虚拟现实(V irtual Reality， 简称VR ) ， 又称为虚拟环境(V irtual Environm en t s)、人造空间(Cyber space)、人工现实(A rt if icial Reality)、仿真技术(Sim u lato r Techno logy) 等。 它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络、并行处理等技术的最新发展成果。 它以模拟方式为使用者， 创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界。 在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中， 使设计者可以深入探索、参与者可以直接参与虚拟对象在所处环境中的作用和变化， 仿佛置身于一个虚拟的世界中， 产生融合性……997 年， B ridges 与Charito s 提出建筑设计与VR 之间， 存在着一双向关系， 建筑设计可引用VR 来评估与验证设计意图， 而虚拟现实的环境可引用建筑设计知识来建构。
1.虚拟现实的建筑演示系统
在建筑和规划学科领域， 使用虚拟现实演示单体建筑、居住小区乃至城市空间， 可以让人以不同的俯仰角度去审视或欣赏其外部空间的动感形象及其平面布局特点。它所产生的融合性， 要比模型或效果图更形象、完整和生动。
使用虚拟现实语言， 可实现实时场景及单体编辑， 动画、解说等多媒体信息和虚拟现实无缝连接。 它让人易于交流， 加强大众与专业团体对城市及开发区规划的理解与认识， 勾画未来城市的形象等。
台湾交通大学建筑与文化研究院刘育东教授在台湾新竹市东门城广场规划中， 第一次对。公共工程进行公开讨论， 以拟定后续的发展准则。 居民们希望从任意角度了解工程项目的。情况， 所以将虚拟现实引入用户参与设计系统是十分必要的。虚拟现实能适应因特网上传播的需要， 并能满足房地产信息的需求。 对房地产开发商、建筑设计和规划行业来说， 虚拟现实的展示方式是大势所趋。
(1)在商品房交易中， 消费者除了关注商品房的价格、位置之外，越来越关注房屋的环境、结构、设计、装潢。 用户在查询某商品房时，可以定位指定观察室内户型以及小区环境。可以亲身体验小区建成后的三维虚拟环境，了解室内空间、周边环境、固定设施的配套情况，因而仿佛身临其境。虚拟现实可以辅助户型室内装修设计及建材选择。场景中每个物体，可进行独立的移动、隐藏等编辑操作。 动感十足的虚拟现实可刺激用户的购买欲，有助于销售，缩短售房周期。
(2) 设计院可将自己的设计方案动态形象地展示， 以充分表达自己的方案， 提高中标率。
(3) 中标后对甲方、乙方而言， 可通过VR 方式审视。 双方可逼真快捷地进行设计数据的修改， 使设计臻于完善， 直至满意。
2 虚拟巡游系统的形成过程
以动画及虚拟系统的形成过程为例， 介绍如何将虚拟现实辅助于建筑设计方案中。
2.1 数据采集
包括平、立、剖面与透视图。 包括能充分反映建筑物的特点、立面效果， 以及重要建筑物的空间关系的规划区域实景图像， 诸如多角度、多距离观察的录像与摄影图片。 还包括空间参照物， 如周围建筑物， 相关的图纸和文本。
2.2 用三维建模软件建模
依据方案设计图在三维图形系统中构造建筑物， 常用建模软件有A u toCAD 和3DSMAX. 使用3DSMAX 制作动画。 将其以VRML (V irtual RealityModeling L anguage) 文件格式输出。
2.3 优化虚拟系统
(1) 使用LOD (L evel of detail) 算法替代模型的不同版本， 以减轻VRML 浏览器的负担。通过这种算法， 对于远处的或者是不重要的物体， 用较少的多边形表示。 对于近处的或较重要的物体用较多的多边形来表示， 从而在保证图像质量的基础上减少多边形的数目。
(2) 在场景中放置足够多的摄影机， 以供用户选择。
(3) 使用U SE， 对原始节点进行重用， 以减少文件长度。
(4) 使用超链接节点A ncho r， In line 等， 链接其它虚拟空间。A ncho r 使场景中的对象与另一空间造型链接， 或与场景中另一相机连接。In line O b ject 可合并另一虚拟现实文件。
(5) 通过A udio Clip ， Sound 算法提供虚拟的声音效果。
2.4 使用java scr ipt 语言扩展虚拟世界的动态行为
