虚拟建筑设计

虚拟现实建筑技术VirtualRealityArchitectureTechnology课程编号：141213学分：2开课单位：建筑系课内学时：36教学方式：理论教学、上机实习开课学期：第二学期撰写人：严钧王浩钰教学要求及目的：虚拟建筑设计是集许多先进技术于一身的强调合作性的新的设计方式。通过该课程的学习，了解相关硬件和软件，了解VR系统的分类，理解VR系统的模块构成，熟悉虚拟现实的特点，掌握建筑立体影像的合成与生成。课程主要内容：(一)虚拟现实概述虚拟现实的概念和分类；虚拟现实的特征；虚拟现实的系统构成：虚拟环境，计算机环境，虚拟现实生成器和交互模块；虚拟现实的研究内容；(二)虚拟现实应用的主要技术和设备；三维建模技术；视觉现实技术及设备；可视化技术；交互技术；听觉设备；录制三维声音和声音方向的确定；虚拟的触觉和力觉；虚拟现实系统的输入；虚拟现实技术的编程；（三）虚拟场景的开发和虚拟场景的OpenGL实现OpenGL概述；OpenGL概述的特点；虚拟环境的数据描述；（四）VRML概述VRML的特点，VRML在建筑设计和城市规划中的应用。教材及主要参考书：曾建超，俞志和编著，虚拟现实的技术及应用，清华大学出版社詹翔、王海英，3DVIZ入门与提高，人民邮电出版社，2002年9月第一版王中得杨玲编著，建筑建模高级技法，机械工业出版社，2002年5月第一版王中得杨玲编著，建筑材质处理高级技法，机械工业出版社，2002年5月第一版王中得杨玲编著，建筑动画制作高级技法，机械工业出版社，2002年5月第一版预修课程：AutoCAD；Photoshop；3DMAX使用专业、范围建筑设计与理论三维建模技术虚拟现实技术交互式技术三维环境下的三维编辑和建模工具用于手工建立模型和相关属性的编辑可视化技术虚拟建筑设计是集许多先进技术于一身的强调合作性的新的设计方式。建筑师借助于这样的虚拟环境，可以在建筑设计过程中，对建筑进行虚拟的加工、装配和评价，进而避免设计缺陷，有效地缩建筑设计的周期，同时降低建筑产品的成本。越来越多的人已经认识到这种技术是一种可靠的、行之有效的辅助设计技术。初步的实践证明：这项技术对建筑的概念设计、装配设计和使用者的参与人特别益。虚拟建筑设计涉及众多的学科和专业技术。虚拟建筑设计技术是基于CAD的系统：建筑师和使用者可以在虚拟环境中进行设计活动。系统不再使用传统的二维交互手段，而直接进行三维设计。它们提供各种输入设备(数据手套、三维导航装置等)与虚拟环境进行交互。这样的虚拟设计系统不需要进行系统的培训就可以掌握，一般的人员稍加熟悉后便能成功地利用这样的系统来体验建筑环境。在电子计算机技术和虚拟现实技术的推动下，虚拟设计技术必将迅速地发展起来。这项技术的应用不仅能够提高设计效率，而且有助于萌发新的设计思路，由此可见虚拟建筑设计技术对于建筑的创新设计和常规设计都具有非常重要的意义。虚拟建筑设计是以“虚拟现实”技术为基础，以建筑产品为对象设计手段。虚拟建筑设计充分地利用了模拟仿真技术，它具有虚拟现实的特征，如：自主性、可操作性、存在感等。设计人员可以通过视觉、听觉、触觉及语言、手势等与设计的对象在虚拟的环境中进行自然地交互。自主性：在虚拟环境中，建筑设计行为是自主的，由人与程序共同完成，虚拟现实要让操作者感到虚拟环境是自由和真实的，其变化符合自然规律。可操作性：在虚拟环境中，操作者能够对虚拟环境进行操作。并且操作的结果应该能反过来被操作者准确地、真实地感觉到。存在感：在虚拟环境中，操作者应该能很好地感觉各种不同的刺激，存在感的强弱，与虚拟表达的详细度、精确度、真实度有密不可分的关系。强烈的存在感能使人们深深地“沉浸”于虚拟环境，以便人们更好地评价建筑。同时，虚拟建筑设计与互联网相结合更是相得益彰。利用互联网络能将虚拟设计方案快速传递到其它人的电脑中，也可以将设计任务委托别人来做，做好的设计通过互联网传送回来。