常重要了。

一、建筑仿真有三个非常鲜明的特征

1、运动是实时的,计算机呈现给人们的图形图像所表现的场景运动是与人们在现实生活中所见的一样,运动节奏光滑平稳;

2、建筑是三维的。能够允许观察者从不同的角度来浏览建筑特征,细节丰富、逼真,满足人们的视觉感受,使人们产生身临其境的感觉;

3、它是可交互的。允许通过键盘、鼠标或其它计算机输入设备、计算机程序对建筑浏览过程进行实时控制,对其中的物体进行规划和操作。

二、建筑仿真与虚拟现实技术的应用范围

建筑仿真与虚拟现实技术可以表现大型工程漫游,展示各种拟建设的工程项目,为国际和国内工程设遨游计投标建立多种层次、细节丰富的虚拟模型,真实再现工程竣工后的情况。用户可选择不同路径进入

该项工程的任意部分;也可为已建设或正在建设的各种工程项目展示其周边环境、内部、固定设施的配套情况。又可以应用于名胜古迹的仿真旅游,展现名胜古迹的景点,可以任意选择路径装修各景点,乐趣无穷。

三、制作逼真的建筑模型的实现方法

三维计算机表现是采用计算机模拟现实中的三维空间物体。在计算机中构造三维的几何造型,并赋予表面材料、颜色、纹理等特性,然后,设计造型的运动、变形,灯光的种类、位置、强度及摄像机的位置,焦距,移动路径等,最终生成图象,并可以将制作的动画输出到其他硬件录制设备,三维计算机动画不仅可以模拟真实的三维空间,而且还可以产生现实世界不存在的特殊效果。建筑仿真可以使用3DMAX软件制作。3DS MAX是美国著名软件开发公司 AUTODESK 继 AUTOCAD 后推出的又一力作。该系统软件在三维造型、场景模拟、视觉效果、动画制作等各方面具有强大的功能。

一、通过几何体和二维图形利用编辑命令完成模型的建立,创建出形象比例精确的建筑模型。3D Studio MAX还可制作出山、水、波纹、波浪、颗粒及非规则形体,如:人体、植物等。利用3D Studio MAX 中丰富的材质和质感,可以对整个实体或部分实体进行颜色、明暗、色裹、反射,凹凸和透明度等进行编辑,再通过设定物体、相机、光源和路径来制作动画。物体可进行变位、旋转、缩放、伸压等变形,光源可为环境光、泛光灯、聚光灯,并可设置任意多个相机的位置,方向和角度,方便进行灵活调整,在动画实时预演功能中,及时观察物体效果。另外,还可以利用3D Studio MAX 中淡入淡出,模糊,光晕,星光闪烁,雾雨,声等,很多特殊效果,制造特技处理,可产生超乎现实生产的变幻莫测的神奇效果。

二、使用“纹理贴图”图片,用来替代详细的模型。3DMAX软件中丰富的材质贴图技术用纹理、不透明、法线凹凸贴图、光照等技术而不是增加几何造型复杂度来提高逼真度。用来创建低多边形数的模型来简化和减少实时应用的程序要求。在对应位置的多边形表面上这样处理可以减少模型的多边形数目和复杂程度,提高图像绘制输出时的显示速度。达到使用较少的多边形创建更现实的细节的能力。只要视点不过于靠近实体,纹理贴图并不会降低场景的逼真程度。比如制作天安门城楼,用相机对五个方向(上、、左、右、前、后) 共拍摄五张照片,通过“展平的UVW贴图”命令处理成大图像。计算机可以从这些图像里产生任意方向的图像,从而使用户有身临其境之感。

三、利用“全景导出器”进行360 度球形全景的渲染。这样渲染出来的建筑模型,可以从任意的方向观看建筑。其视点和视角是任意可变的,视点可推进,也可拉远,可上升,也可降低,视角和转动的速度完全由用户自己控制,这跟用户观察实景的过程是完全一致的。给人以身临其境的视觉满足感。

【参考文献】

[1]王行仁,建筑与仿真的回顾与展望,系统仿真学报,1999(5)

[2]徐素宁,等.虚拟现实技术在虚拟旅游中的应用,中国图像图形学报,,2003

[3]杨键,耿卫东,等. 基于图像的虚拟景观漫游. 计算机辅助设计与图形学学报,2001 , (3)

作者简介:

篇2

【关键词】虚拟实境 虚拟现实技术 建筑设计

虚拟实境（也称虚拟现实）是计算机与使用者之间的一种更为理想的人-机界面模式。使用者通过头戴一个头盔，手上戴着传感手套，就像在一个虚拟世界中，在虚拟环境中漫游，并可以操作其中的“物体”。

一、虚拟实境

（一）虚拟实境（也称虚拟现实）的定义

英国学者Jelena Petric和Tom Maver 曾经试定义虚拟实境相关名词，包括：1.真实的（Real），就是真实存在的、非想象的、实事上有的；2.虚拟的（Virtual），相对而言，和实际存在的物体有区别，是想象之产物；3.虚拟实境（ Virtual Reality）：曾经存在、目前存在，或未来将存在于真实建筑造型或功能中之电子模拟；在这里加了时间的因素。4.Real Virtual：从来不存在。称其为不存在，是它为虚拟的，想象的。

（二）虚拟实境的特点

虚拟实境应具有以下特点。一是通过计算机生成一个非常形象的足以让我们认为是真实的一个人类视觉的虚幻的世界。我们不仅可以看到而且可以听到、还能摸到及闻到这个虚拟世界中发生的一切。这种感觉很真实，至于我们能在这个虚幻的世界中而感觉不到是虚拟的。这就是虚拟实境的第一个特点，即浸没感（Immersion）或临场参与感。一般来说，虚拟系统的输出设备应尽可能面向使用者的感觉器官以保证良好的浸没感。使用者在虚拟的环境中可以通过跟踪使用者的身体的运动来完成，与虚拟物体的接触通过戴在手上的传感装置检测来实现。

虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型是不一样的，它是一个动态的世界，一个开放的环境，它可以对使用者的指令作出响应。比如你可以拿起一根尺子就可以在虚拟现实中画图一样，你甚至可以用虚拟的手感触到虚拟物体存在，虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响，这是VR的第二个特征，即交互性（Interaction）。

所以，虚拟现实是人们可以通过视觉、听觉、触觉等感受到设计者思想的一个高级界面。

二、虚拟现实技术的概念及其在建筑设计中的应用

虚拟现实技术这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jargon Lanier）在20世纪80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统，它最早源于美国军方的作战模拟系统，90年代初逐渐为各界所关注。

建筑活动具有实际操作性，所以，建筑业主都希望在设计时能比较形象化地知道建成是什么样子的，而设计者也希望在设计的过程中，就能真实地表现建筑建成以后的样子。

计算机运用ALV（Advance Lighting Visualization）语言，可以给设计者提供一个逼真的环境。目前Lightscape， 3DS MAX等这类软件就能够建立复杂的数据模型并完成光线效果的模拟。但是这些都是静态的。如果进一步把场地及环境的信息输人计算机，使用计算机处理之后，把这些因素合成在一起，就能得到比传统画图方式要真实得多的仿真效果。

建筑设计及教学中虚拟现实系统的应用可以使设计者感受时间与空间的转变，输人不同的变量参数能够预测不同种类的情况。例如变化室内光线、温度、及其他一些物理环境，通过虚拟现实系统可以使设计者和参观人进行交流和评价。

（一）设计方法

传统的建筑设计基本上是采用二维的绘图和简单的实体模型来表达三维的空间，但是真实的建筑是三维及其环境组成的。所以这种方法一直制约着建筑师和建筑学的发展。

使用计算机技术在虚拟空间中建立的三维数据模型，可以从各个角度观看、研究，而且可以快速、真实地表达各设计要素，如材质、光线、高度、比例等，有利于设计者进行推敲和修改。