J avascrip t 语言是用于VRML 各个节点的一种描述语言。 它使*. WRL 文件所模拟的世界， 具有较强的真实度。
拙政园名冠江南， 是中国的四大名园之一， 亦是世界文化遗产之一。其空间蜿蜒曲折， 藏露掩映， 欲放先收， 达到小中见大的效果。 我们为拙政园最精彩部分(中部水院的小飞虹、小沧浪、得真亭、松风亭等) ， 建立了虚拟巡游系统。
3 对建筑设计思维的影响
传统建筑设计以纸和笔进行草图设计。 据此， 建筑师按自己对实际尺寸的把握进行设计。因此， 设计者无法融入所设计的空间中， 其观察与想象均受到限制。
虚拟现实， 提供了其它传统表现方式所无法比拟的、崭新的信息交流界面。 建筑师可从任意角度， 观看虚拟物体的三维效果(空间的形状、大小， 物体的色彩、材质等) . 可通过实时三维场景调整、信息查询以及多媒体信息集成等技术， 为方案的比较推敲， 为设计风格、造型特点，以及相关信息的展示， 提供了强有力的支持。 在虚拟现实环境中， 虚拟环境开拓建筑师的想象力， 提高创造力， 有助于建筑师产生多样化设计方案， 提高设计质量。美国Iow a 大学开发出新型设计工具VRDet〔2〕。 设计者可直接在该系统中设计， 整个设计过程可被录制并回放。 设计者还可观察他的思维过程， 对于了解建筑师的设计方法具有重要意义。
VADet 采用23D 语言系统提供固定声音， 有4 个C2 环绕屏幕显示系统， 可使用LCD 立体眼镜。C2 输入设备基于CAV E 系统(Cruz2N eira， Sandin& DeFan t i，.993) ， 能直接处理对象，对用户反应有快速的立体的显示。VADet 系统也可应用于配备有C2 的跟踪及输入设施的头盔浸入装置。
VADet 使用一个面向对象的方法设计。 它强调交互性能， 可扩充性及独立的显示界面。系统的核心是一组C+ + 类。3 个主要的类为环境类、控制类与形类。VADet 使得设计者在任一设计阶段可探索整体尺寸的虚拟物体。 系统有精确的风格， 可修改尺寸。 虚拟设计尺寸比C2系统的物理尺寸大。 物体能在实际尺寸内产生、复制、删除、移动、缩放或再生。 该系统可被视为一个三维草图工具。
虚拟现实发展前景十分诱人。 从某种意义上说， 它改变了人们的思维方式， 改变人们对世界、对自己、对空间和时间的看法。
虚拟现实不断发展， 将成为建筑应用软件的主流。IN TEL MCGRAWH ILL 公司所出版的《V irtual Reality： Th rough The N ew Look ing Glass》一书， 提出虚拟现实是21 世纪的工具的说法。V rnew s 也认为虚拟现实是最有发展潜力的十大关键技术之一。 虚拟现实具有完善的交互作用能力， 能帮助和启发进入虚拟境界的参与者的构思的信息环境。 利用计算机系统提供的人机对话工具， 同虚拟环境中的物体交互操作， 使人达到一种境界虚拟， 但其感觉却具有真实的效果。 我们应充分发挥虚拟现实强大的潜在功能于建筑领域。
计算机技术用于建筑设计已有多年，计算机辅助设计(CAD) ，主要是帮助设计者把设计、计算、画图、数据存储和处理等繁重工作交给计算机完成，而设计者把主要精力用于创造性构思。计算机产生的设计结果，可通过图形设备向设计者展示，并可模拟，允许设计者作出修改。虚拟现实(简称 VR) 技术能创造身临其境的感觉。
虚拟现实也称虚拟环境或虚拟真实环境，是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术，它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络并行处理，利用计算机生成的三维空间形象实现的目标合成技术，通过视、听、触觉，以图表及动画方式呈现，让观看者“眼见为明”。它改变了传统的计算机辅助设计被动静态的信息传递方式。它的特性包括： (1) 交互性(interactive) ; (2) 想像性(imagination) ; (3)沉浸性(immersion) .虚拟现实就建筑视觉模拟的可行性而言，应用领域可包括：建筑物模拟、室内设计模拟、城市景观模拟、施工过程模拟、物理环境模拟、防灾模拟、历史性建筑模拟等。在建筑设计中既要进行空间形象思维，又要考虑到以用户的感受为核心，是一连串的创新过程，包括规划、设计、建设施工、维护等。巨大的成本和不可逆的执行程序，不能出现过多的差错，虚拟现实是一种可以创造和体现虚拟世界的计算机系统，虚拟世界是整体虚拟环境或给定仿真的对象的全体，充分利用计算机辅助设计和虚拟现实，可减轻设计人员的劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量，节省投资。虚拟现实技术在建筑设计中应用广泛。
