胡小玲 陆茵

【摘 要】本文分析建筑室内外方案设计中VR技术表达的优越性，阐述基于VR技术的建筑方案设计中方案构想、方案设计、方案建模、可视化表达等阶段，从室内外两方面论述建筑设计方案从二维图示到三维空间可视化的演进过程，以及建筑方案设计中VR可视化表达的创作。

【关键词】建筑室内外方案  设计  虚拟现实技术  应用

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）07C-0190-03

建筑方案设计是一个漫长而曲折的过程，针对一个方案设计需要由设计准备阶段，包括接受业主委托、明确设计任务、实地现场勘测，到方案设计阶段，包括功能性设计、光环境设计、节能、通风等。建筑方案设计过程又包括草图设计、施工方案设计、三维空间的设计等。尽管目前的计算机对建筑方案效果展示已经有了质的飞跃，特别是在美观上，甚至堪称到了极致，然而从本质上，不管是CAD绘制的方案图，还是3Dsmax渲染的效果图，他们都属于二维的平面图。二维的平面图只能通过显示器观察室内环境的一角或者一个侧面，却不能反映方案的整体性。因此，要想更好地了解室内方案效果，我们需要走进空间中去观看，感受空间环境设计。

虚拟现实（以下简称VR）技术是一个可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，作为一项综合技术，融合了数字处理、计算机图形学、人工智能、传感技术、并行处理等技术，通过多个传感设备使用户“投身于”虚拟的环境中，与环境直接进行交互。利用VR技术，用户不仅可以沉浸于虚拟的空间环境中，还可以进行自由的漫游。VR技术下，反映了虚拟环境与真实环境的相互关系。通过可视化，能够充分表达设计方案的整体效果，使错综复杂的室内外环境变得简单。通过VR的交互设计，能给客户提供多个方案选择，使得设计更科学、更可靠。

一、建筑室内外方案设计中VR技术表达的优越性

VR技术这一概念最早在20世纪中期由美国VPL探索公司和它的创始人JamnIJaIlier提出。最早将虚拟现实技术应用于建筑设计行业的是德国，如汉诺威世界博览会德国馆的建筑，就是通过虚拟现实技术设计的。美国灯光空间软件公司开发了灯饰可视化软件“LightscapeVisualizationSystem”和LEL居士室内环境系统，开始将虚拟现实技术用于室内设计中。时至今日，传统的二维平面方案设计展示已经不能满足日益发展的需求，VR技术在建筑设计中的应用也越来越广泛。因为虚拟现实呈现的场景并非虚构的，它是极高仿制现有的环境，尽可能逼真地让人们体验到真实环境的感受，让自己置身于真实的空间中，这在本质上已经区别于传统的二维方案展示。VR技术利用计算机的实时漫游、实时交互功能，让用户实现人与物的交互。通过沉浸于场景中，可以进行实时漫游，通过改变场景的物体位置、大小、颜色、构造构建不同的方案展示。VR技术改变了传统展示方式的单一乏味的信息传递，让设计变得更形象、更直观、更具体。

二、基于VR技术的建筑方案设计阶段

（一）方案构想。方案构想是一个朦胧到清晰的状态，结合现有的基本条件，如建筑的地理位置、环境情况、客户需求进行构想得到的一种初步的、概念性的想法。方案构想是最初的、也是最基本的设计灵感，为方案设计做准备。

（二）方案设计。初步方案构思完成后，进行方案设计。方案设计是方案的表达，将设计构思的精髓高度提炼出来进行整合。方案设计从分析需求出发，实现产品的功能性、技术性，从性能到技术都在设计方案中体现出来。因此，方案设计是整个设计的重要阶段，是极富创造性的阶段，也是一個复杂的阶段，它体现出设计者的水平、灵感、经验，还有想象力。建筑室内外方案设计不仅要考虑形体、空间布局及复杂空间的位置关系，更要考虑精细化处理，如空间尺度、比例、材料、光影等的完整性。

（三）方案建模。方案建模是根据设计方案完成的建筑的外观或者内部模型的构建。以建筑的总平面图、平面图、立面图、大样图为依据，按照真实勘测的数据进行建模。

（四）可视化表达。模型构建的最终目的是反映设计的风格、色彩、结构构造、光影等外观与结构之间的关系，最后对整个设计有个完整的表达。VR可视化阶段进行沉浸性的虚拟场景漫游，能为观察者提供多角度、多方案的体验。同时，VR系统还包括模拟的太阳光照对环境的影响，让建筑的整体表达更全面、更真实、更有说服力。

