【摘 要】本文主要论述了增强现实技术在建筑设计仿真过程中的具体应用，探讨了技术应用的方法和应用过程中应该注意的问题，希望可以为今后的增强现实技术应用提供参考，并且进一步提升建筑设计仿真的水平，保证建筑设计仿真的质量。
【关键词】增强现实技术，建筑设计仿真，应用
前言
随着我国建筑行业的快速发展，许多先进的技术开始被广泛应用，增强现实技术就是其中一个极为重要的技术，如何科学合理的应用增强现实技术成为了当前建筑行业共同研究和探讨的课题。
1、增强现实技术国内外研究现状
国外专注于增强现实技术的高校与科研机构一般将重点放在技术核心部分的算法、人机交互方式、软硬件基础平台的研究上，其中比较著名的有美国西雅图华盛顿大学的Human Interface Technology Lab，其支持研究的ARToolkit开源项目是业内最早的基于矩形识别标识进行三维空间注册的成熟增强现实引擎；瑞士洛桑理工学院的Computer Vision Laboratory，其基于自然平面图像与立体物体识别追踪的三维注册算法被公认为代表业内的领先水平；新加坡国立大学的Interactive Multimedia Lab，专注于基于增强现实技术的人机交互技术的研究；德国宝马实验室，正在研究并开发的增强现实辅助汽车机械维修项目，目标是实现基于可穿戴计算机的第一视角增强现实方案。
与此同时，一些技术公司则将成熟的核心技术与特定行业需求结合进行产品开发。其中在业内比较有影响力的包括：美国的ARToolworks公司，拥有ARToolkit引擎的版权并将其软件开发库进行商业化发布；新加坡的MXR公司，开发出面向科教领域的wlzCards和wlzQubes产品平台以及结合增强现实技术的建筑设计外观、内部结构互动展示平台；德国Metaio公司，拥有自主研发的基于各种平面图像识别追踪技术的跨平台增强现实解决方案Unifeye，应用于展会广告、设计展示、工业仿真、原型展示、移动应用等大众与专业领域；法国的Total Immersion公司，开发了完整的D'Fusion跨平台增强现实解决方案，支持专业领域的增强现实应用。
国内涉足增强现实技术的高校和科研机构较少，主要有北京理工大学光电信息技术与颜色工程研究所、浙江大学浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室、电子科技大学移动计算研究中心等，专注技术研发的公司有北京触角科技有限公司等。
2、增强现实技术运用到建筑设计领域的价值
虚拟现实理念从提出到现在大面积使用已经取得了一定进展，为人与机器之间的交互打开了广阔的应用天地，与此同时，其也产生了巨大的经济效益与社会效益。当前世界上很多国家在进行专门的研究，积极开发使用这一技术，已经运用在多个领域之内，它在建筑设计领域内的使用，也能展示其独有的优势：
2.1既能展示真实世界，也可展示虚拟世界。使用增强现实技术在展示真实世界的时候，能突破时空的限制；在展示虚拟世界的时候，还能在虚拟的建筑物中表现出三维空间效果，达到身临其境之感，形成人机三维交互空间，能让参与者切实感受到模型是存在的，并且对参与者来讲，其运动与操作可以实现准确响应。
2.2能表现视觉、听觉以及触觉。增强现实技术完全可以利用计算机的计算和图形处理能力，重现原来物质，并作为表现视觉、听觉以及触觉的技术手段、参照调查数据，虚拟并展示不存在或损坏的建筑群。
2.3可为建筑师提供验证设计的可行性。增强现实技术完全可以创造并展现出虚拟世界计算机系统，其将VR技术放置在建筑设计的整个进程中，使其能在整个设计的进程中变得可视化，让建筑师仿佛置身于将要建设的场地之内，并感受到建筑物的内部功能布局以及外部环境设计方面的优点与缺点，切实为建筑师提供验证设计的可行性与准确性。
