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虛擬現(xiàn)實技術及其重要特征
虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality,簡稱VR),又稱虛擬環(huán)境(Virtual Environments)、仿真技術(Simulator Technology)等。它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網(wǎng)絡、并行處理等技術的最新發(fā)展成果，并以模擬方式為使用者創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖像世界。在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗中,使設計者可以深入探索，參與者可以直接參與虛擬對象在所處環(huán)境中的作用和變化,令人仿佛置身于一個虛擬的世界中，產(chǎn)生身臨其境的感覺。而這就是虛擬現(xiàn)實技術的第一個重要特征，即浸沒感(Immersion)或臨場參與感。
虛擬現(xiàn)實技術的第二個特征是交互性（Interaction）。虛擬現(xiàn)實與CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型以及傳統(tǒng)的三維動畫是不一樣的，它不是一個靜態(tài)的世界，而是一個開放、互動的環(huán)境，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，用戶可以通過鼠標、游戲桿或其它跟蹤器，隨意“行走”在方案規(guī)劃中的建筑物內(nèi)，甚至可以“乘座”電梯，上到二樓去看一看新店鋪的門面設計，感受一下購物中心大廳的裝飾和透過明媚陽光的天窗。
虛擬現(xiàn)實技術的第三個特征是想象性（Imagination）。虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，比如在蓋一座現(xiàn)代化的大廈之前，你首先要做的是對這座大廈的結構、外形做細致的構思，為了使之定量化，還需要設計許多圖紙，當然這些圖紙只能內(nèi)行人才能讀懂，而虛擬現(xiàn)實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)沙盤的設計模式提升到數(shù)字化的、即看即得的完美境界，這可以大大提高設計和規(guī)劃的質量與效率。
CAD的不足和缺陷
一般建結構設計都包含結構形式的選定、形狀尺寸的假定、模型化、結構分析驗算、圖面繪制、材料計算等過程。CAD技術在土建工程中最早的應用就是在結構設計中，目前對應于設計的CAD系統(tǒng)可以分為三類：
第一類，對應于各個設計過程中的系統(tǒng)。例如結構形式選擇系統(tǒng)、結構分析系統(tǒng)、設計系統(tǒng)、繪圖系統(tǒng)、材料計算系統(tǒng)等，其中每個系統(tǒng)都可以處理多種結構形式。第二類，集成化設計系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的自動化程度一般較高，只需輸入少量的數(shù)據(jù)，利用集成系統(tǒng)即可完成設計的全過程。第三類，通用CAD系統(tǒng)，如AutoCAD，Microstation等。這類系統(tǒng)只提供基本的圖形處理功能，可用來繪制各個工程領域的設計圖紙。該類系統(tǒng)的作業(yè)效率一般較低，需要進行二次開發(fā)，以適用于不同專業(yè)的需要。
以上這些CAD系統(tǒng)只擅長于進行幾何數(shù)據(jù)處理，以表現(xiàn)三維空間的物體以及著色，但對于處理建筑設計工程中的復雜物理數(shù)學關系，如結構應力，熱傳導，聲、光效應等，則顯得無能為力。并且由于適用各個設計過程的系統(tǒng)使用起來不方便，為完成一項設計就需要使用多個系統(tǒng)，這不但要掌握每個系統(tǒng)的使用方法，還需要重復輸入大量數(shù)據(jù)，所以集成化設計系統(tǒng)已有取代各種分項設計系統(tǒng)的趨勢。目前使用的CAD系統(tǒng)大都建立在繪圖支撐軟件的基礎上，繪圖與分析計算是分開的。在繪圖階段就是單純的繪圖，計算機輔助設計體現(xiàn)在將設計人員的思想用圖形表現(xiàn)出來(特別是用于繪制施工圖時)，而不是在全局上，不是從方案選擇、具體設計、分析計算到施工圖。人們希望有了設計人員的知識、經(jīng)驗和設想后，通過計算機的分析，計算比較判斷，不僅將方案形象地表現(xiàn)出來，而且將量化后的數(shù)據(jù)及結論輸出來，設計者再依據(jù)它修改方案。這就是繪圖與結構計算一體化的思想。
集成化軟件也有其固有的一些缺點，比如操作時規(guī)定限制多，菜單級別多，過分強求樹狀結構等，這些都使操作變得非常繁雜。雖然這類軟件已經(jīng)向繪圖與計算相結合的目標邁進，即實現(xiàn)了在建模后緊接著進行計算，建模所形成的數(shù)據(jù)可為后續(xù)的計算所利用，但這兩者還是各自為政的。而更進一步的做法是將兩者結合起來，隨著模型的建立進行分析比較，將得出的信息作為建模的參考。
虛擬現(xiàn)實技術解決難題
將虛擬現(xiàn)實技術應用于集成化CAD系統(tǒng)中，能夠較好地解決以上存在的問題，實現(xiàn)理想的繪圖與結構計算一體化。如果把虛擬現(xiàn)實技術與現(xiàn)在的集成化CAD系統(tǒng)的設計思想相結合，創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實的集成化CAD系統(tǒng)，包括從設計的建筑方案、結構方案的選擇直至最后結果的實現(xiàn)，這必將大大提高設計效率，提高設計質量。
建筑師在利用虛擬現(xiàn)實CAD系統(tǒng)時，可以很方便地建立和修改建筑方案。此時，建筑師仿佛置身于待建場地中，可以很便捷地從庫中提取各種物件、材料、家具和設備，就像搭積木一樣搭起一座虛擬的建筑。而該虛擬建筑的尺寸可以和實際設計中的建筑一樣，不但色彩逼真，而且有材料的質感，我們可以十分方便地對其進行著色、修改，并可以在隨時改變視角和光源的條件下從任意視點去觀察這座建筑，以便得出滿意的方案。這樣結構設計師也就可以利用已經(jīng)建起的模型選取結構方案，調(diào)整荷載和定義荷載，并由系統(tǒng)自動進行結構分析得出結果，如配筋量和配筋圖等，如果不滿意，則可以修改參數(shù)或方案。在設計中令人頭痛的另一個問題就是建筑、結構、設備等各方的協(xié)調(diào)問題。目前采用的方法是各方分別設計，再一起討論，協(xié)商修改，反復進行直到滿意。如果采用VR集成CAD系統(tǒng)，則可以實現(xiàn)各方同時設計，在整這個系統(tǒng)的協(xié)同下，各方的方案、問題可通過VR系統(tǒng)實時展現(xiàn)出來，那么在設計過程中遇到的沖突就可以隨時協(xié)調(diào)直到滿意，這就極大地提高了效率。
總之,虛擬現(xiàn)實是一種可以創(chuàng)造和體現(xiàn)虛擬世界的計算機仿真體統(tǒng)技術。充分利用計算機輔助設計和虛擬現(xiàn)實技術,可以有效地減輕設計人員的勞動強度,縮短設計周期,提高設計質量,節(jié)省投資，并且隨著網(wǎng)絡及計算機軟硬件的發(fā)展,該技術的應用層面會更廣,成長幅度也會更大。借助虛擬現(xiàn)實技術,利用計算機科技來呈現(xiàn)建筑設計成果,已成為一種新的趨勢，我們應該在建筑設計領域充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術的強大潛在能量，創(chuàng)造出更多的應用價值。
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