2 、展示建筑物的整个信息
现阶段的二维、三维的表达方式，只能传递建筑物部分属性的信息，并且只能提供单一尺度的建筑物信息，使用虚拟现实技术可展示一栋活生生的虚拟建筑物，使人产生身临其境之感，设计不仅仅是设计者的事，住户、管理部门都可起到辅助决策的作用。
3 、远距离浏览
设计者设计的建筑物与工程单位可以相互沟通交流，通过万维网达到远距离浏览，也可以以计算机语言开发与虚拟现实造型语言整合，虚拟现实用于Internet 网中提高其普遍性与实用性。
4 、实时多方案比较
在建筑设计过程中，一般都会对设计的建筑物提出不同的设计方案，对未来建筑物的形象做多种设想，在虚拟的建筑三维空间中，可以实时地切换不同的方案，在同一个观察点或同一个观察序列中感受不同的建筑外观，这样，有助于比较不同的建筑方案的特点与不足，以便进一步进行决策。事实上，利用虚拟现实技术不但能够对不同方案进行比较，而且可以对某个特定的局部作修改，并实时地与修改前的方案进行分析比较。
5 、专用的人机接口交互
人机接口是使用者与计算机沟通的桥梁，它是代表使用者意图的转换及计算机程序的执行，良好的人机接口的建立，可减少使用者对系统的学习时间和增强系统的使用效率。在虚拟现实技术建筑设计中，必须有特定的人机接口模式：(1) 使用者模式。使用者直接进入虚拟现实中，进行观测与互动操作，以第一人称的观测方式，进行虚拟现实的沉浸观察，隐藏的接口，只有在使用时才出现;(2) 代理者模式。在虚拟现实中，常因沉浸环境与现实环境的感性差距，而造成空间迷失现象，以至于使用者无法掌握虚拟现实中的状态，以空间代理者的虚拟环境信息的提供，以第一和第二人称的观察方式，进行虚拟环境中的观测;(3) 监控模式。使用者以第三人称的方式，监控虚拟现实中所有的现实状态，并进行虚拟物的监视与控制，而接口的产生与虚拟现实的种类并无绝对的关系;(4) 浸入操作模式。将控制虚拟现实物的接口，置于虚拟现实中，以进行仿真式的操作模拟，使用者以
第一人称的操作方式，对虚拟物进行控制。从系统整合的观点来分析建筑设计，系统的接口连结不当，影响设计质量和施工程序。
虚拟现实系统基本上有两种：模型式和图像式。以模型式虚拟现实，以虚拟现实造型语言(简称VRML) 为主要描述语言，使得建筑设计可用计算机进行三维建模，利用效果图和三维施工图与资料库，并利用虚拟现实技术连结到资料库作为实时模拟操作。虚拟现实造型语言，可用来在万维网(3W) 中定义与更多信息相关联的三维世界的布局和内容，使之能够在一个交互的三维空间中很容易地被表达出来。当虚拟现实造型语言浏览器启动后，它会将虚拟现实造型语言中的信息解释成虚拟现实造型语言空间中的建筑物的几何形体的描述，一旦VRML 空间被用户的浏览器解释，它将提供实时显示，一秒钟可以显示多次，这样，用户的机器上将会有一个活动的场景。
6 、应用实例
荷兰的虚拟现实技术起步较快，Eindoven 大学的Calibre研究院已用虚拟现实技术进行设计和咨询，他们开发的软件包由一组类CAD 的函数组成，称为CAAD 软件，为建筑结构的创建、修改和可视化提供了工具包， 它支持Auto CADDXF 文件的输入输出，而且能够用于虚拟环境中增加动画和对象的动态行为。已用该系统模型化了一座小城市，具体目标是在河中小岛上设计一栋博物馆。这座城市由好几百栋建筑物组成，坐落在河边斜坡上，可以俯瞰小岛。首先，数字化该城市的地图，创建基本的Auto CAD 模型;其次，按真实三维位置安排每栋建筑物，同时也考虑山坡的轮廓;再次，加上建筑细节，如门框和窗框设计，以便标准地表现该城市的美学特征。该应用实例让人们领略了该领域和他们所取得的成果。
在美国洛杉矶和费城的虚拟建筑三维模拟系统被认为是全球最成功的虚拟建筑模拟系统之一。各国对虚拟现实技术都在研究和应用，我国也一样，在虚拟世界建筑方面，都已制作和展示了复杂的虚拟世界模型。虚拟现实技术所涉领域十分广泛，技术潜力巨大，在建筑设计中应用前景广阔，但软硬件投资巨大，可重复性低，如计算机辅助设计/ 制造数据库/ 计算机辅助工程，多媒体/ 台式视频，图形艺术，形象/动画制作，科学可视化，实时模拟等的硬件价格很高。
总之，虚拟现实技术在建筑设计中的应用随着网络的发达及计算机软硬件的进展，应用层面会更广，成长幅度会更大。网络传输的便捷与快速处理，利用计算机科技来呈现建筑设计成果，已成为新的趋势，而且技术日新月异。
