虚拟现实技术在建筑工程中主要发挥着三大作用，在详细阐述作用之前，首先我们先了解什么是虚拟现实技术。

1 虚拟现实技术分析 

虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境(如飞机驾驶舱、分子结构世界等),通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。模拟环境一般是指用计算机生成的有立体感的图形,它可以是某一特定现实环境的表现,也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括放置在现实环境中的传感装置,它们并不戴在用户身上。“投入”是指用户有“身临其境”感觉,而“自然交互”是指用日常使用的方式对环境内的物体进行操作。例如用户可以在模拟环境中用手拿东西,在虚拟房间里行走等,而模拟环境会对用户的操作作出实时立体的反应。 

2 虚拟现实技术在建筑工程中的应用   

上世纪90年代后,虚拟现实技术被广泛地应用于实体模型制作、信息交流和管理、艺术及娱乐等领域,同时也受到了建筑师们的青睬。

(1)作为理解的工具: 虚拟现实技术带给我们的是具有真实感的序列立体图象,这样就大大方便了我们对于对象的认识和理解。例如作出传统中国木建筑的虚拟模型,建筑专业学生便可用此模型了解中国木建筑的营建过程。又如,作出红楼梦中的建筑群的复原虚拟模型,综合成一个单独的虚拟境界。利用它,一般人可很快理解小说中人物的生活场景。在欧洲、日本和美国,虚拟现实日益广泛地被家具商和房地产商们用作展示方式和促销手段。

(2)作为设计和体验的工具 :为了确保生产出来的产品符合不同用户的需求,有必要让用户在产品的设计阶段就能体验产品的性能,以便随时修改设计方案。利用虚拟现实技术让用户在虚拟空间中,对系统进行性能评价和模拟体验。例如虚拟厨房体验,设计者先根据用户的要求设计厨房的大致框架,据此用CAD系统划出平面图、立面图筹,并列出费用清单。然后让用户在模拟体验系统中体验厨房的方便程度。可以体验与厨房设计所对应的虚拟空间中各部分的配置,空间的高度感、前后的延伸感等。体验厨房门的开闭、水龙头的操作以及在壁柜内放置物品的情况等。有了这种虚拟厨房,可以使用户在厨房制造前检验设计的合理性,然后根据用户确定的设计启动计算机集成制造生产线,其加工精度为毫米。这就是虚拟现实技术作为设计和体验的工具的应用。

(3)技术论证 :在实际工程项目中,因施工技术问题而导致原设计失败的例子屡见不鲜,因此,对于许多大型的建设项目而言,进行施工技术可行性的论证非常有必要。虚拟现实技术的出现为我们解决了这一难题。利用虚拟现实技术不仅仅可以作视觉方面仿真,还能对动力学、运动学等方面进行仿真。例如,通过模拟建筑施工中大型构件运输、装配过程,可以检验此过程中是否存在物件的碰撞、干涉,是否因构件形变导致结构破坏等,经过虚拟施工建造过程,可以检查施工计划和技术的合理性和有效性。

建筑师在虚拟环境设计中的地位和作用 

就建筑学专业来讲,虚拟现实技术可理解为利用计算机生成一种虚拟环境或虚拟建筑、虚拟空间。参与者可沉浸到这一虚拟建筑中去,跟虚拟建筑中的各种对象进行交互,例如,假设有一虚拟书房,则参与者可以去取虚拟书房中的书或拧亮书房中的台灯,在各处走走,可以改变书架上书的布置或改变整个书房色彩及格调。这个虚拟书房会对用户的操作做出实时的立体的反应,例如用户去书柜取书,便能感受到书的重量,书也会随着手的移动而移动,而且用户若拧开台灯,便可感受到台灯的光及台灯发出的热量,使用户感到好像是在一个真实的书房中,并且这书房中的物体还有一定的自主性,例如推椅子,椅子就会动。总之这种虚拟建筑环境具有虚拟现实的四个特征。虚拟现实是一项综合技术,在其中起关键性作用的技术主要有:(1)三维真实感图像的实时生成,(2)大视野立体显示技术,(3)位置跟踪器,(4)立体声的产生,(5)虚拟现实建模。有了这些技术,应用到建筑上,便可生成上述所说的一个让使用者“身临其境”的书房。

