王明南

【摘 要】本文首先介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）的概念及其特點，然后從建筑業(yè)設(shè)計階段和施工階段分別對VR技術(shù)和AR技術(shù)的應(yīng)用前景作了展望。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實;增強(qiáng)現(xiàn)實;建筑業(yè)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）都是解決建筑行業(yè)出現(xiàn)問題的方法，AR技術(shù)是在VR技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。二者均是由利用計算機(jī)技術(shù)模擬產(chǎn)生一個看似真實的虛擬世界。VR技術(shù)可以通過多種傳感設(shè)備，使參與者完全沉浸在虛擬世界中;AR技術(shù)可將真實世界和虛擬世界無縫結(jié)合，使虛擬物體在合成的場景中具有真實感。基于VR技術(shù)和AR技術(shù)的特點，在建筑業(yè)設(shè)計階段和施工階段，可以利用二者輔助完成相關(guān)工作，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)約成本和減少工期等目的，以發(fā)揮其他技術(shù)所無法替代的作用。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）概述

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）的定義

VR是虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）的簡稱，是指利用電腦模擬產(chǎn)生一個虛擬環(huán)境，通過視覺、聽覺、處決、嗅覺和味覺等多種感覺的實時模擬和實時交互，讓使用者即時而又沒有限制地觀察虛擬環(huán)境內(nèi)的物體。這個虛擬環(huán)境是指綜合利用計算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種顯示及控制等接口設(shè)備，在計算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境[1]。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）的特點

VR技術(shù)具有沉浸、交互和構(gòu)想三個基本特征。

沉浸性是指參與者可以沉浸到計算機(jī)系統(tǒng)所制造的環(huán)境之中，有身歷其境一般的沉浸感;交互性是指參與者可以通過VR設(shè)備（例如現(xiàn)在的VR頭顯）與多維化的信息環(huán)境之間發(fā)生交互作用;想象性表明了參與者在VR技術(shù)中的主導(dǎo)地位，參與者可以在這個定性和定量結(jié)合的環(huán)境中激發(fā)自己的思維，進(jìn)而加深感性和理性的認(rèn)識。它們之間的關(guān)系可以用三角關(guān)系表示，其中沉浸、交互和構(gòu)想分別位于三角形的三個頂點，三者之間通過三角形的邊連接在一起。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）概述

（一）增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）的定義

AR是增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality）的簡稱，它是指通過計算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加參與者對現(xiàn)實世界信息的感知能力，并將計算機(jī)生成的文本、圖像以及虛擬3D模型、視屏或場景等信息實時準(zhǔn)確地疊加到參與者所感知到的真實情境中，從而提高參與者對真實場景中信息的感知能力[1]。

AR系統(tǒng)利用附加的模型信息，將真實世界進(jìn)行動態(tài)增強(qiáng)，并且真實的物體和虛擬的物體共存，二者之間互相增強(qiáng)和補充。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）的特點

AR技術(shù)具有虛實結(jié)合、實時交互和三維注冊三個特點。

虛實結(jié)合是指AR技術(shù)將真實世界與虛擬世界相結(jié)合，真實世界中事物及其所對應(yīng)的虛擬增強(qiáng)是同時在同一位置出現(xiàn)的;實時交互是指真實世界和虛擬世界之間傳遞的的信息可以立刻得到反饋;三維注冊要求真實世界中事物所對應(yīng)的虛擬增強(qiáng)信息要準(zhǔn)確無誤，同時應(yīng)進(jìn)行真實感事實繪制，以達(dá)到虛實完美結(jié)合的效果。

三、在建筑業(yè)的應(yīng)用前景

（一）建筑業(yè)設(shè)計階段

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）在建筑業(yè)設(shè)計階段的應(yīng)用前景

VR技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用也是剛剛起步，就其技術(shù)實質(zhì)來說，VR技術(shù)在設(shè)計階段可貫穿于全過程，它將給建筑設(shè)計帶來的重大的影響和變革。

