【文章內(nèi)容簡介】 irtual touring routine set up— Set up render options—AV output— Postproduction — Posteffects editing— Fine cut output— Examine and revise— Finalize a manuscript/ CD burning—Project pletion. The end of the article analyzed the contradiction and problems exist in realizing the VR. It also probes into the development of VR in Designing. Finally summarize the deficiencies of this thesis. Key Words: Virtual Reality Technology。 Touring Quickly in Virtual Building。 Architectural Design。 Interior Design 山東大學碩士學位論文 1 第 1 章 緒論 選題緣由和研究意義 “ 虛擬現(xiàn)實 ” 是 當今流行并廣受歡迎的一種綜合性的計算機技術(shù) 。它是用通過計算機模擬的三維環(huán)境對現(xiàn)場真實環(huán)境進行仿真，生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶可以在不到達現(xiàn)場或者在根本還不存在的環(huán)境中進行游歷和感受其臨其境的體驗 [2]。 如今， 虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學實驗一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段 之一 。用它來設計的方案用虛擬現(xiàn)實技術(shù)表現(xiàn)出來，便可把 客戶 帶入未來的建筑 空間 里參觀，如 空間布局 、窗戶朝向、 材質(zhì)效果 、屋內(nèi)裝飾等，都可以 感同身受 。它 同樣可用于旅游景點 的虛擬漫游 。因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)的 效果 ，比單用文字或 二維圖片 更加有吸引力 ，所以深受大眾的認可。 可以預見，虛擬現(xiàn)實技術(shù) 在不久的將來， 將會影響 甚至 改變我們的觀念與習慣，并將深入到人們?nèi)粘?的 工作與生活 中 。 本項目是我們設計工作室受 煙臺新潮房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 的委托，為其在位于煙臺高新區(qū)開發(fā)的新潮慢城寧海低密度居住小區(qū)，設計一所符合小區(qū)風格的售樓展示中心。由于售樓展示中心的設計效果直接關系到慢城寧海住宅小區(qū)的銷售業(yè)績，所以整個項目我們決定采用虛擬技術(shù)進行演繹。首先通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)和實地的測量得到了設計改 造所需要的基本數(shù)據(jù)，然后通過計算機技術(shù)對其進行了虛擬現(xiàn)實，把最終的虛擬設計效果給新潮地產(chǎn)進行了演示，使新潮地產(chǎn)有了直觀的方案理解，這樣有利于專業(yè)設計師與非專業(yè)人員的溝通，避免了后期施工中的反復工作。通過反復的修改和溝通最終敲定了最佳的設計方案結(jié)果，并在后期的施工中能有所參照，在項目竣工后能有所比較。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬現(xiàn)實技術(shù)最早發(fā)源于美國，美國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本上代表著國際虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究水平。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在美國最早被軍方應用于對飛行駕駛員與宇航員的飛行模擬訓練，試圖通過仿真技術(shù)來減少飛行傷 害。山東大學碩士學位論文 2 在亞洲，日本的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究處于領先的位置，主要研究對象是虛擬現(xiàn)實游戲和大規(guī)模的虛擬現(xiàn)實知識庫的研究。其中東京的廣瀨研究室的重點研究對象是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可視化研究，并開發(fā)了一種虛擬全息系統(tǒng)，其中就包括了人在建筑群體中的漫游。 我國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)起步較晚，始于 20 世紀 90 年代初，在技術(shù)上較于其它國家來說還有一定的差距，但是也取得了一定的成果。清華大學國家光盤研究中心制作出了“布達拉宮”，實現(xiàn)了 VR 的大全景；武漢大學建成的虛擬現(xiàn)實實驗室，成功研制出了多項數(shù)碼三維模擬系統(tǒng)，成為國內(nèi)一流的虛擬地理環(huán)境教 學與研究機構(gòu)；哈爾濱工業(yè)大學計算機學院成功模擬出了人在高級行為中特定人臉圖像的合成、唇動的合成和表情的合成技術(shù)問題，并且正在研究人說話時的手勢和頭部動作、語調(diào)和語音的同步進行等問題。 2020 年 9 月 8 號在人民大會堂公映的科學教育電影廠、 中央電視臺 、 東方天健數(shù)字影像制作中心 聯(lián)合 制作的大型傳奇史詩影片《圓明園》，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)真實的再現(xiàn)了舉世聞名的“萬園之園”?！? 圓明園》 是 我國第一次大規(guī)模的使用三維仿真動畫技術(shù)，影片中累計運用 長 達 30 分多鐘，第一次創(chuàng)造了將實景和三維動畫相合成的藝術(shù)氛圍 。