（二）设计成果

传统的设计成果主要是以图纸来以及实体模型、动画来表达。而计算机的应用则创造了新的成果形式：模拟空间数据。这种方式所传递的信息大大多于传统方式，同时具有传递快捷、保存方便等优势。

计算机技术的发展和应用，使得三维方式的成果表达将占据越来越重要的地位，目前在一些发达国家的建筑行业，已经尝试利用计算机来制作三维线框模型来绘制建筑施工图，虽然这种方法的在实施过程中还有许多问题，主要就是与多年来建立的建筑制图的规范和标准之间存在矛盾。但是也可以考虑建立一些电子化的三维标准。

（三）设计环境

建筑设计不只是一个简单的平面体现，而是系统化三维甚至加上时间因素的一个过程。从设计开始的资料收集到设计的深人、表达和成果的展示、存贮，因为应用了信息技术，而变得更加连贯和系统。设计者之间，以及设计者与业主、设计者与公众、设计与施工之间可以更好地交流和沟通，大大提高工作效率和质量。

三、结语

而在信息时代，信息传递的手段大大增加，建筑设计也必然走入这个信息高速发展的环境。“空间”不再局限在传统的城市广场、公园、街道等，还包括电脑空间、网络空间、虚拟空间等。这种交往方式的改变，要求我们必须重新定义以往所熟知的建筑设计观念。

篇3

关键词：虚拟现实技术；建筑设计

建筑是人类历史文化的载体，任何时代，建筑都以其感人的形象展现出它的风貌，反映它所包容的各种信息和内涵。一个建筑师怎样才能将自己的设计理念形象直观地展示给公众面前以供评赏呢？虚拟现实技术的介入，使这个问题得以解决。

随着建筑师对计算机应用的深入，计算机在制图、管理、建模、表现、信息存储与查询等各个方面的作用正逐步变得清晰起来。这些逐步清晰的影响叠加在一起，勾勒出一个工作方式的轮廓：以数字化的设计媒体为基础，依靠计算机网络实现信息的交流，以数字信息的交换替代原先图纸的物理交换。虚拟现实技术是计算机软件技术发展的成果，它的出现和在建筑设计领域的应用为建筑师提供了更为广阔的设计方法。它改变了建筑师的工作方式，设计者可以漫游于虚拟的场景之中或之外来体味对建筑空间的感受，及时对设计做出修改和补充，从而迅速、准确地对比各种设计方案的可行性。虚拟现实为业主与建筑师间的沟通架设一个“虚拟”的桥梁，使建筑师不断与业主交流，以达到业主满意，避免了建筑师很多不必要的重复劳动。[1]

1、虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality,既是大家熟悉的VR）又称灵境技术，是20世纪末发展起来的一门涉及众多学科的高新技术，它集成计算机技术，传感技术，仿真技术，微电子技术为一体。一个好的虚拟现实环境是由计算机图像学，图像处理，模式识别，多传感器，语音处理，网络等技术所构成的大型综合集成环境。虚拟现实技术作为一项实用技术，在建筑业中有着广阔的应用前景，它将带给我们一个崭新的天地。

2、虚拟现实技术特点

虚拟现实技术从本质上讲就是一种先进的计算机用户接口技术，它通过给用户提供视觉，听觉，触觉，嗅觉，味觉等各种直观而自然的实时感知交互手段，最大限度地方便人机的交互操作，而不再需要进行繁琐的敲打键盘输入，提高了整个系统的工作效率。

虚拟现实技术有三个基本特征：沉浸感，交互性，构想性。其中沉浸感是指虚拟现实系统不再像传统计算机几口一样，用户与计算机的交互方式已经是自然的，就像现实中人与自然交互一样，完全沉浸在通过计算机创建的虚拟环境中；交互性是指虚拟现实系统区别与传统三维动画的特征，用户不再被动的接受计算机所给予的信息或者是旁观者，而是能够使用交互设备来操纵虚拟物体，以改变虚拟世界；构想性是指用户利用虚拟现实系统可以从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而深化概念和萌发新意。[2]

3、虚拟现实技术在设计领域中的应用

3.1 在建筑设计中的应用

在建筑设计学科领域，建筑师除了用部分语言文字来表达之外，更多的是用线条来表达其设计理念，如果不是专业人士，则很难与其沟通。因此，为了让公众明白和了解，设计师只能通过透视图，以一种表面的建筑外形来表达他的设计意图，而这则具有一定的局限性，如果我们借助虚拟现实技术，将我们用CAD工具制作的数字化模型投入到虚拟现实环境中，可以让设计师及公众从不同的角度去审视或观赏建筑的外部空间形象。例如，荷兰Eindoven 大学的Calibre 研究院应用虚拟现实技术在河中小岛上设计了一栋博物馆，其坐落在河边的斜坡上，可以俯瞰小岛，同时也可以考虑山坡的轮廓，加上建筑的细节，如门窗的设计，来表达那充满自由曲线的外部形体,充分表达了其设计意图。如果我们用传统的设计方法来表达，则具有一定的难度，虚拟现实技术的应用，会让我们在设计中发现潜在的缺陷和问题。所以虚拟现实技术在建筑设计中的应用是十分必要的。

3.2 在室内装饰中的应用

室内装饰阶段，标志着工程项目已经临近了竣工日期，这时，工程一般非常紧，可能会出现无法预期的问题，导致延长工期，造价增加。运用虚拟现实技术则可以在计算机上提前模拟出需要的效果，这样我们就可以提前预知一些问题，如，房屋空间的比例尺寸，消防安全性，色调上，以及光照效果等。只要花少量时间在计算机上修改，就会使上述可能会出现的弊病得以避免。

3.3在景观园林中的应用

景观园林对于环境变化的前瞻性和周围景物的关联性要求很高，因此在动工之前就必须对完工之后的环境有一个明确的，清晰的概念。通常情况下，设计者会通过沙盘，三位效果图，漫游动画来展示设计效果，供公众来理解和感受，以上的传统展示方式都有不同的优缺点，但有一个共同的缺点，即不能以人的视点深入其中，得到全方位的观察设计效果，而运用虚拟现实技术后，可以任意角度，真实的看到设计效果，身临其境的掌握设计师的设计意图。[3]

3.4在展示设计成果中的应用

虚拟现实展示设计是一种对现实的超越和丰富，当代科学技术的发展，为这种展示形式提供了条件和路径，虚拟现实展示手段在一定程度上满足了数字化社会人类对多媒体的展示、传播要求。作为一种新的多媒体数字展示手段，虚拟现实展示设计在未来相当长的一段时间内，特别是多媒体信息展示中，将起到越发重要的作用，随着CAD人工智能，多媒体等技术的进一步发展，虚拟现实展示设计也将会朝着多元化、一体化方向发展，交互方式更加自然，创新设计的手段将更为先进、有效，可以说从整个设计发展趋势看，虚拟现实展示设计代表了现代信息展示模式的发展方向。

4、虚拟现实技术对建筑设计的影响

传统的建筑设计，建筑师是以笔、纸和计算机制图来完成的，通常情况下，建筑师按自己的经验对设计进行把握，有时设计会出现一些偏差，使其设计思维受到了一定的局限。

虚拟现实技术提供的崭新的信息交流界面，是其它传统设计方式无法比拟的，设计者可以从任意角度观察虚拟物体的三维效果（空间的造型，物体的色彩，大小，材质等）。其提供的实时三维场景调整，信息查询及多媒体信息集成等技术，为方案的设计风格，造型手法和信息展示提供了强有力的支持。在虚拟环境中，虚拟环境拓宽了建筑师的想象力，提高了设计能力，可以帮助建筑师设计出多元化的设计方案，提高设计质量。虚拟现实技术的发展前景十分诱人，在某种意义上讲，它改变了人们的思维方式，改变了人们对自己，对他人，对世界的看法，对建筑师而言，这些改变也就意味着新的设计思路的诞生。

5、总结

在虚拟现实系统中，人们仿佛置身于一个完全真实的环境中，使得建筑设计能够突破“平面，立面，剖面”的刻板设计模式，进入一个更直观更生动的层面。由于我国虚拟现实技术发展相对较慢，在技术和应用上还有很多问题，这些不足主要体现在软硬件设备要求较高，价格昂贵及建筑设计与虚拟现实技术的融合问题等。但愿建筑设计人员不拘于传统的设计方式和设计理念，虚拟现实技术在建筑设计实践上的普及将指日可待。到那时，我们可以在虚拟环境中逃避现实的喧嚣，可以感受过去的旷古和未来的辉煌。

参考文献：

[1]韩建华.虚拟现实技术在建筑表现中的应用研究[J].华中建筑，2012(03):69-71.

