三维虚拟交互技术在建筑史教学实践中起到什么作用

一、引言在高校中与建筑相关的专业（如建筑学、城市规划、景观建筑及环境艺术）其课程设置中建筑历史是建筑理论课程的重要组成部分。在建筑历史课程中对于历史建筑的设计方法、形制、构造、装饰艺术等等的学习对提高学生的理论水平、培养学生艺术素养以及提高设计能力都具有十分重要的作用。建筑历史课程研究的对象是建筑，建筑是技术、艺术以及社会政治与经济等各种因素紧密结合产物。同时，建筑又是存在于三维世界中的空间立体形态，仅从平面的照片及图纸很难体会到建筑艺术的韵味与精髓。另外，建筑史课程的课时较少而教学内容及知识点较多，很多教师对学生如何发挥主观能动性却探索重视的不够，教学中的启发性与研究性不强。没能给学生提供很好的自主探求结论的材料或地方古迹资源来加强学生对建筑历史和传统文化的理解。因此笔者认为建筑历史的教学中需要能够提供与建筑相关的大量的历史背景资料，并且可以应用最新的计算机图形技术开发相应的三维虚拟交互系统，使学生能够通过个人计算机在虚拟的历史建筑空间中自由穿行，领略人类建筑艺术的精华。

二、基于VIRTOOLS的三维虚拟交互技术随着计算机技术的迅速发展，出现了许多以计算机技术为基础的高新技术。虚拟现实技术（VirtualReality－简称VR）就是其中一项在各行各业应用非常广泛的高新技术。虚拟现实技术已经发展成为集计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感及高度并行的实时计算技术于一体的高新技术，甚至还包括了人的行为学研究。三维虚拟交互系统是计算机生成的能够刺激人的多种感官的虚拟世界，是一种高级的人机交互系统。三维虚拟交互系统由两部分组成：一部分为创建的虚拟世界（三维数字化模型），另一部分为介入者(人)。三维虚拟交互系统的核心是强调两者之间的交互操作，即反映出人在虚拟世界的体验。在三维虚拟交互系统的开发过程中，使用怎样的交互平台进行系统的开发决定着开发过程中所使用的技术标准，同时也决定着开发过程的流程及人员的组织。在“三维虚拟建筑史辅助教学系统”的开发过程中我们使用了Virtools作为三维虚拟交互系统的开发平台。Virtools是由法国达索集团下属的全球交互三维开发解决方案公司VIRTOOLS所开发的虚拟现实引擎。由于内建超过六百个的行为模组，可以让使用者快速设计出多样的3D数字内容。采用Virtools开发项目还具有减小开发难度、降低开发周期、真实性好、交互性强等特点。在Virtools交互平台上开发好的交互系统可以由网页形式及可执行文件两种方式进行发布。

三、三维虚拟建筑史辅助教学系统的特点及应用优势虚拟现实（VR）具有三个最突出的特征，这三个特征是交互性(Interaction)、想象性(Im agination)和沉浸感(Im m ersion)。这三个特征同样在“三维虚拟建筑史辅助教学系统”中得到充分的体现。

1.沉浸性三维虚拟交互系统应用于建筑历史的教学时，可以使系统精确逼真地模拟出历史建筑的原貌。建筑遗迹的结构布局、材料、纹理，包括周边环境乃至不同季节、一天中的不同时段的光影效果都会在系统中得到真实的再现。用户与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，而且还可以听到三维仿真声音。用户在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。

2.交互性(Interaction)虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互,使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能,就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。观察者能够自如地在历史建筑的虚拟环境中行走甚至是飞翔，去到建筑物的任意一个角落，对建筑遗迹进行全方位的观察。这种交互性还体现在虚拟建筑环境可以包含有相关对象的丰富完整的资料与数据。我们可以针对特定的历史建筑建立其相关资料的数据库。该数据库的内容可以包括：

（1）历史建筑的构造与布局。

（2）历史建筑的结构体系。

（3）建筑构件的尺度、材料与建造工艺及年代。

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