对于大型复杂设计任务来说，可以分解为多个小任务分发给不同科室、不同单位、甚至是不同地区或国家的协作单位，然后通过互联网传递汇总。协作单位之间利用互联网络随时传递信息、交换文化，能够及时获取对方的进展情况，对设计工作随时提出意见和建议，也可以对其进行直接修改，形成异地虚拟建筑设计的方法。这样既方便协作又节省时间，可以大大提高工作效率。在电脑中建立起来建筑构件模型结合数控加工技术就能直接生产出相应的装配件，从而缩短建筑设计与建造的周期。结语在我们所处的时代，海德格尔对技术的批判是有局限性的。在我们认知过程中，应该把计算机技术(包括虚拟建筑设计技术)视为合作伙伴的同时，我们也应注意到与技术合作时发生什么事情。由于人类历史是一条自我意识之路，所以随着我们深化对虚拟技术交互作用的认识，我们也将会增加对自我的认识。本所發展方向與重點研究與創作方向課程要求與學位授與發展歷程與追求卓越計畫一、本所發展方向與重點交大建築研究所為了能全面掌握「電腦與網路時代中的建築設計」，以便在全球建築的數位新發展中具有前瞻性，並為了避免片段的理解而又能建立特色，將以數位建築的概念為焦點，融合設計創作、理論研究、設計媒體研究等發展方向，積極與全球類似目標的學校如美國之MIT,Columbia,瑞士之ETH等研究所，發展人類在建築歷史中的新方向。另外，為了掌握數位建築與數位城市的未來性，交大已通過建築學院籌設計畫，將增設建築系、都市計畫與設計研究所、與數位設計媒體研究所，成為一個培養數位時代傑出設計規劃人才的建築學院。二、研究與創作方向建築在本質上是一個融合藝術（建築設計創作與方法）、科技（技術與理論）、與人文（文化、社會、歷史、哲學）的綜合體，建築的內涵與時代的發展向來密不可分，因此，以人類文明重要的革命性發展歷程來看，畜牧時代、農業時代、工業時代，都對建築在藝術科技人文的向度上，產生了巨大的變革。如今，人類正進入變化更快而且更大的資訊時代（也稱為數位時代、電腦時代、網路時代、或電子時代），自1995年以來，許多國際性的建築作品與建築理論，紛紛熱烈探討著由電腦科技所帶來的種種變遷。建築研究所在教學與研究重點與交大資源整合方面，希望能全面而長期的以掌握「電腦與網路時代中的建築設計」為主旨，並為了避免片段的理解而又能建立研究特色，將以電腦與網路時代為焦點，融合下列三個發展重點：1.設計創作：建築設計、設計方法與過程作等，探討下列主題︰‧建築設計（Studio）‧數位/虛擬建築設計（Studio）‧數位建築設計方法與過程‧網路空間與虛擬空間創作2.運算與認知思考理論：設計運算、設計思考與認知等，探討下列主題︰‧電腦媒材在設計方法與過程中的角色‧設計運算理論（含人工智慧的設計應用）‧設計與思考認知理論‧實體空間/虛擬空間理論3.數位媒體研究：數位設計媒體研發、創作與應用等，探討下列主題︰‧虛擬實境空間模擬器（VR/ARCave）：視覺模擬與整合。‧自由形體科技（FreeFormTechnology）：空間形體研究。‧網路媒材（NetMedia）：網路整合研究。‧沉浸式敘事（ImmersiveNarrative）：整合視覺、空間、網路、藝術、電影及娛樂等。‧未來新設計媒材（InnovatoryDigitalDesignMedia）：任何創新但仍尚未發展之新媒材。另外、由電腦的衝擊而新興的人文發展，包含電腦與網路時代中的文化研究、社會理論、歷史觀與哲學探討等，也是重要的關切課題與未來發展方向，探討下列主題︰‧網路文化與網路社會‧虛擬社會‧文化、社會與空間論‧網路文化與現代主義及後現代主義‧網路文化與社會建構主義‧建築媒材的歷史觀三、課程要求與學位授與課程要求1.本所學生修業期限以3學期至四年為限，在職生得延長一年。2.本所學生入學時若大學在「理論」與「歷史」類課程訓練不足時，由所務會議決定，須補修3學分該類課程，可列畢業學分。－設計組與理論組學生若過去在電腦使用熟練度不足時，於入學之第一個暑假須補修電腦相關課程，不列畢業學分。3.