三、设计方案从二维图示到三维空间可视化的演进

图示作为建筑方案的重要表达方式，固然有着极其重要的作用，但由于二维图形的局限性，它仅仅能展示方案的局部或者其中的几个面，针对细部构造依然无法进行全面展示，更别提多个方案同时进行展示。设计者希望超越传统的图示方式，通过多个角度展示多个方案，并且动态展示设计者的构思、设计、意图，则VR技术正好能实现这样的视觉表达。

（一）建筑室外设计方案可视化演进过程。建筑室外可视化表达，从二维图形到三维场景空间转化，可以沉浸性地自由漫游，重在展示建筑的造型、色彩、立面肌理、光影等相互之间的关系及作品的完整性。以现代建筑室外虚拟场景表达为例，首先对虚拟场景的对象进行数据收集及处理，绘制CAD底图，再进行3Dsmax建模并进行优化处理，最后导入可视化平台进行材质贴图及交互、灯光交互。具体操作步骤如下：CAD方案设计图→导入到3Dsmax平台→选择相应样条线或者多边形线进行勾勒轮廓→利用挤出命令得出三维模型→创建楼层地面和阳台→创建建筑的墙壁及矮楼→创建建筑楼顶→导入可视化平台（Unity、UnrealEngine4、Mars平台）→添加材质贴图并进行交互设置→添加灯光并进行交互设置→漫游场景导出。

（二）建筑室内设计方案可视化演进过程。室内多角度、多方案的可视化表达，重在展示方案的功能性、装饰性。制作过程首先是收集并整理数据，从功能需求、设计的风格、家具的造型、色彩搭配、材料肌理多要素考虑，构建室内设计的方案思路，绘制CAD方案设计图，导入三维场景建模，将三维模型导入可视化平台，最后导出效果。具体操作步骤如下：室内方案的构思→绘制CAD平面方案设计图→CAD导入到3Dsmax平台→绘制墙体轮廓→将墙线挤出得到墙体→绘制地板→绘制天花板→绘制装饰构件（吊顶造型，对景造型等）→添加家具→把模型另存在.FBX模式导入可视化平台（Unity、UnrealEngine4、Mars平台）→添加材质、贴图并进行交互设置→添加灯光及阴影并进行交互设置→漫游场景导出。

四、建筑室内外方案设计中VR可视化表达的创作

针对建筑室内外方案设计，笔者认为应遵循以下几个原则：功能需求与建筑尺度相结合、材料肌理与设计主题相结合、色彩搭配与风格相结合、灯光多样性与视觉环境相结合。在创作过程中，利用VR可漫游、可沉浸、可视化交互功能，力求做到灵活、多样，让效果更具体、更直观。

（一）建筑室外方案设计的VR可视化表达。随着人们生活质量的提高，建筑不再满足于功能的使用，充满视觉享受的建筑外观造型、材料质感、设计色彩、光影变幻，大大增强了建筑的艺术欣赏性。因此，建筑外观设计要从造型、材料、肌理、质感、光与色等几方面进行考虑。丰富的建筑外观，不仅保证建筑物造型的生动，还要在一定程度上体现建筑物价值，使其与城市特色相符合。通过VR技术可漫游、可沉浸的特性，使用户进入虚拟场景中，将外观的造型是否美观、比例是否协调、虚实结合是否合理一览无余尽收眼底。

在建筑外观设计过程中，设计者要对材料有充分的认识，这与最终的室外方案展示有直接的联系。在建筑外观设计表达上，通过搭配不同的材料，达到更好地诠释并表达建筑物价值的目的。建筑外观设计材料通常包括混凝土、大理石、有机玻璃、墙砖、金属等，运用不同的材料给人不同的视觉感受，如花岗岩材料给人一种豪华、坚固的感觉，透明的玻璃材质营造出晶莹、通透的感觉，金属材料富贵、大气的感觉。针对不同性格爱好及审美需求的客户，VR系统能够做到通过多个材料搭配对比表达多种效果。另外，在建筑外观设计上，色与光是相辅相成的，结合建筑的特点，选择适当的颜色，进行有效的组合，能凸显建筑的特色、风格，或者显示简洁、精致或者大气、肃静的特点，赋予建筑生命力。灯光也能为建筑再添精彩。具体做法是在VR平台中，将所需的材料做成材质库，将不同的材料分别赋予在建筑上，通过交互功能使不同材料在建筑外观得以展示。如“光辉城市建筑VR软件Mars”展现的建筑外观设计，首先建立以外墙漆、木板类饰面、墙砖类饰面、金属、玻璃等材质库，将这些材料分别赋予在建筑物外部，可以展示不同的个性。通过饱和度、灰度、粗糙度、高光强度等进行调制，可以调节出不同的效果，反映出相同材料不同明暗的视觉。VR系统中，可构建数千种材质，形成高精的材质库，所有的材质都可进行纹理尺寸、纹理方向、色彩、UV等参数的高度编辑，可以实时显示，实时渲染出图，满足了所见即所得的效果，这为建筑设计提供无数的可能。VR系统下的光照可自由调节灯光强度、明暗、色温、衰减等，不同的光照环境对建筑的光设计与选择提供重要的参考，丰富的光环境下，建筑尤显金碧辉煌。另外，VR系统还可以进行自然光照度模拟，包括晴天、多云、黄昏、黎明、满月、繁星等的光照效果，这可以为自然光照下的建筑外观设计提供重要参考。

