数字语境中的醉白池――计算机虚拟技术(VR)推动下的建筑测绘教学

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摘要:以上海松江醉白池园林景观测绘教学为例,介绍了虚拟系统的形成过程。采用三维建模软件AutoCAD和3DSMAX建模,应用javascript算法优化虚拟系统,扩展虚拟世界的动态行为建立的醉白池旧院古亭区域虚拟巡游系统,以任意选择路径遨游,证明建筑测绘教学中使用虚拟现实作为媒体平台的可能性。开拓建筑、装饰、园林测绘、教学的思路,有助于在教学中推出多种不同教学方案,从而提高相关专业教学的质量。以上海松江醉白池园林景观测绘教学为例,介绍了虚拟系统的形成过程。采用三维建模软件AutoCAD和3DSMAX建模,应用javascript算法优化虚拟系统,扩展虚拟世界的动态行为建立的醉白池旧院古亭区域虚拟巡游系统可以任意选择路径遨游,证明建筑测绘教学中使用虚拟现实作为媒体平台的可能性。开拓建筑、装饰、园林测绘、教学的思路,有助于在教学中推出多种不同教学方案,从而提高相关专业教学的质量。

关键词:虚拟现实技术推动建筑;装饰专业教学新思路

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)08-2042-02

Digital Technology in the Context of Zuibai Pool: On Teaching of Architecture Surveying and Mapping Based on Virtual Reality (VR)

SHEN Wei

(Shanghai Civil Engineering School, Civil Engineering Teaching and Research Section, Shanghai 201906, China)

Abstract: The paper introduces the process of the formation of virtual systems with the example of Zuibai Pool landscape mapping practice. Three-dimensional modeling software, AutoCAD and 3DSMAX modeling, as well as JavaScript algorithm are applied to optimize such virtual system and thus to expand the dynamic behavior of the virtual world. It will help to open up a new way for architecture, decoration, landscape mapping teaching, and offer a variety of different teaching programs designed to enhance the quality of teaching related professions.

Key words: virtual reality technology; architecture surveying and mapping; new ideas for interior design teaching

虚拟现实(VirtualReality,简称VR),又称为虚拟环境(VirtualEnvironments)、人造空间(Cyberspace)、人工现实(ArtificialReality)、仿真技术(SimulatorTechnology)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。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,使教学者可以深入探索、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。建筑专业教学与虚拟现实技术(VR)之间,存在着一双向关系,建筑专业教学可引用虚拟现实技术(VR)来评估与验证教学意图,而虚拟现实的环境可引用建筑专业教学的知识点来建构。

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。

将虚拟现实技术引入建筑教学系统是十分必要的。同时虚拟现实技术(VR)能适应因特网上广泛传播的需要,并能满足学生对完整信息的需求。无疑虚拟现实技术在教学中的展示方式是大有可为。

1) 在建筑、装饰专业教学中,学生除了关注建筑的造型、尺寸之外,还会关注其所处的环境、结构、设计、装潢。在进行相应的教学中,可以通过虚拟现实技术定位指定观察室内外以及小区环境。可以亲身体验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。虚拟现实技术还可以辅助室内装饰设计教学及建材选择。场景中每个物体,可进行方便、独立的移动、隐藏等编辑操作。动感十足的虚拟现实可刺激提高学生的学习兴奋度,有助于直观把握各知识点。

2) 在设计课程的教学中,教学双方可将自己的设计意图动态形象地展示,以充分表达自己的方案,构筑其教学双方新型沟通平台。

3) 在教学目标初步实现后,可通过VR方式审视。教学双方可逼真快捷地进行各项数据的修改,使教学过程逐渐臻于完善。

2 上海松江醉白池旧园古亭测绘教学中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技术运用于建筑、装饰专业测绘教学方案中。

醉白池位于上海松江区,与上海豫园、嘉定古漪园、秋霞圃、青浦曲水园并称为上海五大古典园林,也是五大园林中是最古老的园林。以一泓池水为主,池上建堂,池名“醉白”,并以“醉白池”作为园名。其空间蜿蜒曲折,藏露掩映,欲放先收,达到小中见大的效果。我们通过测绘,为醉白池较精彩部分--旧园古亭区域建立了虚拟巡游系统。

2.1数据采集

组织学生在古亭测绘现场四人一组采集、测量古亭各个建筑构件尺寸数据,现场绘制出包括平、立、剖面草图与建筑透视速写多幅。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,如周围环境山石、连廊和其他建筑物;相应的文本说明。