篇4

关键词：虚拟现实技术；建筑设计；教学

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：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

我国的计算机技术在不断的发展，各方面都有不断有所突破，而虑拟技术也逐渐完善。在建筑设计教学中引入虚拟现实技术，那么建筑设计教学活动中对课程自然交互性以及情景化的要求基上可以得到很好的满足。不仅老师能够以此来简化现实中太过复杂的细节，最重要的是学生可以亲身体验一个实际无法到达的环境，从而观测到现实中也无法实现的现象。因此，其在培养技能型、操作型复合人才为最高教学目的的建筑设计教学中有着光辉的应用前景。

一、虚拟现实技术在建筑设计教学中的应用

（一）展示三维物体

建筑设计教学的过程中，经常要通过实物展示来对教学内容加以辅助和解释，使得学生加深对抽象概念的理解。在传统的教学模式中，老师为了帮助学生形象的感受到物体三维信息，一般会采取以下措施：第一，投影仪。第二，实物展示。第三，计算机造型软件或者三维动画。

相对来说这种方法比较理想，不过其也存在一定的不足，即三维动画是程序预先设计好的，在展示的过程中只能简单的对他进行播放或者停止的控制，而无法按照主观的需要对其视角进行任意选择。不过利用虚拟现实技术就可以建构一个与实物完全相同的三维物体，例如在设计高层结构的整体造型时，可以采用3Ds MAX进行建模，再通过VRML语言来实现虑拟境界的构建，最后在不超出结构力学要求的范围内对整墙、柱、梁的比例、数量、截面形式和排列方式等因素进行调整，通过这种方式可以将看似枯燥的建筑结构突然展现出丰富多彩的表现力。而当学生能够认真地处理每一个梁与柱、柱与柱、柱与墙等等之间的关系时，建筑结构就会像变成了活的东西一样。

（二）展示三维空间

三维空间指的是按照历史资料在过去曾经真实地存在着的或者是在现实世界里仍然存在着的空间。在进行建筑设计的教学活动时，学生需要借助三维空间加深对概念及知识点的理解，但是往往受到各种条件的局限，让学生进入到这些空间里往往是无法实现的，所以以往的教学过程中，只能借助老师的详加描绘以及学生的想象能力，帮助学生在大脑中进行虚拟空间的模拟，这种方法会受到学生知识结构及想像能力的局限。

但是如果利用了虚拟现实技术，不仅可以帮助学生在脑海中构建相应的三维空间，还可以实现让学生看得见、听得见甚至摸得着的体验。由此可见，基于虚拟现实技术的情景教学法是别具一格、独树一帜的，可以说是对传统教育模式的一种变革与挑战。

（三）虚拟场景的构造

所谓的虚拟场景是指把现实生活中可能会出现或者曾经出现的场景在不同的时间或空间内，利用虚拟现实技术加以实现。在传统的教学过程中，创设建筑设计的学习场景只可以利用老师所准备的图片课件，要么就是录像资料甚至老师的言语进行展示，学生处于一个被动学习的地位，特别是有些情境老师的描述与学生的理解有可能大相径庭。

倘若采用虚拟现实技术，使学生进入到虚拟的圆明园，让他们自己主动去游览这个恢弘园林当中的楼、阁、亭、台、堂、榭、房、舫、馆、轩、斋、园廊等总共十二种的建筑形式，而后再对照教科书的内容，其授课效果显然会比较好的。一旦有条件来采用沉浸式的虚拟现实技术，让学生通过头盔显示器，来面对虚拟的塔、墙、桥等中国风格的建筑，使其在身临其境的过程中掌握园林营造的效法自然的基本理论，对圆明园的布置及构思进行印象深刻的感知和感受，例如其所用到的陪衬、比较、位置的相对性、外观以及空间的相对性和深度排列，此外还有整体建筑的设计理念，比如“隔景”、“分景”、“借景”等，这些都是在以往的课堂中无法实现的功能。

（四）进行虚拟实验

普通的学校在现有条件下，有很多实验是根本都不可能做的，比如全年采光实验及天然光的导光系统实验，同事还有些实验则是不能给学生做的，比如高层建筑的玻璃幕墙防护冲击波的实验。另外在教学中不可避免的会用到很多实验器材、培训器材，这些器材的价格有可能很昂贵，那么对于其普及率也有着一定的限制。

但是如果采用虚拟现实技术，那么就能够有效解决实验效果与实验条件之间的矛盾。同时借助虚拟现实技术可以利用多媒体计算机技术建立起一个虚拟实验室，学生进入虚拟实验室的过程可以借助不同的路线来实现，那么其就可以以身临其境的感觉来操作虚拟仪器。同时，操作结果信息还可以通过交互式的多媒体向学生发出反馈，使得学生可以参考这些信息，来判断自身的操作设计是否符合规范。这种实验方法无需消耗器材，更不受场地、空间等外界因素的影响，并且可以重复操作，直到满足建筑设计的要求。虚拟现实技术下的实验室还具备一项非常显著的优势，即其安全性，不会由于学生的操作事故而发生人身事故等问题。

二、结束语

随着计算机技术日新月异的发展，虚拟现实技术也慢慢的走进课堂，走进建筑设计教学中。在虚拟现实技术所营造的教学情景中，学生会产生身临其境的感觉，使得相对抽象的建筑设计教学可以以直观、生动的形象展现出来。不过由于虚拟现实技术发展的时间相对较短，因此在技术的应用方面还存在着许多问题，而这也严重制约了其在建筑设计教学当中的普及应用。当然，随着虚拟现实技术的继续进步和飞跃，这种新的建筑设计教学媒体必将被广泛地应用开来，而当虚拟现实技术在建筑设计教学中真正普及时，也一定会使教学方式随之产生翻天覆地的变化。

参考文献：

[1]林琳.虚拟现实技术在建筑设计教学体系中的应用[J].电大理工,2008(01)

[2]罗小华.虚拟现实技术应用于建筑设计类课程教学初探[J].高等建筑教育,2009(06)

[3]杨震,朱健江.建筑设计中的虚拟现实技术应用前景[J].科技广场,2008(10)

[4]刘烈辉.虚拟现实技术与建筑设计[J].南方建筑,2006(02)

篇5

【关键词】虚拟仿真技术；建筑工程；施工

近年来随着社会经济的不断发展，计算机技术也开始普及，并在建筑工程中得到广泛应用，促进了管理水平与施工技术的提高，对施工科学的进步与发展也起到了非常重要的作用。现阶段建筑施工中主要应用的软件系统有CAD辅助系统、智能管理系统以及办公自动化系统等等，这些计算机技术的广泛应用对传统施工理论是一种改造与发展，同时也为传统的施工方法带来了新的理念，目前在建筑施工过程中应用虚拟技术已经成为可能，通过虚拟技术的应用，建筑施工将会创造更大的经济效益与社会效益。