影片中運用虛擬人類視 覺的仿真，來制作的“大水法”和“海晏堂”等場景、建筑的虛擬修復，使得觀看者有身臨其境的感受，并對中國的歷史、文化以及民族建筑的了解更加深刻。真實再現(xiàn)的建筑場景使當代人在可能的時空看到了不可能存在的空間，這不得不說是為人類遺留的一筆精神財富。 課題研究方法以及研究意義 本課題的研究方法分為 3個部分： 1．閱讀相關的理論著作以及相關的參考文獻，充實自身的理論知識；關注本課題國內(nèi)外的發(fā)展動向。 ，通過設計理論在實際項目設計中的運用，來解決項目中的問題。 制作，來進一步驗證和探索虛擬漫游技術(shù)在設計中的一些技術(shù)問題解決。 山東大學碩士學位論文 3 通過對本課題的研究，驗證了前期項目分析和設計過程的嚴謹，對后期漫游技術(shù)的制作效果具有關鍵性的作用。再好的漫游技術(shù)操作沒有良好的設計，最終也會影響建筑漫游效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設計中的應用與實現(xiàn)必須將技術(shù)與設計進行很好的結(jié)合。本課題的經(jīng)驗對未來的項目研究起到了很好的借鑒。 山東大學碩士學位論文 4 第 2 章 計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù) 現(xiàn)實虛擬技術(shù)已經(jīng)由最初的產(chǎn)生、探索到如今的高速發(fā)展時期；由最初的軍事、學術(shù)研究到如今的 民用領域的應用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在民用領域中運用最為廣泛的就是虛擬現(xiàn)實展現(xiàn)的作用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與多媒體技術(shù)的結(jié)合在設計領域的多個專業(yè)中發(fā)揮著重要作用并得到了廣泛的應用。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念及發(fā)展 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念 虛擬現(xiàn)實技術(shù)來源于英文的“ Virtual Reality”一詞，又稱為“虛擬環(huán)境”、“靈境技術(shù)”、“賽伯空間”等。 它綜合利用了 計算機圖形學 、 仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù) 、 人工智能 技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、 并行處理技術(shù) 和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感 受到真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗 [3]。 虛擬現(xiàn)實的應用 虛擬現(xiàn)實在我們生活中的應用是十分廣泛的。以前，那些高性能的圖形圖像處理裝置以及其他多種裝備，都只使用在軍事、醫(yī)療等特定領域里，而隨著互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡的發(fā)展，正轉(zhuǎn)向以普通人為主的大眾領域。擴增實境是虛擬現(xiàn)實最具實用價值的應用之一。它的意思是指在真實環(huán)境的基礎上把虛擬環(huán)境疊加進去，使二者有機結(jié)合，產(chǎn)生虛實難辨、亦幻亦真的感覺[4]。 山東大學碩士學位論文 5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)生的虛擬世界是由計算機產(chǎn)生的并存在于計算機內(nèi)部的虛擬世界，一般分為兩種情況：一種是完全虛擬的世界， 在現(xiàn)實中不存在的，例如三維動畫中產(chǎn)生的人造世界；另一種是仿造真實世界存在的，可以是曾經(jīng)存在而被摧毀建筑的數(shù)字復原，也可以是設計完成還未付諸施工的建筑再現(xiàn)。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點及分類 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點 美國科學家 Burdea Philippe Coiffet 在 1993 年世界電子年會上發(fā)表了一篇題為“虛擬顯示系統(tǒng)與應用”的文章，在該文中提出一個“虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三角形”，它表示出虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有虛 3個突出特征：沉浸性、交互性和想象性 [4]。 1) 強烈的“身臨其境”沉浸感 (Immersion)即投入感，使參與者在三維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的感覺狀態(tài)，有身臨其境的感覺。 2) 友好親切的人機交互性 (Interactivity) 主要是指參與者通過設備，使人與虛擬世界之間使用自然的方式進行交互。 3) 發(fā)人想象的想象性 (Imagination) 是指最大限度發(fā)揮人類的創(chuàng)造性和想象力。制作虛擬現(xiàn)實作品的同時也是反映設計師思想的同時，比呆板的二維圖像具有更好的效果。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類 近 10 年來，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、人工智能等新技術(shù)的 高速發(fā)展及應用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也發(fā)展迅速，并呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢，其內(nèi)涵也已經(jīng)大大擴展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅指那些采用高檔可視化工作站、高檔頭盔式顯示器等一系列昂貴設備的技術(shù)，而且包括一切與其有關的具有自然交互、逼真體驗的技術(shù)與方法。