2.2用三维建模软件建模

完成前项工作后,依据采集来的各项数据利用CAD软件绘制出平、立、剖面正稿图,常用建模软件有AutoCAD。转入3DSMAX软件中依据CAD文件数据建立精确三维模型。如图1。

按照:模型建立、材质设置、灯光设置、相机设置。在3dsMax中渲染出静态图像,并进行贴图烘焙以便后续导出模型至VRP三维虚拟平台系统操作使用。

2.3教学中对三维虚拟系统主要特性的要求

2.3.1 人性化,易操作,所见即所得

该系统必须是一个全程可视化软件,所见即所得,在编辑器内可直接编译运行,熟悉相关软件的学生可以在一天之内掌握他的使用方法。使用中,不须纠缠于各种实现方法的技术细节,而可以将精力完全投入到最终的效果制作上来。

2.3.2 高真实感实时画质

光影是三维场景是否具有真实感的最重要因素,因此对于光影的处理是这个系统的核心技术之一。应可以利用3dsMax中各种全局光渲染器所生成的光照贴图,因而使得场景具有非常逼真的静态光影效果。使学生能够充分发挥自己的想象力,贯彻自己的设计意图,而没有过多的限制和约束。制作可以与效果图媲美的实时场景文件。并可以对材质的各项属性进行调整,如颜色、高光 、贴图、UV等,以达到优化的效果。渲染引擎高效和良好的硬件兼容性。

2.3.3 良好的交互特性, 三维虚拟平台系统与三维虚拟动画最主要区别就是它的可交互特性

系统中应支持多种建筑室内外常用浏览模式,包括行走、鸟瞰漫游、静物观察、摄像机动画,教师、学生不需要定义很复杂的参数,即可实现不同方式的浏览。在运行过程中,控制模式可通过画面中热区或热键来进行切换。行走模式中,默认将开启碰撞检测,即可实现游戏般的漫游。可以用鼠标、键盘、事件触发、定时触发、脚本流程来与三维场景中的物体或属性进行各种方式的互动。

2.4 通过比对当前市场应用的三种三维虚拟平台系统

慎选其中的VRP系统,并在该系统中完成最终古建测绘成果。具体如图2所示。

1) 学生实际现场手工绘制的平、立、剖面草图与各个视角透视速写;

2) 回校后AutoCAD绘制古亭平、立、剖面正稿图;

3) 上海松江醉白池旧园古亭测绘虚拟巡游系统。

3 课后对建筑专业教学思维的一点反思

传统建筑专业教学以纸和笔为主要工具进行平面范畴内的教学活动。据此,教师按自己对相关知识的把握进行教学。受众无法融入所教学的空间中,其观察、学习与想象均会受到一些限制。

三维虚拟平台系统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。教学双方可从任意角度,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,为各建筑间的比较推敲,为建筑装饰风格、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,虚拟环境开拓学生的想象力,提高创造力,同时有助于教师产生多样化教学方案,提高教学质量。和以往我们所掌握的教学虚拟技术相比,更好地摆脱了人机对话的固有模式,使人机双向互动进入到新的阶段。从某种意义上说,这项技术的发展可以很大程度改变学生在学习中的思维方式,进入到一个崭新的广阔天地。

4 结束语

三维虚拟平台系统的不断发展,将成为室内外建筑教学乃至社会实践应用软件的主流。同样也是最有发展潜力的关键技术之一。虚拟现实具有完善的全方位交互作用能力,能帮助和启发进入虚拟境界学习者的更好的创造、构思。利用计算机系统提供的灵活人机对话工具,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。

随着计算机软硬件技术的发展以及互联网延展社会工作、生活的各个角落,虚拟现实技术应用层面会更广,成长幅度会更大。网络传输的便捷与快速处理,利用这项计算机技术来更好地创造、呈现教学、工作实践的成果,已成为不可逆转新的趋势,顺势而上,大有可为。

参考文献:

[1] 汪成为.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用[M].北京:清华大学出版社,1996.

[2] 张秀山.虚拟现实技术及编程技巧[M].长沙:国防科技大学出版社,1999.

[3] 石教英.虚拟现实技术基础及实用算法[M].科学出版社,2002.

[4] 石教英.虚拟现实技术基础及实用算法[M].科学出版社,2002.

[5] 吴家铸.视景仿真技术及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.