基于 VR技术的智慧城市设计可视化应用与 研究

基于 VR技术的智慧城市设计可视化应用与 研究

陈晓峰

上海卓思智能科技股份有限公司

摘要：在我国未来的建筑室内设计的交流和应用中，虚拟现实也即VR技术的利用和发展将拥有很好的前景。利用这一技术，不仅可以更好的满足用户的个性化需求，而且可以提高设计交流中的效率，节约成本。在未来随着VR技术的日趋成熟将对建筑室内设计包括其在内的设计交流和用户体验等做更多的技术升级和效果提升，将使得我国的建筑室内设计能够更好地满足国家，社会和人民需要。对于建筑行业来说，在建筑室内设计中使用计算机信息技术的现象越发普遍，使用虚拟现实VR技术来进行室内设计的建模构造建筑设计可视性交流等，可以给设计者带来极大的便利。

关键词：VR技术；建筑设计；可视化

引言

我国以前的建筑室内设计主要是设计师根据业主所提供的房屋尺寸来进行设计，在实施前展示的主要是设计的平面图、剖面图以及建筑模型，但是这都不能让业主看到实际的设计效果，往往会造成设计的效果达不到预期的场面。随着VR技术的出现，这种问题将迎刃而解，设计者可以根据业主的要求借助软件建立相关的数据模型，借助硬件设施利用VR技术可视化，使得住户可以体会比较真实的感受。就像是设计中关于橱柜的人机的尺度时，用户可以利用这项技术进行身临其境的体验，可以体验六年、甚至是十年以后在这种设计环境中生活对自己的生理和心理上的感受，这就可以为体验者提供更加多的参考信息，并且在这种虚拟现实的构建下，用户在给设计者的要求和交流当中，能够更直观地表达自己的想法和体验，选择最符合自己的设计方案。

1 VR技术的概念与应用优势

虚拟现实技术产生于上世纪90年代，被人们简称为VR技术。VR技术能够通过计算机技术模拟建立一个虚拟的三度空间，让使用者犹如真实的一般体验到模拟出的视觉、听觉、触觉等感官刺激，从而对三维环境中的事物进行没有限制的事实观测。VR技术是仿真技术、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术进行交叉、集成的技术。因此是一门前沿性的、科技含量很高的技术，具有很高的研究价值及应用价值。VR技术的特性：

（1）多感知性。主要体现在除了普通的计算机技术所具有的视觉感受外，还有触觉、听觉、运动等其他的感知手段，甚至还有嗅觉与味觉的感知。（2）存在感。即沉浸性，指的是虚拟现实对真实世界的模拟达到以假乱真的地步。使用户深陷其中，分不清现实和虚拟。（3）交互性。是指使用者对虚拟环境内的事物的可操作程度以及能得到相应的自然反馈的能力。（4）自主性。自主性是指虚拟环境中的事物能够主动的依照现实世界事物运行的规律而运动的能力。（5）沉浸性。主要体现在操作者能够进入到模拟的场景中，就像在真实世界一样。因为VR技术所建造的背景，与真实世界非常相似，操作者完全投入到计算机所创的三维虚拟实例场景中。在VR技术下，人们进入的虚拟场景就有身临其境的感觉。

2基于VR技术的建筑设计可视化应用实例分析

2.1三维场景的构建

以某室内居室设计方案为例，在创建三维虚拟模型，首先在真实的勘测数据中绘制CAD方案设计图。方案设计图包括建筑物、构筑物、设备、设施的相对位置，主要的数据有整体空间中墙体开间进深尺寸、墙柱的位置及大小、空间装饰物品的平面结构、家具的形状及位置等。

室内方案绘制完毕后，将绘制的方案导入到3dsMax三维软件中，通过对墙体外轮廓线条进行勾勒，利用对直线的修改命令挤出得到墙体的立体效果。对现有的墙体开设门窗洞口，并绘制门窗模型。对地面进行绘制，并根据不同区域赋予不同的材质。如卧室使用木地板，客厅、卫生间、厨房、阳台使用地砖。对室内其他装饰构造的建模。硬装建模完成后，对软装进行建模，如导入家具、电器、窗帘、一些装饰物品等成品模型，目的是提高建模的速度。在建模过程中，必须给每个模型进行重命名，以便在后期的虚拟平台中进行选择操作。最后，检查模型的准确性，保存为.fbx格式，导入到Unity3D平台进行可视化操作.