一、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用

虚拟现实技术主要结合了计算机方针技术、计算机图形技术以及现实技术等多种学科的优势于一身，使人机交互对话成为了可能，为其提供了更加真实、直接的三维界面，同时还在多维的信息空间中搭建虚拟的信息环境，用户在使用时会产生一种身临其境的感觉。虚拟现实技术一方面结合了仿真技术的优点，另一方面为用户提供更加真实的环境效果，在很多领域中都有非常广泛的应用。

仿真技术是基于系统动态模型的一种实验方式，具有经济性与安全性的优势，在很多领域中都有广泛的应用，例如航空航天、电力、交通等等，此外，在煤炭、化工等领域中也有很好的应用。

二、虚拟仿真系统在建筑施工中应用的意义

虚拟现实技术主要指在工程施工过程中对施工进行模拟，首先需要在施工之前掌握各种构建在结构中的相互关系即相对位置，在实验中通过多种方法，对工况应力进行计算，使方案得到优化，其产生的意义主要可以从以下几方面进行探讨。

（一）优化施工方案

在建筑工程施工过程中，施工组织、施工方法的选择都要建立在一定的施工经验基础上，从这一方面来说具有一定的局限性。与此同时，现代建筑都具有鲜明的个性，所以施工就不能完全重复，虚拟仿真技术的使用可以在方案中将施工组织与施工方法科学、直观的展示出来，并将方案的对比定量完成，这对于方案的优化是非常有利的，促进了最有施工的真正实现。

（二）引入新的施工技术

虚拟仿真技术在工程施工中的应用可以最大限度的降低技术人员对施工工艺进行试验的成本，帮助施工人员革新思路，同时还可以将新技术的成效完美的展示出来，大大缩短新技术的引入与推广时间。

（三）施工管理更加便利

施工仿真技术可以对施工全过程进行事先的模拟，在模拟的过程中就可以将施工管理中容易出现的安全、质量等隐患及时找出来，并采取相应的措施对这些隐患区域进行强化，使施工现场的管理效果及施工质量得到明显提高。

（四）便于进行安全生产培训

施工虚拟仿真技术可以将施工过程情况直观的显示出来，有了这种技术的帮助，操作人员就可以更加全面的来哦接操作流程，做到优质的完成工程施工任务。

（五）大型工程设计

施工虚拟仿真技术可以对设计是否合理进行考察，从而可以更好的修改拟改进部位，获得的设计效果将会更加令人满意。同时，设计的方针对设计单位与施工单位以及业主之间进行设计交底也是非常有利的。

（六）建筑市场管理

在招标过程中，施工虚拟技术可以直观的对比各方的成效，评标的公正性与透明度因此得到增加，这对建筑市场的规范性管理是非常重要的。

（七）其它方面

施工虚拟仿真技术的开发一定会带动虚拟现实技术的广泛应用，应用到建筑业的其它方面，并充分带动城市规划的优化和虚拟现实技术的发展。

三、建筑施工中虚拟仿真系统的研究与应用前景展望

（一）应用现状

现阶段虚拟现实始终作为一门新兴科学而存在，虚拟建造直到现在也没有得到一个十分明确的提法，现阶段的研究主要集中的理论、研究以及系统的层面上。

（二）应用展望

仿真技术是否可以在建筑施工领域中得到广泛引用，主要取决于仿真软件及计算机硬件的发展，现在虚拟仿真技术在工程施工中存在的问题主要有：1）虚拟仿真系统的开发及应用对硬件的要求比较高，而且要在专用的实验室或工作站中进行，进行系统开发时需要投入大量的人力和资金，同时演示过程中还会受到设备的限制，移动起来也不是很方便。2）在开发单项工程时，需要用到从国外进口的VR软件平台。因为现在工程施工中几乎没有成型的虚拟仿真系统软件，所以需要开发一个新项目，这需要较高的成本，开发出的系统应该是专用的集成型的软件系统，从而为单项工程的开发奠定坚实的基础。3）现阶段我国的一些建筑集团已经建立了属于自己的设计研究院，这无疑为施工企业技术人才的培养创造了有利条件。

目前我国一些施工企业洪的技术人员已经具有非常高的技术研发能力，很多建筑施工集团已经成为施工软件研发的主力军。另外，一些高校和科研机构也开始极力开发工程施工中涉及的技术软件，在工程实践等方面对集成控制等技术进行积极的探索与引用。真个工程施工领域中的计算机辅助软件正在逐步形成，并为人工智能理论与方法的推广奠定了基础。

随着仿真技术应用的领域越来越广泛，相关软件也取得了突飞猛进的发展，同时新的仿真平平台、计算方法以及编程技术将会体现出更好的可扩展性，并在多种领域中得到应用。此外，对仿真系统进行的微机化探索在在不断发展之中，并已经取得了一定的成效，这为虚拟现实在微机上的应用成为了可能。通过对集成型、通用性施工软件的开发，一定会加快软件的普及速度，并使单项工程的开发成本得到降低。

结语：

综上所述，目前高新技术已经开始日益发展，建筑也一定要勇于创造，积极吸纳新技术，从而促进工程施工技术的不断发展，为现代化的实现创造条件，这成为建筑工程施工企业适应激烈的市场竞争的重要途径。

参考文献：

[1]杜晓刚. 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析[J]. 中华民居，2011，（6）.

[2]郑亚文. 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究[J]. 施工技术，2009，（12）.

篇6

[关键词]建筑文化遗产　虚拟现实　艺术性

建筑文化遗产虚拟现实是指运用数字化技术――主要是虚拟现实技术，通过计算机对古代建筑、遗址、文物等进行复原、仿真、再现、展示和保存，是科学技术与艺术的完美结合。作为一个全新的数字化作品，如何尽可能的“真实再现”古代建筑及其所蕴涵的艺术、文化信息，除了技术上的实现之外，如何运用艺术手段来表现以增强作品的艺术性进而提升作品表现力是目前建筑文化遗产虚拟现实研究中关注的课题。

一、虚拟建筑文化遗产的现状分析

1、“重技术”、“轻艺术”

由于数字化技术较为尖端和超前。“目前的虚拟现实研究大部分集中在开发、制造引人入胜的VR系统所需的技术上，多数大学的VR课程由计算机系开设”。“把建筑文化遗产当作自己研究领域的素材”、“强调虚拟现实技术的开发”、“忽视艺术家表现作用”，使得国内建筑文化遗产的数字化虚拟再现工作主要由计算机方面的专家承担。他们认为：只要依靠计算机技术“忠实”的“记录”下建筑文化遗产原本的造型、色彩、图案信息就够了，不能添加任何的主观理解和感受。

计算机方面的专家一般不具备应有的艺术修养和美学素质，很难从审美的高度上去考虑虚拟建筑文化遗产的艺术表现问题。他们往往单纯借助如数码拍摄和三维扫描等高科技工具、从技术的角度去“抄”建筑文化遗产，忽视了获取真实的图像资料、三维模型与表现建筑艺术的区别。而艺术家、人文学家虽然有很高的艺术修养和美学素质，但一般缺乏应有的编程技巧、理性思维，无法直接参与此项工作。这就导致了目前数字化技术的运用和建筑文化遗产虚拟再现的艺术性出现了脱节，致使目前研究角度大多停留在各种算法的实现上。所以目前很多虚拟现实作品“生硬的画面、蹩脚的操作、毫无趣味的漫游，使得VR的实际效能远远低于“虚拟现实”这个词所带给我们的想象。”为增加作品的艺术性、真实性和观赏性，虚拟建筑文化遗产下一步应该更加重视艺术表现的作用。