新生入學時需提出托福測驗成績，成績未達要求，所上所開英文課程為必修－英文要求如下：設計組與媒材組畢業托福須達530分、理論組須達550分、博士班須達560分，未達到以上要求者，以英文課上課－學分來抵（碩士班學生4門英文會話課及4門英文閱讀課，博士班學生8門英文會話課及8門英文閱讀課）。學位授與碩士班研究生的畢業要求如下：1.設計主修（MArch）－修滿45學分（含4門設計課（Studio）與2門專題）。－畢業設計創作須通過「設計口試委員會」的審核，並參加國際性競圖入圍。2.理論主修（MS）－修滿24學分（含方法學與1門設計課（Studio）或1門媒材（Media）－論文須通過「論文口試委員會」審核，並在50﹪錄取率以下之國際學術會議發表。3.媒材主修（MArch或MS）－修滿27學分（含2門媒材（Media）或1門設計課（Studio）加1門媒材（Media）－畢業媒材研究須通過「媒材口試委員會」審核，並參與國際展覽或在國際發表論文。博士班研究生的畢業要求如下：1.完成博士資格考並發表二篇國際會議（錄取率50﹪以下）論文2.完成博士論文並發表國際期刊論文二篇與國際會議論文（錄取率50﹪以下）五篇四、發展歷程與追求卓越計畫發展歷程數位理論時期（1994-1997）1994年劉育東老師回國後便在當時的應用藝術研究所(GraduateInstituteofAppliedArts)設立建築設計組(ArchitectureGroup)，發展重點著重於數位建築理論(theoryofdigitalarchitecture)與設計思考過程(processofdesignthinking)之研究，除劉育東及國內7、8位兼任老師外，每年招收5-7位碩士生。課程主要為電腦相關的建築理論，如人工智慧(artificialintelligence)，網路合作式設計(Internetcollaborativedesign)，設計思考、媒材、認知與運算(designthinking,media,cognitionandcomputation)，以及方法學(designmethodology)等，目標在建立數位建築理論研究上的基礎，並將交大在建築上已具備之理論研究成果向國際介紹與發表。此外，交大為支持建築的發展，在人文社會學院(CollegeofHumanityandSocialSciences)成立系所層級之「建築與文化研究室」(ArchitectureandCultureResearchProgram)，讓建築在電腦理論與技術上的發展，經由實際研究計劃得以發揮，除在「新竹之心」規劃案（95-99）將電腦技術引入設計及規劃過程外，並參與新竹許多都市廣場及歷史建築更新(historicalarchitecturerenew)之設計。96年開始，交大與麻省理工學院(MIT)、華盛頓大學(WashingtonUniversity)、加拿大英屬哥倫比亞大學(UBC,Canada)等校透過網路進行合作式設計（VirtualDesignStudio）；97年於新竹主辦有80位來自全球研究者參與的第二屆亞洲電腦輔助設計研討會（CAADRIA'97），除促成此一區域性研討會晉升成為國際性，交大也正式在亞洲甚至全球的相關研究領域中具主體性。另外，交大當時也與大陸幾個重點學校進行合作，如清華、東南、同濟、天津等校建築系，後續則有北大及南京大學的建築研究所密切交流與交換師生至今。加入數位設計時期（1997-2000）此時的主體仍為應用藝術研究所建築組，但在學校的支持下，成立校級的「虛擬設計研究中心」（VirtualDesignCenter），將原有的理論基礎帶入設計的發展當中，成為數位建築設計的研究單位。在課程上除維持理論方面的架構外，並於各學期加入設計課程，畢業方式也增加建築設計專業碩士學位(post-professionalmaster'sdegree)，基於大學的設計訓練，在研究所專注設計方面的訓練並達到相當品質後，不需碩士論文(master'sthesis)而以建築設計為碩士畢