2.2可视化设计

2.2.1材质的设置

虚拟场景中根据物体的不同，赋予不同的材质。一个场景画质的效果，一半以上取决于贴图，贴图在可视化表达中占据重要地位。Unity3D场景中常见的贴图类型有漫反射贴图、凹凸贴图、高光贴图等。漫反射贴图代表直接反映物体本身的材料图案;凹凸贴图可以使物体增加立体感，从而更逼真反映其特性。如地面贴图、壁纸贴图、皮质贴图、金属贴图都有很强的凹凸感。高光贴图主要体现在金属、玻璃等表面，还有抛光效果较好的地砖和木地板。

2.2.2灯光的设置

虚拟场景中常用的3种光源为平行光、点光源和聚光灯。平行光产生的是平行的照射区域，用于模拟太阳光;点光源用于向四周发射的光线，如灯泡的光，也可以用于补光。聚光灯能够产生锥形的照射区域，用于模拟筒灯、吊灯、落地灯的光照效果，进行局部物品的照射，起到烘托的作用。虚拟场景中布光的顺序是:先主体光后辅助光，最后进行背景光和装饰灯光的分布与调试。如表示日光效果时，主体光用平行光表示，辅助光用泛光灯表示，背景光或者装饰光用聚光灯。

2.2.3阴影的设置

阴影是影响三维场景真实感的重要因素。Unitiy3D平台提供两种投影方式，一种是阴影投射法，一种是光照图。光照图是光照在每个点上计算得到不均匀的阴影图。在进行室内三维渲染时，利用光照图可以得到一个真实的阴影效果。

2.3交互设计

VR技术与传统的三维图示有着本质的区别。用户并不是一个局外人，而是一个主体，可以融进虚拟的环境中，对环境进行操作，从而对环境中的物或者构造进行变更交换删除等等。如用户可以在虚拟的环境中按照自己的意思随意挪动家具，观察室内空间体量的大小，体验室内设计装饰的风格特点，可以更改场景中墙体的颜色，这些技术都可以在Unitiy3D的户型管理中进行。常用的交互有添加可替换的部品、添加部品摆放点、定义活动范围、定义开关灯、替换材质、播放视频、定义拾取、定义移动路线等等。而在这些交互设置中，感知碰撞就是个非常重要的要素之一。感知碰撞其实就是一个碰触的范围，即拾取范围。Unity为感知碰撞提供了Collider组建。如针对开关灯，先构建灯光模型，再进行定义拾取，给灯光设定一个范围，当设备碰触到设定范围即可开灯或者关灯。同理，替换墙面材质，将需要替换的墙面范围做一个碰触的范围，当鼠标或者设备触碰到设定的范围即可进行材料交替。在虚拟的室内场景中，利用交互技术，对色彩、材质、造型、空间尺度、光、音等进行交互，可以感受色彩搭配对室内气氛的营造，感受不同风格家具搭配带来的不同视觉感，感受背景墙设计上色与质的变化，身临其境感受家具尺度空间关系，通过灯光调节渲染气氛，通过触摸虚拟场景的物品，通过声音感受环境的变化。

2.4三维虚拟漫游

三维虚拟漫游带给客户不一样的感受。他们沉浸于接近真实的虚拟场景中，能够体验不同的室内设计风格，全面了解空间的布局。通过虚拟漫游可以体验整个家居环境各个角落的设计。在三维虚拟场景中，常见的虚拟漫游有两种，一种是交换式的漫游，一种是自动寻径漫游方式。交换式的漫游相对于自动寻径漫游更灵活，用户通过鼠标、键盘或者其他输入设备就可以更改行走的路线，但是对于初学者比较容易迷失方向。自动寻径漫游是按照事先设定的路线进行漫游，因此也更适合初始使用的客户。本案例采取的是自动寻径漫游，目的是针对初次体验VR技术的客户能够有规划的进行漫游。

结语

随着高科技的不断出现，为各个行业发展提供了重要推动力， 在我国未来的建筑室内设计的交流和应用中，虚拟现实也即VR技术的利用和发展将拥有很好的前景。利用这一技术，不仅可以更好的满足用户的个性化需求，而且可以提高设计交流中的效率，节约成本。在未来随着VR技术的日趋成熟将对建筑室内设计包括其在内的设计交流和用户体验等做更多的技术升级和效果提升，将使得我国的建筑室内设计能够更好地满足国家，社会和人民需要。

参考文献

[1]刘铸.在建筑领域中虚拟现实技术的应用分析[J].农家参谋,2019(05):198.

[2]陈静.VR技术在建筑室内设计中的应用[J].住宅与房地产,2019(03):98.

[3]王林,徐安庆,薛斌,等.基于VR技术室内装修设计的网络化探讨[J].安徽建筑,2018,24(2):6-7.