 虚拟建筑这一现象的出现,将使我们现有的建筑的概念发生变化,涵盖面将更广,即除了有实体的建筑之外,还有虚拟的建筑,将会出现许多虚拟商场、银行、图书馆、美术绾和大学等,人们在这些虚拟建筑中可以购物,可进行货币交易,可借书、可学习,一个非物质的、无固定场所的虚拟空间将出现,甚至于这种虚拟建筑可能会部分替代现存的物质的、固定位置的实体空间。因为人们只要坐在多媒体电脑终端前,足不出户就可以随心所欲的处理各种事务。诸如办公、会晤、求学、查询、诊病、存款、购物、阅览、娱乐、交流等。 这种虚拟建筑的出现,将会给人、建筑、城市带来更大的活力和能量,同时也会使建筑、城市现有实体发生不同程度的“解构重组”。

作为一名建筑师,对这种趋势应当有适当的思想和技术准备。建筑师不仅在实体空间设计中肩负重任,在虚拟建筑方面仍然要挑起重担。那么,建筑师在虚拟建筑设计中究竟扮演一个什么角色呢?即处于什么地位、有什么作用呢?

(1)从建筑设计知识及技术发展的观点来看,虚拟建筑中所营造的一种环境氛围,例如虚拟厨房均是对现实中存在的厨房的模仿,掌握了实体建筑设计的建筑师们应该能够轻易驾驭这种虚拟建筑的设计,在进行这种虚拟建筑设计时,除了要发掘以及创立新的设计方法外,更需应用信息科技的长处及系统性的分析,努力提升虚拟建筑的环境品质。在设计进行当中,得依赖建筑师本身的素养和经验去诠释当中的内容。例如进行一虚拟影剧院的设计,建筑师就得应用他的建筑声学、光学、热学、视学及安全防火疏散等知识进行虚拟影剧院的灯光调整、墙面改造、地面起坡、以及疏散通道设置等工作。努力提高虚拟影剧院的声、视等环境品质。可以这样说,在虚拟建筑中由于应用虚拟技术和网络知识,可以创造出实体建筑无法比拟的环境品质。

(2)虚拟建筑有吸引力,不仅在于它是高技术,它能提高人们的工作效率和帮助人们完成以前做不到事情,例如对于残疾人,他便可以在虚拟建筑中去购物,去娱乐。但是作为建筑师,我们应该认识到建筑空间是有其艺术魅力的,虚拟建筑也有它的艺术魅力,从这些方面来讲,有些虚拟建筑,例如青少年艺术活动中心,就不必模仿现实的活动中心做得那么真实,在某些情况下,这种虚拟建筑倒可以做得虚幻一些,做成象青少年理想中的艺术天堂,这就需要我们建筑师有更高的艺术修养和较丰富的想象力,努力通过这种虚拟建筑的设计,不仅满足人们的某种生理和生活需要,更能起到唤起使用者的想象力,满足使用者精神需要。这也可以说是虚拟建筑对建筑师的一个挑战,建筑师应该是勇敢地应战,在虚拟建筑这片比实体建筑更为广阔的领域充分认识到自己的引导地位,施展自己也才华。

(3)建筑师还应当认识到设计虚拟空间,维特鲁威“适用、坚固、美观”的基本原则将依法有效,但其内涵将变化为软件的适用性,网络之可靠性和心理上的快感。所以,一个好的建筑师也应 是一个软件专家,面对这种挑战,香港中文大学建筑系已将电脑辅助建筑设计(CAAD)与信息科技(IT)纳入了其本科生及研究生的课程中。这说明,现代建筑师的知识涵盖要比以前广得多,深得多,建筑师只有认识到这一点,才不会成为虚拟建筑的奴隶。

(4)我们也应该认识到,虚拟建筑、虚拟空间的扩展,对于人的个性会产生威胁,就象在工业革 命时代,机器曾经试图主宰过人一样,在信息革命时代,“电脑”也有可能试图把人作为它的奴隶。然而,正如许多专家已经指出,不论虚拟建筑如何发展,人与人的直接交流仍然将会是社会的主导活动,而实体建筑必然并应将驾驭虚拟建筑。在这方面,建筑师要作为协调者的身份出现,认识到 人和实体空间才是主导,要努力营造一个以人为 中心,亲切、自然、注重生态、可持续发展的实体空间,通过一定的引导使人认识到虚拟建筑只能作为有益的、积极的补充。虚拟建筑永远不可能完全替代实体建筑。

总之,在这样一个高度信息化的社会里,建筑作为一门实践性很强的学科来说,也必然面临着许多重大的变革———从理论到手段,从教育到管理,无不打上“信息化”的深深的烙印。我们建筑师在这世纪更替之际,该如何去研究和预测建筑 “信息化”的明天,如何去迎接虚拟现实技术的挑战,是一项十分紧迫的工作。