袁 浩

(北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京 100000)

基于HTC Vive的體感交互式虛擬現(xiàn)實(shí)建造教學(xué)方式

袁 浩

(北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京 100000)

對基于HTC Vive的體感交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬建造方式進(jìn)行了介紹，并設(shè)計(jì)了一系列交互操作。通過建造實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)能很好地完成虛擬建造，具有一定的推廣價(jià)值。

HTC Vive，體感交互式虛擬現(xiàn)實(shí)，建造教學(xué)

與傳統(tǒng)建筑相比，當(dāng)今建筑無論是復(fù)雜程度還是建造難度都在上升。設(shè)計(jì)人員需要了解、獲得更多建造知識和技能，這對建造教學(xué)提出了更高的要求。建筑虛擬建造實(shí)驗(yàn)以最直觀的方式展示建筑的建造環(huán)境，建造方法，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)濟(jì)、安全、可重復(fù)的特點(diǎn)，縮短建造周期，降低建造成本。

1 HTC Vive體感交互式虛擬現(xiàn)實(shí)簡介及引入意義

目前運(yùn)用在建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要還停留在建筑的視覺表達(dá)方面，忽略了建造的物質(zhì)性和身體性，相比純粹的圖文學(xué)習(xí)，建造教學(xué)的實(shí)踐性可以幫助學(xué)生建立起一個(gè)“學(xué)習(xí)情境”“其中獲取信息已經(jīng)成為整個(gè)問題解決過程中的一部分”，這樣的教學(xué)方式將更為高效[1]。

2 虛擬建造實(shí)驗(yàn)

2.1 虛擬建造對象

考慮到實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、人員等因素，選取主要構(gòu)件為工廠預(yù)制的建筑進(jìn)行虛擬搭建實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)虛擬建造的對象為四川栗子坪自然保護(hù)區(qū)熊貓監(jiān)測站。

2.2 實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)

虛擬建造以項(xiàng)目的施工方案為基礎(chǔ)，利用BIM建模軟件Revit對建筑建模。以Unity 3D為虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)，按照相應(yīng)的規(guī)范，合理設(shè)置虛擬建造模塊。

“Lighthouse追蹤系統(tǒng)”和”HTC Vive手柄”作為使用者信息采集器，Visual Studio 2012作為交互程序開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出基于HTC Vivo體感交互設(shè)備的交互程序。使用者以第一人稱的視角，通過肢體語言完成虛擬建造的過程(見圖1)。

2.3 虛擬建造步驟

2.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)場景建模

場地氣候寒冷多降水，土質(zhì)路面因頻繁的降雨長期處于泥濘狀態(tài)[2]。在本項(xiàng)目中建筑場地對于建筑的建造方式，材料選擇以及結(jié)構(gòu)體系都起著決定性的作用。

2.3.2 虛擬建造

基礎(chǔ)梁安裝：移動(dòng)到建筑構(gòu)件堆放場地，將手伸到工字鋼梁處，按下“觸發(fā)鍵”，從堆放場地拾取工字鋼梁，將其移動(dòng)到預(yù)先埋設(shè)的基礎(chǔ)上，此時(shí)可以看到紅色的高亮提示，說明已經(jīng)對建筑構(gòu)件進(jìn)行捕捉，松開觸發(fā)鍵，鋼梁自動(dòng)“附著”到基礎(chǔ)上的相應(yīng)位置。當(dāng)所有底梁都放置在基礎(chǔ)上以后，使用“工具切換”鍵，調(diào)出扳手工具，此時(shí)按下“觸發(fā)”鍵，即可在距離手10 cm的地方出現(xiàn)螺母，將螺母移動(dòng)到螺栓處，觸發(fā)程序，螺母自動(dòng)擰在螺栓上，完成工字鋼梁的固定。

地板安裝：同移動(dòng)工字鋼底梁的操作一樣，將底板移動(dòng)到相應(yīng)位置。當(dāng)移動(dòng)到目標(biāo)附近時(shí)，松開“觸發(fā)鍵”，完成自動(dòng)放置。