VR技术下，用户能够沉浸于虚拟的建筑环境中，能够实现多设计方案、多环境效果的实时切换，用动态交互的方式对建筑外观设计进行身临其境的全方位的审视，给用户带来强烈、逼真的视觉冲击。

（二）建筑室内方案设计的VR可视化表达。建筑室内方案设计与建筑室外方案设计相比，则更细腻，特别在空间尺寸、比例的要求体现上。以居室设计为例，居室设计不仅要具备居住、美学功能，也要满足社会文化和心理功能要求，同时也反映环境气氛等精神因素。

如何检验设计是否符合用户需求，首先VR技术能够让用户走进居室，720°环绕空间，近距离感受室内设计的结构及整体效果。其次VR技术能进行室内材料及家具切换。装饰材料包括地面材料、墙面材料、顶面材料。地面材料有抛光砖、木地板、地毯等，抛光效果好的地面给人整洁、清凉之感，木地板有冬暖夏凉之感，铺装地毯让室内环境温暖、柔和;对于室内家具品装饰，坚实的木质沙发营造出中式韵味，而纺织品家具给人现代、温柔的感觉。材料的颜色更是影响室内设计的一个重要因素，暖色调给人热情、愉快的感觉，冷色调给人肃静、安静、沉稳的感觉。室内家具多种多样，风格、颜色、形状不一，如沙发按材质分类，就有布艺沙发、木制沙发等，按风格分又有中式风格、欧式风格等。各种装饰材料的色彩、质感、触感、光泽、样式等的综合运用，将极大地影响到室内环境。同时，室内设计在表達上应做到光、影、色的相互结合。光是营造室内氛围的重要因素。室内光包括自然光照和人工照明。自然光照反映了自然条件下，从日出到日落的光照效果。VR技术能将室内环境的光照由清晨日出东方到黄昏日落西山的效果表现得淋漓尽致。自然光照为后期的人工照明提供依据。

通过室内设计多方案可视化展示，可以高效满足客户需求。以Unity为例，具体做法是先完成常规的三维建模，如前期的CAD方案图的绘制，3Dsmax三维模型的构建，导入到Unity 3D平台，完成可视化设置（包括材质、灯光的设置与参数调整）、交互设置、效果发布等。在进行材质交互设置时，首先将需要展示的材料分别做成材质球，大量的材质球形成材质库。对需要交互材质的物体增加一个感知碰撞。感知碰撞其实就是一个碰触的范围，当鼠标或者设备触碰到设定的范围即可进行材料交替。如在客厅地面上设置木地板、仿古砖、抛光砖作为交互替换的材质，当鼠标触碰到地面时，即可进行不同材料的展示效果。同理，景墙面设计作为家庭装饰的亮点或者重点，可采用对景颜色和花纹不同来给用户不同选择。室内灯光首先考虑日照光源，主要采用平行光。平行光用于模拟太阳光，当太阳位置不同，则室内受光角度不同则反映不同的光照效果。室内人工照明采用点光源、聚光灯和面光源。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。面光源主要用于灯带的制作。人工照明是为了弥补自然光照无法达到照明需求，或营造富有艺术效果的照明需求。

利用VR可视化技术对室内空间装饰进行展示，能从风格、色彩、材料、质感、光环境等进行方案对比，从而让客户选择合适的方案设计。VR可视化为创造满足人们物质和精神生活的室内环境提供更好的参考。

建筑方案设计与可视化表达是一个系统的过程。通过VR可视化来展示建筑室内外方案，穿透二维图示传递空间的内涵，能够将多个设计方案在不同的阶段进行展示，有效促进设计中问题的解决，为方案的确定提供重要的依据。VR的可视化表达打破了传统的思维局限，在未来的建筑室内外设计将引领时尚，创造奇迹。

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[5]胡卫国.浅谈室内装饰材料的功能与选择[J].美与时代（上半月），2009（12）

【基金项目】2018年度广西职业教育教学改革研究项目“基于虚拟交互视觉体验的装饰设计创新实践教学改革研究”（GXGZJG2018B068）

【作者简介】胡小玲（1984— ），女，广西平南人，广西电力职业技术学院副教授，研究方向：建筑装饰与室内设计;陆 茵（1978— ），女，广西电力职业技术学院讲师，研究方向：自动化、建筑电气工程技术。

（责编 苏 洋）