虛擬現實技術和增強現實技術在建筑業的應用初探

王明南

【摘 要】本文首先介紹了虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）的概念及其特點，然后從建筑業設計階段和施工階段分別對VR技術和AR技術的應用前景作了展望。

【關鍵詞】虛擬現實;增強現實;建筑業

虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）都是解決建筑行業出現問題的方法，AR技術是在VR技術的基礎上發展來的。二者均是由利用計算機技術模擬產生一個看似真實的虛擬世界。VR技術可以通過多種傳感設備，使參與者完全沉浸在虛擬世界中;AR技術可將真實世界和虛擬世界無縫結合，使虛擬物體在合成的場景中具有真實感?；赩R技術和AR技術的特點，在建筑業設計階段和施工階段，可以利用二者輔助完成相關工作，進而實現節約成本和減少工期等目的，以發揮其他技術所無法替代的作用。

一、虛擬現實技術（VR）概述

（一）虛擬現實技術（VR）的定義

VR是虛擬現實（Virtual Reality）的簡稱，是指利用電腦模擬產生一個虛擬環境，通過視覺、聽覺、處決、嗅覺和味覺等多種感覺的實時模擬和實時交互，讓使用者即時而又沒有限制地觀察虛擬環境內的物體。這個虛擬環境是指綜合利用計算機圖形系統和各種顯示及控制等接口設備，在計算機上生成的、可交互的三維環境[1]。

（二）虛擬現實技術（VR）的特點

VR技術具有沉浸、交互和構想三個基本特征。

沉浸性是指參與者可以沉浸到計算機系統所制造的環境之中，有身歷其境一般的沉浸感;交互性是指參與者可以通過VR設備（例如現在的VR頭顯）與多維化的信息環境之間發生交互作用;想象性表明了參與者在VR技術中的主導地位，參與者可以在這個定性和定量結合的環境中激發自己的思維，進而加深感性和理性的認識。它們之間的關系可以用三角關系表示，其中沉浸、交互和構想分別位于三角形的三個頂點，三者之間通過三角形的邊連接在一起。

二、增強現實技術（AR）概述

（一）增強現實技術（AR）的定義

AR是增強現實（Augmented Reality）的簡稱，它是指通過計算機系統提供的信息增加參與者對現實世界信息的感知能力，并將計算機生成的文本、圖像以及虛擬3D模型、視屏或場景等信息實時準確地疊加到參與者所感知到的真實情境中，從而提高參與者對真實場景中信息的感知能力[1]。

AR系統利用附加的模型信息，將真實世界進行動態增強，并且真實的物體和虛擬的物體共存，二者之間互相增強和補充。

（二）增強現實技術（AR）的特點

AR技術具有虛實結合、實時交互和三維注冊三個特點。

虛實結合是指AR技術將真實世界與虛擬世界相結合，真實世界中事物及其所對應的虛擬增強是同時在同一位置出現的;實時交互是指真實世界和虛擬世界之間傳遞的的信息可以立刻得到反饋;三維注冊要求真實世界中事物所對應的虛擬增強信息要準確無誤，同時應進行真實感事實繪制，以達到虛實完美結合的效果。

三、在建筑業的應用前景

（一）建筑業設計階段

1.虛擬現實技術（VR）在建筑業設計階段的應用前景

VR技術在建筑業的應用也是剛剛起步，就其技術實質來說，VR技術在設計階段可貫穿于全過程，它將給建筑設計帶來的重大的影響和變革。

建筑設計階段充分體現了建筑的空間性，更加真實地體現了場所精神，也具有交互性和靈活性的特點。建筑師利用VR技術，在其沉浸于虛擬現實中的建筑的同時，可以全面、真實而快捷地了解建筑行為元素;同時，建筑師在VR技術中各種感知方式的刺激下，也可以激發其創作潛能、拓寬創新途徑。

（二）建筑業施工階段

1.虛擬現實技術（VR）在建筑業施工階段的應用前景

VR技術在建筑業施工階段的應用可以是利用VR技術構造一個虛擬施工環境，進而實現虛擬現實施工方案設計。

首先在虛擬環境中建立周圍環境、建筑結構構件及所需機械設備等虛擬模型，形成具有一定功能的仿真系統，讓系統中的模型具有動態性能，然后對系統中的模型進行虛擬裝配，根據虛擬裝配的結果，在人機交互的可視化環境中對施工方案進行修改[3]。

VR技術具有沉浸性和交互性這兩個特性，在建筑業施工階段，它們充分反映了設計者的主導作用：過去設計者只能在計算結束后查看計算結果，現在設計者可以通過VR技術沉浸到虛擬現實中，參與計算過程。

通過應用VR技術，設計人在進行建筑施工方案的分析和設計時，可以對可視化的虛擬模型進行修改，從而優化施工方案。

2.增強現實技術（AR）在建筑施工階段的應用前景

AR技術在建筑施工階段的應用主要體現為BIM和AR技術結合起來的應用。BIM（建筑信息模型）將建筑全生命周期的信息集成到統一的模型里，從而實現建筑全過程信息流的完整性。因為施工現場相比于建筑生命周期的其他階段更復雜和多變，BIM技術無法與施工現場多變的現實環境進行結合，因而在施工環境發生改變時，無法判斷預先的模擬是否仍然可行。將BIM技術和AR技術結合后，BIM技術強大的信息功能、可視化功能、協調計算功能加之AR技術的虛實顯示功能，則可以完全實現施工現場管理的各項任務[4]。

BIM技術和AR技術結合后，不僅能在設計階段最大化地實現BIM技術在工程現場管理的應用，而且通過AR技術可以將虛擬模型及附加信息成功引入施工現場，輔助現場管理人員完成相關工作的管理。

四、結語

本文介紹了什么是虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR），最后對VR技術和AR技術在建筑業的應用前景進行了展望。

VR技術和AR技術尚且處于發展階段，雖然在我國很多行業已經得到了應用，可是在建筑行業的應用剛剛起步，相信隨著VR技術和AR技術的不斷發展，VR技術和AR技術必將在建筑行業進一步普及，為建筑行業的發展助力。

【參考文獻】

[1]郭天太.虛擬顯示技術與增強現實技術[J]，機械制造，2003，466（41）：7-9

[2]張濤.虛擬現實技術在建筑設計中的應用初探[D].重慶：重慶大學.2001：55-71

[3]鄭丹丹.虛擬現實技術在建筑施工中的應用[J].工程技術

[4]杜長亮.BIM和AR技術結合在施工現場的應用研究[D].重慶：重慶大學，2014：60-63