2、光影缺乏真实性

光影是塑造空间的重要手段，虚拟现实的“现实”除了要有准确的模型，还要有真实、丰富的光影。阳光在建筑艺术中的作用很早就被建筑师所重视：古希腊的神庙、中世纪的教堂、我国古代宫殿建筑以及民居等都注意了光影所产生的明暗对比、虚实变化。而通过计算机编程实现的虚拟现实作品在“三维阴影生成技术却显的无能为力”，只能使用二维平面模型模拟物体的阴影。这样的作品既不能表达现实空间中虚实变化多样的阴影，也不能表现物体受光之后各个表面之间光子的相互反弹，无法准确的反映出空间的环境色彩。

3、忽视环境艺术的处理

建筑文化遗产包括建筑物，更包括其周围环境。但是处理山体、树木、水等环境，需要计算海量的信息，需要配置极高的电脑设备，不然就会影响作品流畅的运行。所以目前的虚拟现实作品大多只注重主体建筑的虚拟再现，而忽视周边环境的衬托。建筑物因此显得孤立、与环境不协调。塑造真实感强、更加完整的虚拟建筑文化遗产，空间环境的艺术处理也是目前面临的首要解决问题。

二、虚拟建筑文化遗产艺术性

虚拟建筑文化遗产不仅仅是一项工程技术，也是一种全新的数字化艺术。它的发展方向和最终目标是向人们既真实又生动地展示建筑遗产的艺术魅力。古代建筑是人类文化的优秀遗产，是文化的历史丰碑。中国艺术研究院研究员萧默说：“文化是艺术的内涵，艺术是文化的外化。”丘吉尔说：“人塑造建筑，建筑也塑造人。”世界上诸多建筑遗产都是各国文化的外化――人造的城市缔造了自己的独特文化，有自己的语言体系：阿拉伯的拱券，中国的曲线屋顶，法国的芒萨屋顶等都构成了本民族(地域)独特的表述和交互手段。

虚拟建筑文化遗产的“艺术性”是指运用数字化技术手段再现历史建筑的同时。通过对建筑结构、材质色彩、光影、空间环境的艺术处理，完美表达出传统建筑的审美特征、审美意境，使传统建筑更加富于感染力，更好地传达出传统建筑的文化精神。同众多的传统和现代的艺术形式一样，艺术的处理在虚拟现实技术应用过程中起着重要的作用。

构建虚拟建筑文化遗产不仅仅是虚拟现实技术的问题，更涉及到了建筑遗产的艺术性表现问题。虚拟建筑文化遗产的感染力不应该随着时间的流逝、因为技术的更新而减弱，它的感染力也不仅应该达到、而且要“超过”真实，这也是数字化虚拟现实技术作为一种全新手段对建筑文化遗产阐释的真正意义和魅力所在。所以不能一味地强调在数字技术上满足于对建筑文化遗产的描摹，否则就会忽视虚拟建筑文化遗产创作过程中艺术的处理，也就不足以体现作品“真实性”，生硬的画面必然缺少了真正能够打动人的因素。因此建筑文化遗产的虚拟再现不能只寄希望于程序员对新技术的开发和运用。这个工作要创造的不是一批批随着时间的推移、设备的更新和软件的升级而失去了价值或者被淘汰的作品。作品能否经得住时间的考验?首先应该明确的是：作为全新的数字化艺术，建筑文化遗产的数字化过程单纯的依靠技术手段“抄”一个“所谓真实”的建筑是不够的。

研究当今国内外一流的、优秀的虚拟遗产项目之后，我们还是不得不面对这样一个现实：场面辉煌、视觉强烈的画面背后往往是强大的艺术魅力。艺术是永恒的，“作为人类审美创造的艺术世界，不论是侧重再现的，还是侧重表现的，都是一种艺术的再创造。”虚拟建筑文化遗产这个作品最终的高度和深度取决于艺术家的美学素质、艺术修养和艺术创造力，而不是技术本身。十九世纪的欧洲画家如果没有艺术灵感，即使有了光学理论的发展，也不会产生印象派的伟大艺术：没有柯布西埃、密斯等先驱，即使有了机器大生产，也是不会产生现代建筑的：同样的道理构建的虚拟建筑文化遗产，作品的艺术性无可争议的应该作为最终追求的目标，艺术家的创造力、想象力和表现力是这个工作的最大资本。

三、艺术家、人文学者参与虚拟建筑文化遗产工作的必要性

虚拟建筑文化遗产的艺术性、创造性和想象性是作品真实性的保证，也增加了作品的观赏性，虚拟遗产和真实遗产的差异，这些共同决定了艺术家和人文学者的参与“虚拟建筑文化遗产”建设的必要性。从长远角度来看，随着时代的发展和人们对虚拟建筑文化遗产艺术性的追求不断提高，在建筑文化遗产的数字化虚拟再现这个工作中投入的最大的资本不是计算机软硬件，而是艺术家的创造力、想象力和表现力。

“虚拟现实之父”、美国科学家lvanSutherland博士对虚拟现实做了最早的研究，1965年他在“The ultirmate Display”(终极显示)论文中首次提出了包括有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，他指出由计算机生成的虚拟世界，应该是“看着真实，感觉真实”。这里的“感觉”，浅层意思可以理解为触觉、味觉等等。但其深层意思却告诉了我们什么是虚拟现实的重点，那就是虚拟现实的“真实”最终是感觉的真实!

篇7

关键词 虚拟现实技术；博物馆；技术应用

中图分类号 TP391 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0110-01

1 虚拟现实技术

虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。将编辑好的三维数据输入到虚拟现实软件的程序中，然后用直观的方式将信息展现到人们眼前，使人们能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，让人们可视、可知、可感，甚至是可嗅。

虚拟现实技术可跨越地域的限制，将人们无法亲临的景物呈现在人们的眼前，更可直观的剖析很多无法拆卸和展示的事物。使人们更深入的了解事物的本质和内涵。

2 虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术已经广泛应用在我们生活的各个角落。应用在商业上，可以缩短开发周期，减少投资费用。应用在医学研究上，可以数字化人体结构，虚拟手术过程，很好的解决了人体实验对象资源匮乏的问题。应用在娱乐行业，虚拟滑雪场、4D电影等更是丰富了消费者的娱乐生活。

现在虚拟现实技术更进一步深入到了教育行业。虚拟校园、虚拟教学、虚拟博物馆的出现，改善了传统语言教学的略显枯燥的教育方式。使人们更直观、更深刻的获取知识信息。

3 虚拟现实技术在博物馆中的应用

博物馆是人们学习知识、参观文物、感受文化的地方，其社会意义强、教育功能直接，国家重视博物馆建设，主张更多的博物馆向社会开放。把虚拟现实技术应用到博物馆中，不仅能够加强博物馆的社会功能和教育功能，同时也为博物馆新的运作模式提供了可实践的方式，转变传统博物馆随走随看、走不到看不见的情况。故宫文化资产数字化应用研究所利用虚拟现实技术制作了四部大型虚拟现实作品，利用虚拟现实打造的互动展示、自主选取视角等技术，让人们感受到了虚拟现实博物馆的奇妙。

虚拟现实技术可以应用到博物馆数字技术的各个层面，它可用于馆内展品和古建筑的数字展示与数字保存、也可用于展品和古建筑的虚拟修复与文化遗产监测、还可用于博物馆展品随展以及博物馆之间的展览合作。虚拟现实技术应用到博物馆中意义重大，能够在保护文化遗产不受损害的同时，更好的满足观众和游人的参观游览需求。

3.1 基于文物保护目的的虚拟现实技术应用

基于文物保护的目的，博物馆内的展品都收藏在展柜中，受到展柜空间的限制，观众无法近距离观看展品细节，也看不到文物被展柜遮挡的部分，虚拟现实技术解决了这一难题。它将文物的信息利用计算机数据化展示，逼真的呈现在观众面前。更可外接感应终端，模拟文物形态、重量等外部特征。观众可通过对感应终端的操作，实现对虚拟文物的旋转、放大缩小等操作。从而实现了真实文物无法提供的新颖的交互式参观模式。