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2.4将规划设计方案置于现实环境内进行考察。使用增强现实技术后，能够将多种城市规划方案定位到现实环境内，研究加入相关的规划方案之后其对现实环境造成的诸多影响，评价方案是否科学合理。政府相关职能部门、项目开发人员以及社会大众能从多个角度，全方位观察建筑师设计规划的实际效果，能掌握设计的意图以及设计形态。所以，使用增强现实技术为进一步实践创造出一定条件，增强现实技术能提升建筑规划的设计科学性，降低规划设计的开发成本，与此同时，还能大大缩短计划以及设计的时间。
2.5复杂机构施工方案以及施工结构计算中可使用增强现实技术。在虚拟现实环境内，创建结构构件、场景、机械设备等三维模型，形成具有特定功能的系统，在系统内的模型具备动态性能，对系统内的模型展开虚拟匹配，按照虚拟装配结果，在实现电脑与人的可视化环境内对设计方案进行适当修改，采用增强现实技术对不同方案加以分析，确保施工方案达到最优。
3、增强现实技术在建筑设计仿真中的应用
基于增强现实的建筑设计仿真系统原理是将建筑设计虚拟模型和实时拍摄到的建筑周边环境视频流融合在一起，实时组合成虚实融合的漫游场景并以视频流的形式输出。基于增强现实的建筑设计仿真系统，无需对新建筑周边环境进行建模，只需要对建筑设计本身进行建模，通过增强现实的真实对象跟踪注册技术，实现虚拟建筑模型与真实环境几何位置的精准匹配，再对建筑设计虚拟模型进行定位和投影变换，并与真实的周边环境图像进行融合，即可得到新建筑与周边环境融合的仿真效果。
基于增强现实的建筑设计仿真系统可以在无需对建筑周边环境建模的情况下，完成建筑设计与周边环境的实时仿真。不仅避免了设计师在仿真时对建筑周边环境的建模，同时由于仿真结果中建筑周边环境是完全真实的，有利于建筑设计师对建筑设计方案做出更合理的评估。该方法在继承了基于虚拟现实的建筑设计仿真技术优点的同时，很好地解决了基于虚拟现实的建筑设计仿真技术现存的两个局限性。
基于增强现实技术的建筑设计仿真系统中关键技术是摄像头对真实对象位置姿态的跟踪。真实对象位置姿态跟踪的实时性及精确度决定了新的建筑设计三维模型与周围环境在融合过程中能否精准匹配。
基于增强现实的建筑设计仿真与基于虚拟现实的建筑设计仿真相比具有以下优势：（1）建筑设计师无需对建筑周边环境建模，减轻了设计师仿真时的建模工作量，缩短了建筑设计周期；（2）最后输出的结果中，周边环境是真实的，有利于设计师对建筑设计方案做出更合理的评估。
基于增强现实的建筑设计仿真系统中需要大量的计算完成真实对象位置姿态的跟踪，这使得该技术对所运行的计算机硬件有一定的要求。如何优化算法，降低该技术对计算机硬件的要求，是决定该技术走向成熟应用的重要因素之一。其次，目前基于增强现实的建筑设计仿真系统使用基于标记卡的真实对象位置姿态跟踪技术。在使用过程中必须将标记卡固定在被跟踪对象上才可以实现位置姿态的跟踪，这在一定程度上限制了基于增强现实的建筑设计仿真技术的应用。如何实现快速高效的非标记卡真实对象位置姿态的跟踪是今后的研究方向之一。此外，虚拟三维模型的渲染模型是由设计师根据经验指定的，如何通过图像处理技术，从实时拍摄的图像序列中提取真实世界的信息来初始化渲染模型，使得虚拟三维模型在渲染之后得到最真实的渲染结果，是该领域的另外一个研究方向。
4、结束语
综上所述，在应用增强现实技术的过程中，建筑设计仿真工作可以变得更加富有意义，同时，可以依靠增强现实技术来提升建筑设计仿真工作的水平和质量，不断提升建筑行业的建设效果。
参考文献
[1]龙桃娥.增强现实技术在建筑领域中的应用论述[J]. 广东建材. 2015（03）：68.
[2]黄明.增强现实技术在建筑施工中的应用[J]. 硅谷. 2015（08）：36.
[3]高建华.增强现实技术在建筑设计方面的实践应用[J]. 电脑开发与应用. 2015（05）：08.
论文作者:钟建兴
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第15期
论文发表时间:2016/11/11
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