袁 浩

(北京工业大学建筑与城市规划学院，北京 100000)

基于HTC Vive的体感交互式虚拟现实建造教学方式

袁 浩

(北京工业大学建筑与城市规划学院，北京 100000)

对基于HTC Vive的体感交互式虚拟现实技术的虚拟建造方式进行了介绍，并设计了一系列交互操作。通过建造实验证明，该技术能很好地完成虚拟建造，具有一定的推广价值。

HTC Vive，体感交互式虚拟现实，建造教学

与传统建筑相比，当今建筑无论是复杂程度还是建造难度都在上升。设计人员需要了解、获得更多建造知识和技能，这对建造教学提出了更高的要求。建筑虚拟建造实验以最直观的方式展示建筑的建造环境，建造方法，利用虚拟现实技术经济、安全、可重复的特点，缩短建造周期，降低建造成本。

1 HTC Vive体感交互式虚拟现实简介及引入意义

目前运用在建筑设计教学中的虚拟现实技术主要还停留在建筑的视觉表达方面，忽略了建造的物质性和身体性，相比纯粹的图文学习，建造教学的实践性可以帮助学生建立起一个“学习情境”“其中获取信息已经成为整个问题解决过程中的一部分”，这样的教学方式将更为高效[1]。

2 虚拟建造实验

2.1 虚拟建造对象

考虑到实验的时间、人员等因素，选取主要构件为工厂预制的建筑进行虚拟搭建实验。本实验虚拟建造的对象为四川栗子坪自然保护区熊猫监测站。

2.2 实验总体设计

虚拟建造以项目的施工方案为基础，利用BIM建模软件Revit对建筑建模。以Unity 3D为虚拟现实开发平台，按照相应的规范，合理设置虚拟建造模块。

“Lighthouse追踪系统”和”HTC Vive手柄”作为使用者信息采集器，Visual Studio 2012作为交互程序开发平台，设计出基于HTC Vivo体感交互设备的交互程序。使用者以第一人称的视角，通过肢体语言完成虚拟建造的过程(见图1)。

2.3 虚拟建造步骤

2.3.1 虚拟现实场景建模

场地气候寒冷多降水，土质路面因频繁的降雨长期处于泥泞状态[2]。在本项目中建筑场地对于建筑的建造方式，材料选择以及结构体系都起着决定性的作用。

2.3.2 虚拟建造

基础梁安装：移动到建筑构件堆放场地，将手伸到工字钢梁处，按下“触发键”，从堆放场地拾取工字钢梁，将其移动到预先埋设的基础上，此时可以看到红色的高亮提示，说明已经对建筑构件进行捕捉，松开触发键，钢梁自动“附着”到基础上的相应位置。当所有底梁都放置在基础上以后，使用“工具切换”键，调出扳手工具，此时按下“触发”键，即可在距离手10 cm的地方出现螺母，将螺母移动到螺栓处，触发程序，螺母自动拧在螺栓上，完成工字钢梁的固定。

地板安装：同移动工字钢底梁的操作一样，将底板移动到相应位置。当移动到目标附近时，松开“触发键”，完成自动放置。

箱体组装：将事先制作好的木板拾取，通过移动操作将木板按照设计组装成箱体。将工具切换成电动螺丝刀，按下“触发键”，距离手部10 cm处出现一个自攻螺丝，移动到相应位置，完成箱体拼装。

箱体放置：将三个箱体组装成一组，在程序设计中，当三个箱体移动到一起后，新的大箱体会自动编成一个组件。使用移动操作，将其整体移动到已经建造好的基座上。

屋顶构件组装及放置：先将预制的木板移动到相应位置，组装成屋顶构件。先安装支撑构件，再移动组装的屋顶构件。由于有碰撞体的存在，屋顶构件可以被精确安装在卡槽中。

U型玻璃外围护结构安装：运用自攻螺钉等工具将预制卡件安装，再通过移动操作将U型玻璃从导轨中依次放入，完成外围护结构的安装(见图2)。

3 实验评价及结语

3.1 基于HTC Vive的体感交互式虚拟现实技术的优势

基于HTC Vive的体感交互技术，可通过跟踪的手势信息完成建造操作，提供更强的交互式，沉浸式体验，对于建造的构件还可以单件查看。

对于近几年出现的装配式建筑等相对比较新颖的建筑形式，在传统本科教学中对于其建造的讨论显得不足。运用虚拟现实技术，通过等比例的虚拟模型对某个节点进行虚拟建造的方式有助于对其建造方式，构造节点等方面的进一步探讨研究。

3.2 基于HTC Vive的体感交互式虚拟现实技术的不足

需要指出的是，虚拟建造在当前的技术条件下并不能替代实体建造。建模软件建模的过程在一定程度上代替了材料加工过程，由于忽略了材料特性和加工工艺，虽然最后能展现出真实的尺度，但有将材料沦为塑形工具的危险。所以应该让学生在课程开始之前便具备建造意识，材料物理特性和数控加工工艺需要在设计开始之前被预先了解[1]。

4 发展与展望

BIM+VR共同辅助规划设计已经成为一个方向，VR对BIM的促进和优化必将推动其在设计教学与科研领域的应用与发展[3]。交互式虚拟现实技术作为一门新兴的技术，目前还处于起步阶段。如何把交互式虚拟现实技术和建筑各方面融合在一起，还需要进一步探索。

[1] 张 早.建筑学建造教学研究[D].天津:天津大学,2013.

[2] 张东光，朱竞翔.源自建造的设计——四川栗子坪自然保护区熊猫监测站的材料、系统与施工[J].建筑学报,2014(4):66-67.

[3] 建筑信息模型结合虚拟现实(BIM+VR)在设计教学中的探索性运用——以Fuzor平台为例[A].信息·模型·创作——2016年全国建筑院系建筑数字技术教学研讨会论文集[C].沈阳:中国建筑工业出版社,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，在读本科生