3.2 基于古建筑保护与内部展示的虚拟现实技术应用

基于古建筑保护的目的，很多时候，观众只能在围栏外或者隔着玻璃参观古建筑内景，受到室内光线和参观距离的限制，室内陈设模糊不清，往往无法达到理想的参观效果。虚拟现实技术引入后，可将文物古迹用数字化形式展现给观众，故宫博物院出品的《天子的宫殿》系列大型虚拟现实作品可带领观众在太和殿、中和殿、保和殿、养心殿和倦勤斋等实际游览中无法进入的著名宫殿建筑中无忧畅游，让观众零距离观赏宫殿内部陈设和古建筑原貌，在保护文物古迹不被损伤的同时满足了人们的求知欲。

3.3 基于文化内涵展示的虚拟现实技术应用

内涵是指事物内部包含的实质和意义，在众多博物馆中文物古迹中蕴涵的是中华上下五千年的历史积淀。利用虚拟现实技术可以将文物古迹背后的历史背景、宗教文化、传统制作工艺等文化内涵传达给观众。利用虚拟现实技术的特点，将这些文化内涵形象化、具体化，并配合动画、解说等后期效果，带给观众超越视觉感受的文化体验。

3.4 基于博物馆合作的虚拟现实技术应用

随着我国国际地位的提升，越来越多的外国友人了解并痴迷于中国的传统文化。我国各大博物馆也与许多国际知名博物馆建立了友好的往来关系。在共同探讨研究相关文物保护知识，交换展览展示经验的同时，博物馆之间会定期举办专题性的借展展览，以此来满足广大观众对异国文化的渴望。但是受到时间、距离以及相关条例的限制，每次参展的文物等级和数量都受到严格的控制，大型展品和宫殿建筑更是无法参展。虚拟现实技术挣脱上述种种束缚，它能将不可移动的宫殿建筑带到展览现场，也可以把宫殿建筑的建造过程和文物的制造工艺以交互式方式传递给观众。虚拟现实技术在随展中的应用丰富了借展内容，把更多的知识信息带给观众，吸引了更多参观者，更好的完成了博物馆文化传播的社会职能。

3.5 基于文物虚拟修复与数据保存的虚拟现实技术应用

光阴荏苒，博物馆中的大量文物古迹都出现脆化、脱色、剥落等现象。保护和修复这些文物古迹也是博物馆日常工作的重中之重。利用虚拟现实技术可以数字化记录文物古迹的现实状态，跟踪监测受损程度，还可以制定出相应的虚拟修复方案，预先模拟修复过程，检验修复技术和手段的可行性，从而避免直接人工操作带来的不必要的文物损伤。同时，这些高精度的数据可以保持起来，以便日后开展更精密的研究工作。

4 总结

虚拟现实技术的发展前景十分乐观，它在博物馆界的应用也会越来越广泛，越来越深入。它能更好的发挥博物馆的社会功能和教育功能，不断为博物馆的发展注入新的活力。

参考文献

[1]吕晓刚.从文化遗产地的表象还原到内涵表达[J].中国传媒大学出版社,2012.

篇8

【论文编号】1671-7384（2017）06-0056-03

教育部在2003年首次颁布了《普通高中技术课程标准（实验）》，技术教育正式被纳入普通高中教育范畴。通用技术课程作为一门全新的、高度综合的技术课程，定位于培养孩子善于观察、动手实践，并从生活中捕捉和发现实用型新技术应用于生产生活的学科。2016年9月，教育部提出了全面发展学生的核心素养。其中明确指出通用技术学科的核心素养为：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。要求学生通过该课程的学习，能够学会或掌握通用技术的基础知识和基本技能，掌握技术及其设计的一般思想方法；具有一定的技术探究、运用技术原理解决实际问题以及终身进行技术学习的能力；形成和保持对技术学习的兴趣和学习愿望，具有正确的技术观和较强的技术创新意识；养成积极、负责、安全地使用技术的行为习惯，发展初步的技术能力和一定的职业规划能力，为迎接未来社会挑战、提高生活质量、实现终身发展奠定基础。

随着科技的进步，教育教学的技术和手段也在不断发展和丰富。传统的教学方式和手段已经无法满足通用技术课程核心素养和课程目标的要求，因此，适时引入新的教育技术手段是十分必要的。本文将虚拟现实技术与通用技术课程内容相结合，以实际教学中对我国古代经典结构的赏析为例，讨论如何实现两者的深度融合，以解决传统教学方式的弊端。

虚拟现实的定义与功能

1. 虚拟现实的定义

虚拟现实的英文名称为Virtual reality（简称VR）。Virtual意味着用户感知到的世界并非真实的，而是由计算机技术虚拟生成的；reality一词的含义是现实，泛指存在于真实世界中的各种事物。两个单词合起来称为虚拟现实，也叫灵境技术。美国是最早进行虚拟现实理论和应用研究的国家。80年代中期，我国开始引进VR技术，并作为国家重点研究项目进行研究。北京航空航天大学计算机系是对VR技术进行研究的权威单位之一，在虚拟环境中物理特性的表示和处理、虚拟环境网络设计等多个领域取得良好发展。

目前，虚拟现实系统主要分为4种，即桌面式、增强式、沉浸式和网络分布式虚拟现实系?y。篇幅所限，本文主要介绍的是沉浸式虚拟现实系统，是将图形工作站和交互设备连接，通过声音、力与触觉等方式，利用2面投影墙，有效地屏蔽周围现实环境，使得学生完全沉浸在虚拟世界中。

2. 虚拟现实的功能

虚拟现实系统的功能非常丰富，本文中所涉及的功能主要包括展示介绍功能、部件拆装功能和轨迹动画功能。

（1）展示介绍

虚拟现实系统的主要功能就是为观察者提供身临其境的真实体验。系统中的古建筑与结构案例向学生展示了我国古代的经典结构设计的过程，介绍了榫卯和斗拱等结构的部件名称和使用方法。让学生有极为直观的感受。

（2）部件拆装

虚拟现实系统可以对案例中模型的不同零部件进行拆卸和组装。这一功能可以让学生了解和体验结构设计和搭建的方式，有针对性地观察经典结构不同组成部分的位置和比例，从而帮助学生从技术角度欣赏到结构的强度和稳定性。

（3）轨迹动画

轨迹动画是虚拟现实系统的独特之处，古代建筑案例中的建筑可以将建筑的整个建造流程以动画的形式展现在学生眼前。特别是椽和柱的搭建顺序、榫和卯的契合方式以及斗和拱的承重分配。

虚拟现实与通用技术课程设计

1. 课程目标

《经典结构的欣赏》是高中通用技术必修2第一单元结构与设计第四节的内容。学生经过之前的学习对于结构的定义、类型、方向与稳定性已经有了很好的理解，并实际动手设计过简单的结构。本节课的课程目标是学会观察结果的实用性和美，以及能够从技术和文化角度欣赏并评价典型结构设计的案例。要求学生能够从结构的功能、强度、稳定性、创新、成本和工艺等角度，对结构设计的优缺点进行评析。还应该具备从历史、民俗和审美等角度欣赏典型结构设计的能力。重点需要观察结构是如何在实现基本功能的同时兼顾其他功能，欣赏独特结构的材料运用，以及经典结构所传递的文化信息、时代特征和民族特征。

2. 课程设计

通常情况下，《经典结构的欣赏》传统教学方式包括展示经典结构的图片资料或视频资料，介绍经典结构的历史背景和建造过程，有些老师还会根据自身掌握的专业知识向学生拓展一些建筑的基础理论。让学生对于我国古代的经典建筑进行思考、讨论和评价。