建筑設(shè)計階段充分體現(xiàn)了建筑的空間性，更加真實地體現(xiàn)了場所精神，也具有交互性和靈活性的特點。建筑師利用VR技術(shù)，在其沉浸于虛擬現(xiàn)實中的建筑的同時，可以全面、真實而快捷地了解建筑行為元素;同時，建筑師在VR技術(shù)中各種感知方式的刺激下，也可以激發(fā)其創(chuàng)作潛能、拓寬創(chuàng)新途徑。

（二）建筑業(yè)施工階段

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）在建筑業(yè)施工階段的應(yīng)用前景

VR技術(shù)在建筑業(yè)施工階段的應(yīng)用可以是利用VR技術(shù)構(gòu)造一個虛擬施工環(huán)境，進(jìn)而實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實施工方案設(shè)計。

首先在虛擬環(huán)境中建立周圍環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及所需機(jī)械設(shè)備等虛擬模型，形成具有一定功能的仿真系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能，然后對系統(tǒng)中的模型進(jìn)行虛擬裝配，根據(jù)虛擬裝配的結(jié)果，在人機(jī)交互的可視化環(huán)境中對施工方案進(jìn)行修改[3]。

VR技術(shù)具有沉浸性和交互性這兩個特性，在建筑業(yè)施工階段，它們充分反映了設(shè)計者的主導(dǎo)作用：過去設(shè)計者只能在計算結(jié)束后查看計算結(jié)果，現(xiàn)在設(shè)計者可以通過VR技術(shù)沉浸到虛擬現(xiàn)實中，參與計算過程。

通過應(yīng)用VR技術(shù)，設(shè)計人在進(jìn)行建筑施工方案的分析和設(shè)計時，可以對可視化的虛擬模型進(jìn)行修改，從而優(yōu)化施工方案。

2.增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）在建筑施工階段的應(yīng)用前景

AR技術(shù)在建筑施工階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)為BIM和AR技術(shù)結(jié)合起來的應(yīng)用。BIM（建筑信息模型）將建筑全生命周期的信息集成到統(tǒng)一的模型里，從而實現(xiàn)建筑全過程信息流的完整性。因為施工現(xiàn)場相比于建筑生命周期的其他階段更復(fù)雜和多變，BIM技術(shù)無法與施工現(xiàn)場多變的現(xiàn)實環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，因而在施工環(huán)境發(fā)生改變時，無法判斷預(yù)先的模擬是否仍然可行。將BIM技術(shù)和AR技術(shù)結(jié)合后，BIM技術(shù)強(qiáng)大的信息功能、可視化功能、協(xié)調(diào)計算功能加之AR技術(shù)的虛實顯示功能，則可以完全實現(xiàn)施工現(xiàn)場管理的各項任務(wù)[4]。

BIM技術(shù)和AR技術(shù)結(jié)合后，不僅能在設(shè)計階段最大化地實現(xiàn)BIM技術(shù)在工程現(xiàn)場管理的應(yīng)用，而且通過AR技術(shù)可以將虛擬模型及附加信息成功引入施工現(xiàn)場，輔助現(xiàn)場管理人員完成相關(guān)工作的管理。

四、結(jié)語

本文介紹了什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR），最后對VR技術(shù)和AR技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

VR技術(shù)和AR技術(shù)尚且處于發(fā)展階段，雖然在我國很多行業(yè)已經(jīng)得到了應(yīng)用，可是在建筑行業(yè)的應(yīng)用剛剛起步，相信隨著VR技術(shù)和AR技術(shù)的不斷發(fā)展，VR技術(shù)和AR技術(shù)必將在建筑行業(yè)進(jìn)一步普及，為建筑行業(yè)的發(fā)展助力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭天太.虛擬顯示技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)[J]，機(jī)械制造，2003，466（41）：7-9

[2]張濤.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用初探[D].重慶：重慶大學(xué).2001：55-71

[3]鄭丹丹.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)

[4]杜長亮.BIM和AR技術(shù)結(jié)合在施工現(xiàn)場的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2014：60-63