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的目的在于達到真實的體驗和基于自然的交互，而一般的單位或個人不可能承受昂貴的硬件設備及相應軟件的價格，因此我們說只要是能達到上述部分目的的系統(tǒng)就可以稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。 [5] 山東大學碩士學位論文 6 在實際使用中，按照功能的高低虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可分為 4 種典型的類型： 一是桌面 虛擬現(xiàn)實 系統(tǒng) ,也稱窗口中的 VR。利用個人計算機就可以實現(xiàn) ,通過鍵盤、鼠標等輸入設備就可以對虛擬世界進行操作，其成本低 ,功能簡單 ,主要用于 CAD、設計、游戲等領域。 二是沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) ,需要在一個封閉的空間內(nèi) ,把參與者的視覺、聽覺等都進行暫時性的封閉，然后通過跟蹤器等輸入設備，使人有身臨其境、完全參與的感覺。 三是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) ,就是把現(xiàn)實虛擬技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合，把分布于不同地方的多個用戶 ,通過因特網(wǎng)連接起來 ,使多個用戶共同參 與到一個虛擬空間中，共同實現(xiàn)某種用途。 四是增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng) ,可對實際物體進行操作并且也減少了構(gòu)成真實環(huán)境的開銷 ,例如室內(nèi)設計中，可以在櫥柜上增加不同的裝飾材料，不斷地改變顏色、形狀，選擇確定最終的效果，達到增強現(xiàn)實的目的。 應用于建筑設計中的虛擬漫游 目前的計算機圖形藝術(shù)設計的創(chuàng)作方式與應用領域已經(jīng)大大的拓展了，就作品形式而言，由二維、三維和四維圖形圖像以及與音頻等要素組成的，再現(xiàn)現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實的視聽圖形和圖像藝術(shù)設計。 [5]虛擬漫游技術(shù)是虛擬現(xiàn)實（ VR）技術(shù)的重要分支，在建筑、旅游、游戲等行業(yè)發(fā)展很快。虛擬現(xiàn)實 就建筑視覺模 擬的可行性而言，應用領域可包括 : 城市景觀模擬、小區(qū)景觀模擬、建筑設計模擬、室內(nèi)設計模擬、 歷史性建筑模擬等。在建筑環(huán)境展示方面，近年來三維效果圖及三維動畫己普遍應用。然而，效果圖只能提供靜態(tài)局部的視覺體驗。而使用虛擬現(xiàn)實展示手段進行建筑環(huán)境信息的展示，可以讓人以自由的角度去審視或欣賞其建筑的外觀信息及其平面布局特點，它所具有的展示特性，要比模型或效果圖更形象、完整和生動。而且在建筑環(huán)境還沒有完工的時候，也可以就讓消費者感受到真實的效果 ，極大地擴展了展示空間，也為銷售方帶來了展示促 銷的新手段 [7] 建筑設計以及室內(nèi)設計在設計時既要考慮空間組織、空間形態(tài)，又要充分的山東大學碩士學位論文 7 考慮到人的因素，以參觀者的視覺感受為宗旨，這是一整套的設計過程，從前期的溝通、設計到后期的施工等，從時間到費用，都不允許這個過程的從頭再來，如何能保證項目的順利進行并且最終取得設計師和客戶都能滿意的效果，是首要考慮的問題，虛擬現(xiàn)實的漫游技術(shù)恰恰能夠很好的解決這個問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠最大程度的創(chuàng)造和實現(xiàn)項目的最終效果。所以虛擬現(xiàn)實的漫游技術(shù)在建筑設計中受到設計師和客戶的歡迎。 設 計是設計師的設計思維不斷伸展的過程，如何能夠與客戶進行良好的溝通并能夠讓客戶充分理解設計師的設計作品是設計的一個重要的問題。由于人思維的差異性以及理解能力的差異性，以往的專業(yè)平面圖、立面圖、施工圖以及二維的效果圖都不能更好的體現(xiàn)設計師的想法，經(jīng)常會有因為溝通理解的問題，造成設計的反復，施工的浪費，時間的拖延的現(xiàn)象，增加了設計師的工作量也增加了客戶的投資費用，虛擬漫游技術(shù)能夠更直觀的體現(xiàn)項目的最終效果，因此虛擬漫游技術(shù)在建筑設計中的應用是將來設計行業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢。 虛擬建筑漫游技術(shù) 可以分為很多 種方式 ，比如：按 照 漫游對象 — 建筑物或建筑環(huán)境的 是否存在 來分；按 照 漫游系統(tǒng)的 制作 技術(shù)來分；按 照 漫游系統(tǒng)的應用行業(yè)和目的來分等等 。 下面簡單的介紹一下國內(nèi)現(xiàn)在的 真實建 筑 的虛擬漫游 和虛擬建筑場景的虛擬漫游 。 真實建筑場景的虛擬漫游 這種虛擬漫游的最大特點是：被漫游的對象是已經(jīng)客觀真實存在著的，漫游對象制作是基于對象的真實數(shù)據(jù)。主要應用于真實名勝景觀的虛擬觀光 旅游 。這種 虛擬漫游可以使游客足不出戶地游歷 世界 各地名勝和風光。 我國在名勝景點虛擬漫游系統(tǒng)的開發(fā)制作方面，有許多的代表作，例如：《紫禁城 *天子的宮殿》以及西湖風光虛擬游覽系統(tǒng)。其中 2020年完成的故宮 VR《紫禁城天子的宮殿》項目，參觀者可以利用操控器在紫禁城中進行漫游，可以近距離地觀看太和殿的全景。 山東大學碩士學位論文 8