箱體組裝：將事先制作好的木板拾取，通過移動(dòng)操作將木板按照設(shè)計(jì)組裝成箱體。將工具切換成電動(dòng)螺絲刀，按下“觸發(fā)鍵”，距離手部10 cm處出現(xiàn)一個(gè)自攻螺絲，移動(dòng)到相應(yīng)位置，完成箱體拼裝。

箱體放置：將三個(gè)箱體組裝成一組，在程序設(shè)計(jì)中，當(dāng)三個(gè)箱體移動(dòng)到一起后，新的大箱體會(huì)自動(dòng)編成一個(gè)組件。使用移動(dòng)操作，將其整體移動(dòng)到已經(jīng)建造好的基座上。

屋頂構(gòu)件組裝及放置：先將預(yù)制的木板移動(dòng)到相應(yīng)位置，組裝成屋頂構(gòu)件。先安裝支撐構(gòu)件，再移動(dòng)組裝的屋頂構(gòu)件。由于有碰撞體的存在，屋頂構(gòu)件可以被精確安裝在卡槽中。

U型玻璃外圍護(hù)結(jié)構(gòu)安裝：運(yùn)用自攻螺釘?shù)裙ぞ邔㈩A(yù)制卡件安裝，再通過移動(dòng)操作將U型玻璃從導(dǎo)軌中依次放入，完成外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安裝(見圖2)。

3 實(shí)驗(yàn)評價(jià)及結(jié)語

3.1 基于HTC Vive的體感交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢

基于HTC Vive的體感交互技術(shù)，可通過跟蹤的手勢信息完成建造操作，提供更強(qiáng)的交互式，沉浸式體驗(yàn)，對于建造的構(gòu)件還可以單件查看。

對于近幾年出現(xiàn)的裝配式建筑等相對比較新穎的建筑形式，在傳統(tǒng)本科教學(xué)中對于其建造的討論顯得不足。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過等比例的虛擬模型對某個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行虛擬建造的方式有助于對其建造方式，構(gòu)造節(jié)點(diǎn)等方面的進(jìn)一步探討研究。

3.2 基于HTC Vive的體感交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不足

需要指出的是，虛擬建造在當(dāng)前的技術(shù)條件下并不能替代實(shí)體建造。建模軟件建模的過程在一定程度上代替了材料加工過程，由于忽略了材料特性和加工工藝，雖然最后能展現(xiàn)出真實(shí)的尺度，但有將材料淪為塑形工具的危險(xiǎn)。所以應(yīng)該讓學(xué)生在課程開始之前便具備建造意識，材料物理特性和數(shù)控加工工藝需要在設(shè)計(jì)開始之前被預(yù)先了解[1]。

4 發(fā)展與展望

BIM+VR共同輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)方向，VR對BIM的促進(jìn)和優(yōu)化必將推動(dòng)其在設(shè)計(jì)教學(xué)與科研領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展[3]。交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門新興的技術(shù)，目前還處于起步階段。如何把交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和建筑各方面融合在一起，還需要進(jìn)一步探索。

[1] 張 早.建筑學(xué)建造教學(xué)研究[D].天津:天津大學(xué),2013.

[2] 張東光，朱競翔.源自建造的設(shè)計(jì)——四川栗子坪自然保護(hù)區(qū)熊貓監(jiān)測站的材料、系統(tǒng)與施工[J].建筑學(xué)報(bào),2014(4):66-67.

[3] 建筑信息模型結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)(BIM+VR)在設(shè)計(jì)教學(xué)中的探索性運(yùn)用——以Fuzor平臺(tái)為例[A].信息·模型·創(chuàng)作——2016年全國建筑院系建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)研討會(huì)論文集[C].沈陽:中國建筑工業(yè)出版社,2016.

Buildteachingmethodsofbody-interactivityvirtualrealityonthebasisofHTCVive

YuanHao

(CollegeofBuilding&CityPlanning,BeijingUniversityofIndustry,Beijing100000,China)

The paper introduces virtual reality building methods of body-interactivity virtual reality technique on the basis of HTC Vive, designs a set of interactive operation, and the building experiment proves that: the above-mentioned technique can better accomplish virtual reality build, which has certain promoting value.

HTC Vive, body-interactivity virtual reality, build teaching

TP319

：A

1009-6825(2017)24-0256-02

2017-06-13

袁 浩(1995- )，男，在讀本科生