借助虚拟现实技术，教师可通过现有的建筑结构案例带领学生进入虚拟建筑的内部，了解整个建筑的结构。也可以通过虚拟现实系统的部件拆装和轨迹动画功能模拟结构设计和搭建的整个过程，给学生带来身临其境的体验，从而激发学生的学习积极性与探究欲望。课程设计流程如图1所示。

首先，用虚拟现实系统中的“永城殿”案例来引入课程，带领学生体验经典结构的魅力。使用虚拟现实系统向学生展示保留最完整的古代殿堂，由外而内地介绍每一个部分，包括结构的构成与装饰花纹的寓意。让学生对于整个建筑的结构进行整体的欣赏。在欣赏的过程中，教师适时提出问题，要求学生记住该案例最吸引你的地方。

然后，学生就老师提出的问题进行分组讨论，记录并汇总答案。学生带着问题的欣赏是非常有针对性的，不仅可以激发学生的学习兴趣，同时还可以对自己印象深刻的内容进行描述和思考。教师对于分组讨论的结果进行归纳，并引导学生提出评价建筑的角度。

接下来，打开虚拟现实系统中的“结构建筑”案例，展示“大木作”“转角斗拱”“柱间斗拱”和“柱头斗拱”，如图2所示。在进行虚拟展示的过程中向学生介绍榫卯结构和不同类型斗拱结构的理论知识与历史背景，帮助学生切实体会斗拱的构成方法和受力方式、认识榫卯结构的使用功能和不同种类。使用部件拆装功能将整体结构进行分解，让学生直观地了解“什么是斗，哪个是拱”，充分体验“何为榫卯，怎样连接”。与此同时，可以使用轨道动画的功能向学生展示古代建筑结构的虚拟搭建过程，帮助学生了解结构搭建的顺序。体验完毕后，学生从技术和文化两个角度，针对之前归纳的经典建筑评价体系做出讨论和修改，并在教师的帮助下形成最终的评价标准。

最后，学生欣赏“故宫全景”案例，根据经典结构评价标准对故宫内的宫殿和凉亭等经典建筑结构进行评价。教师对学生的评价做出点评，同时总结本节课的知识点，强调经典结构评价标准的使用方法。

3. 技术手段

沉浸式虚拟现实系统最大的特点是可以为40名学生提供同步的教学讲解和展示，且由于使用洞穴式的屏幕布局，能够有效避免其他真实环境的干扰，现实感极其强烈。在展示的过程中，教??操作手柄和主视角眼镜介绍和展示案例中的知识点。在动手实践环节，学生可以轮流进行操作体验，观看结构组成部件、练习拆卸和装配、实现轨道动画的虚拟过程。虚拟现实技术作为本节课的技术支撑为学生带来了身临其境的真实体验。通过三个虚拟案例，将经典结构的组成部分和搭建过程展示给学生。

4. 评价与反思

将虚拟现实技术应用到通用技术课前后对比，教学效果反差十分明显。笔者作为通用技术一线教师感觉非常强烈。传统教学过程中，教师使用多媒体技术激发学生学习兴趣的有效性越来越差。在信息过载的现代社会，学生每天接触各种形式的多媒体信息多如牛毛，且大多数以娱乐为主。因此，以介绍知识为主要内容的多媒体信息很难吸引学生的眼球。

使用虚拟现实技术三个内容不同却又主题相关的案例进行教学，能够最大程度地确保学生有持续的课堂关注度。在引入环节使用“永城殿”案例，能够激发学生的学习兴趣和探究欲望，从技术角度和文化角度让学生有非常感性的认识。教师提出如何对经典结构进行评价的问题，让学生思考。“结构搭建”案例让学生持续关注结构搭建，并细致了解我国经典结构搭建的技术过程和历史文化，实践动手进行虚拟搭建。通过小组讨论的形式尝试建立经典结构评价体系。“故宫”案例让学生根据自己提出的评价体系对我国经典建筑进行评价，巩固所学知识。整个过程以学生探究式学习为主，教师引导式教学为辅，真正实现探究式学习。

讨论与展望

虚拟现实技术作为新兴技术能够最大限度地激发学生的兴趣、引发他们的关注。虚拟现实系统提供的3D效果和真实感能够抓住学生的兴奋点，从而保证他们对所学内容的持续关注。让学生在不知不觉的真实体验中了解知识，理解和掌握所学内容。与此同时，虚拟现实系统还能够为学生提供现场虚拟实践的机会，让学生能够学有所用、融会贯通。

篇9

关键词：平顶山学院 数字虚拟校园 漫游

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0122-01

1 引言

近年来，随着虚拟现实技术和城市数字化建设的双层推动下，河南省以郑州市和平顶山市为代表首先实现了城市数字化，在此大背景下研究数字虚拟校园就尤显得重要。将数字虚拟技术应用到高校校园中实现漫游项目，是高校师生共同的愿意。笔者作为平顶山学院的一员软件专业学生有责任也有义务为实现这一理想，做出应有的努力。

数字虚拟校园漫游在国内的研究始于1996年，由天津大学率先开辟了我国高校数字虚拟校园漫游的先河。随后国内一流的大学清华大学、北京大学、浙江大学、香港理工大学、香港中文大学、西南交通大学、中国科技大学、同济大学、上海交通大学、中央广播电视大学远程教育学院等著名高校，都利用虚拟技术实现了校园漫游，利用虚拟技术通过网络实现了著名大学校园、校貌游客的浏览以及教学资源的共享。

2 虚拟现实技术与虚拟校园

虚拟现实是Virtual Reality的直译，可对它简称为VR。这项技术是计算机技术、图形图象技术、人工智能技术、传感交互技术的融合体，利用计算机软件来模拟出逼真的3D效果。

虚拟现实有三个基本的特征：（1）交互性。交互性是虚拟现实的基本属性，用户可以通过键盘、鼠标、电光笔等工具与虚拟出来的软件环境进行交流，使浏览者就象是身临其境一样，软件环境与人成为一体。（2）多触感。虚拟现实软件将以听觉、视觉、触觉等多种感观来触发人的身体，增进逼真性。（3）将使用者放置于被虚拟的环境中，与虚拟环境中的建筑、花、草、树木等完全一样，成为环境中的一部分，就如同在现实世界中一般。

虚拟校园则是利用虚拟现实技术将校园中的教学、实验环境、学校里的生活服务设备、有形资源等模拟出来，并上传到INTERNET上，使能够上网的用户都可以通过网址来访问虚拟校园，起到校园推广和增强影响力的作用。

3 虚拟校园漫游项目系统的设计与开发

以平顶山学院新校区为研究对象，通过前期在山顶对学院全景进行摄象和GoogleEarth做出学院的全景图，再以每座建筑为圆点，拍设者绕建筑旋转一周取建筑的360度特征。再用3DMAX来构造校区建筑与树木、人物模型。最后通过交互式的虚拟开发软件Virtools进行交互式整合和碰撞检测。

3.1 开发目标

平顶山学院虚拟校园漫游系统设计的目标是，通过浏览器的使用者，利用鼠标来控制游客小人，可以让小人前、后、左、右行走，并可加速，减速。

（1）游客的视角可分为第一视角和第三视角两种，第一视角更为直观一些，可凭游客自己的喜好来选择。

（2）游客对虚拟校园的遍历也可自游遍历或事先设好路线的讲解遍历两种者结合。

（3）游客站在某个建筑面前，建筑将自动的进行介绍，并请您进入里面参观（声音与文字相结合，来冲击人的感观）。

（4）在学院漫游时，游客遇到物体，会有个碰撞检测，并发出告警。

3.2 系统的开发环境

操作系统： Microsoft公司Windows 7；

图形图像编辑软件：Auto CAD，Photoshop CS5；

三维建模系统：3DMAX 2010；

虚拟交互工具：Virtools；

数据库管理系统：Oracle 11g；

Java开发环境：JDKI.318，JREI.318，JCreator。

3.3 虚拟校园漫游仿真流程图

3.4 技术实现难点解析

3.4.1 室外建筑建模

涉及室外建筑模型，主要包括墙体造型、各类窗框造型、阳台造型、顶层阁楼造型以及山墙造型等多种类型的结构构件。可以从正、侧立面分别入手，最后进行整合来建模。

首先绘制标准层的轮廓线条，添加修改器得到墙体模型，然后通过布尔运算得到门窗洞口。标准层制作完毕后使用array工具进行阵列顶层的构造。

3.4.2 建筑贴片制作

对于门窗等有细部尺寸要求的构件，在CAD中绘出立面图， 以eps文件格式导出。导入PhotoShop中，合并图层，主要综合运用几种选区，填充，渐变，模糊和几个特殊效果滤镜即可制作包括Diffuse通道和Bump通道的贴图。

3.4.3 碰撞检测

首先我们用Z方法判断物体爬高是否超过一定的高度，如果太高的话，则位置不变。接着，进行BUMP检测，以判断身体是否撞到其它物体，如果撞到则退出，没有撞到则设置标志。

当视点与场景发生碰撞时，它的碰撞响应方式有两种情况：后退和改变视点的高度，后退就是退回到不发生碰撞的位置，从而改变视点的碰撞状态；另一种是改变视点的高度，就是可以用键盘升高或降低视点，从而越过碰撞物体的高度，使视点脱离碰撞状态。

参考文献

[1]谢建华，马剑，张建茂.虚拟校园漫游设计与实现[J].系统仿真及其应用.

篇10

关键词：虚拟现实；室内设计；教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0046-02

一、引言

设计对象的变化导致室内设计师角色与室内专业教学方向的变化。分析数字化虚拟现实技术在室内设计与装潢方面的应用情况，才能更加明晰室内设计教学模式需要如何去适应这种变革，传统室内专业设计本身具备的优势如何与虚拟现实技术结合，设计师应如何应对快速发展的数字时代。

二、虚拟现实技术在室内设计中的应用

虚拟现实技术是一种以计算机技术作为平台，利用各种硬件、软件资源来实现计算机与人相互沟通和交流的手段，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户听觉、视觉、触觉甚至味觉等多感官的享受，是一种可以创建和体验虚拟环境的计算机系统技术。巴里（Sherman Barrie）和杰金斯（Phil Judkins）把虚拟现实的特性归纳成高密度性、交互性、融入性、清晰性、直观性。其在室内设计、建筑、游戏、医疗、教育、航空等领域有着广泛的应用。从遥远的古埃及文化中，绘画工人为了室内气氛的营造，采取在石柱与浮雕上绘制仿自然界的壁画来实现，到今天通过虚拟现实技术来构筑场景，这是一个漫长的时展过程。美国电子游戏公司EA研发了游戏模拟人生3，在开发过程中聘请了数十位室内设计师，运用程序绘制制作了几千种的家具组件，人们可以亲自设计房屋的建筑结构模块，完成墙体结构改造、电路重排、供水管路设计的等多方面的探索学习，还可以在室内完成家具的变换、灯光效果的测试、木地板颜色搭配、卫生洁具、瓷砖变更等来实现室内的整体及细微的效果表达。虽然缺乏对使用者的人体尺度等的考虑，但缩短了室内设计师与使用者专业距离，解决了设计者与使用者之间交流难题。

三、虚拟现实技术促使室内设计师角色转变

虚拟现实技术、三维数据――实体转换技术的完善和应用，使室内设计创作方式完全区别于传统平面、立面、剖面和三维模型的室内生成模式，它将设计师创作思维从理性思维、总体性思维向非总体性思维、浑沌思维转变，使过去难以想象逐步消除了设计师的视觉思维优势的空间形态设计与复杂材质表现变的更加简单而精准。随着现代室内装饰行业的发展，设计领域分工日趋细化，造价师、水电师、结构师等各工种设计人员的出现，使得材料造价、水电安装与设计施工过程基本与室内设计师无关。由于社会上常以效果图美观与否作为评判基准，其自身的知识结构日益变得狭窄，缺乏完善的知识体系。使得设计师们只陶醉于数字技术的快捷便利网络图像信息的快捷传播使室内设计的风格和内容方面变得更利于模仿与嫁接。设计师急需拓展专业领域，转换角色职能，提高技术含量，加速科技创新。带着中国先进设计文化思想与了解国际相关专业为主导的理念，迈向国际交流的行列是“新角色”的任务，多轨制转变心态才能够发展中国的室内设计事业。

四、通过虚拟现实技术支撑，室内设计教育模式发生变化

我国室内设计专业教学在课程设置、学时分配、实习实训等设置内容上都存在着诸多问题。伴随着室内设计领域进入了一个崭新的时期，数字化虚拟现实技术势必带来室内设计的变革，相应设计学教育模式发生变化。首先，在培养方式上侧重于艺术型人才培养，注重建筑与室内的整体学科关系、文理交叉、艺术与技术相结合，更为科学、合理。其次，重视运用现代信息技术，采取直观的软件教学方式。再次，修订教学计划，修改教学大纲，合理安排课程学分的分布，避免学生作业堆积，画图拖图熬夜现象出现。目前数字化虚拟技术日趋强大，二维绘图向三维化转变，室内设计教育体制必然要改革更新，专业四年制课程学习时间应有针对性安排，不应停留在传统室内设计教育模式。

五、虚拟现实在室内设计中的展开式实验

在室内设计教学中，我们重点采用了VR-PLATFORM这款虚拟现实软件来辅助我们实现教学模式的改革。室内虚拟现实设计软件“VR-PLATFORM”通过建筑模型的建立，在居室设计中供水、重力、电力、风力等实验进行技术上的模拟分析，数据测算和直观的显示，协助设计师修改方案。在东南大学成贤学院艺术本科生室内设计教学中，结合住宅方案设计，运用软件“VR-PLATFORM”进行了科学数据基础上的方案修改。以某小区样板间供水系统为例，为了能够生动并且直观的得出室内供水、供电等设施的管路信息，可以通过建立模型、构建场景、烘焙贴图、制作动画等制作出执行文件，并将其导入到VRP仿真系统开发包当中，从而构建一个真实的居室供水虚拟现实系统。如图1首先依照给水系统的CAD图纸通过3DS MAX建立水管路的模型。通过将3D模型导入到VRP中进行优化处理及三维渲染。通过VRP-SDK所提供的对话框操作，来控制某个点位的角阀关闭以停止流水，完成管路、管接、水阀之间进行交互，有效地实现了对居室供水的操控、供水管路可视化、供水管路可控化、和供水管路可读化。在虚拟现实技术的支持下，室内给水系统都得到了最大的优化，从而大大提高了设计人员在设计住宅或设计大型室内项目时对于给排水部分的设计的掌控程度。“设计中很多问题和错误的出现往往是由于考虑不周或缺乏远见。VR使我们有可能避免这些，直至达到满意结果。”

参考文献：

[1]Barrie S，Judkins P. Glimpses of Heaven-Visions of Hell：Virtual Reality and Its Implications[M].London：Hodder and Stoughton，1992.

[2]骆晓川.虚拟现实在居室设计中的应用与实现[D].沈阳航空航天大学，2012.

[3]陈尚超.城市仿真――一种交互式规划和公众参与的创新工具[J].新技术应用，2001，（8）：34-36.

[4]周榕.知识经济时代建筑师角色解放与价值回归[J].建筑学报，2000，（1）：53-55.

[5]李艳菊.数字化虚拟现实技术时代的建筑设计教学模式变革[J].生态经济，2012，（4）.