前人未曾涉足的地方：建筑、景观建筑和环境规划中的虚拟现实
沉浸式技术对设计感知、协同与决策的变革性影响
杜浩邦 徐海翔
摘要：本人第四阶段设计课进入了盗梦空间设计组，采用VR头显设备进行空间建构和尺度体验。因此，本人选择了虚拟现实和VR集成BIM在建筑辅助设计和景观与城市规划的应用和前景分析这一研究方向。虚拟现实（VR）技术是通过沉浸式三维场景将传统二维设计拓展为可“身临其境”体验的“设计空间”，使设计师能实时检验光影、体量与材质效果。VR集成BIM等数字工具，实现从信息模型到沉浸式可视化的无缝转换，大幅提高方案评审效率、减少返工成本，并支持异地协同评审，增强跨学科沟通与公众参与。在景观与城市规划中，基于VR的虚拟实验可模拟环境参数对人流与活动感知的影响，为设计决策提供实证依据。目前，硬件（头显分辨率、追踪技术）与模型构建（高精度扫描、数据集成）仍是主要瓶颈；成本与可用性限制了大规模普及。展望未来，轻量化高分辨率头显、多用户云XR平台与AI辅助设计的融合，将推动VR在建筑、景观及环境规划领域的常态化应用，助力形成虚实融合的数字孪生生态，实现更高效、可持续与参与性的设计创新。
关键字：虚拟现实设计;辅助设计;建筑信息建模与协同
一、VR如何重新定义“设计空间”
虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术通过计算机生成逼真的三维空间，让使用者仿佛置身于另一个世界。正如研究指出，虚拟环境是“由计算机生成的沉浸式空间，模拟现实环境，并可以通过VR头盔或AR设备进行探索和交互”。这一“设计空间”的概念远超传统平面图与屏幕：设计师可以戴上头显，直接在放大、旋转的建筑模型中漫游与操作，从人的尺度体验空间与体量。
Lewis Gill 和 Eckart Lange (2015) 强调，随着三维景观模型越来越逼真，这类沉浸式展示为更加协作和参与式的规划设计过程提供了支持。换言之，VR将抽象的设计思路转化为可“走进”观察的实体空间，突破了二维设计的限制，为设计开辟了崭新的想象维度。
在这一全新空间中，各类设计要素（光影、材质、结构）都可实时呈现，设计师不再仅依赖经验推演而是“身临其境”地捕捉问题。与此同时，VR也整合了BIM（建筑信息模型）等数字技术，使得从建筑信息模型到沉浸式环境的转换成为可能。已有研究系统梳理了从BIM模型到VR/AR/MR环境的关键流程和软件工具。例如，Alizadehsalehi等（2020）详细介绍了如何通过插件或开发平台将Revit等BIM模型导出到Oculus Rift、HTC Vive和HoloLens等头显，实现建筑模型的沉浸式展示。通过这种方式，设计空间不再局限于二维图纸，而是被拓展为一个可以走动、互动、实时测试方案效果的三维场域。
图一：建筑师通过虚拟现实头显沉浸式查看建筑模型（来源：网络）
VR技术构建出由计算机生成的三维空间，让设计师能够像身处真实环境一样自由探索和交互。在这种虚拟设计空间中，设计师可以亲身体验体量、视角和光照效果，检验不同设计方案的可行性。Gill & Lange（2015）指出，这些越来越逼真的3D模型已经能支持更协作、更具参与性的规划和设计过程。可以说，VR重新定义了设计的“舞台”——从平面投影跨越到真实感极强的沉浸式场景，使得规划与建筑设计进入了前人未曾涉足的领域。
二、VR为何成为设计革命的必由之路
虚拟现实不仅是一种炫目的可视化技术，更为实际设计过程带来了显著价值。首先，它极大提升了效率：设计师可以在项目早期就进入虚拟环境进行方案评审、碰撞检测和可行性分析，减少后期返工和沟通误差。研究表明，XR（包括VR、AR、MR）技术能够“有效高效地解决各种建设项目管理问题”。这一点在具体案例中也可见端倪：比如建筑师利用VR场景快速发现设计缺陷，比传统二维图纸或普通3D渲染审查快得多，从而节约成本与时间。
其次，VR增强了协同设计的能力。在沉浸式环境中，建筑师、工程师、业主和利益相关者可以同时进入同一个虚拟模型，无论身处何地都能同步浏览同一视角。这种交互式的协作方式打破了地域和沟通障碍，使团队决策更加直观高效。Alizadehsalehi等（2020）也指出，通过BIM与VR集成，项目团队可以在不同地点共同“游览”同一个数字模型。图示中两位设计师正在会议室内通过VR头显协作评审模型。VR使得跨学科的交流变得更直观：结构师可以实时指出问题，景观师和光环境专家可以现场调整参数，人人“亲眼所见”，大幅提升了沟通效率与设计一致性。
- 提高效率： VR让设计师在项目早期即可进行沉浸式评审，快速捕捉并修正设计缺陷，显著缩短项目周期。Alizadehsalehi等（2020）指出，使用XR技术能“有效高效地解决项目管理中的各种挑战”，验证了其加速决策和迭代的价值。
- 协同设计： 沉浸式协作平台让异地团队可以共同参与设计评审，增强跨学科与客户的互动。不同角色的参与者能够在虚拟场景中同步编辑和讨论，确保设计意图准确传达，提升团队协同效率。
- 公众参与： VR大幅降低了普通公众参与规划的门槛。Gill和Lange（2015）提出，利用智能手机等便携设备可按需获取虚拟景观模型的视图，实现“现场”可视化展示。该研究演示了公众只需打开手机、指向特定方向，就能看到规划方案的3D画面，从而使市民在实地环境中直观感知设计意图，增强决策的透明度和公众参与度。
- 环境评估： VR还为环境性能分析提供了新工具。设计师可以在虚拟场景中模拟光照、风环境、人流等因素的影响，提前评估设计的环境表现。例如，Natapov和Fisher‑Gewirtzman（2016）利用沉浸式VR实验发现，城市环境中“可视性”（如周围商店、街景的可见度）会显著影响行人的路线选择。这种基于VR的环境行为研究为景观与城市规划提供了定量依据，也说明了虚拟现实实验室在复杂城市问题研究中的潜力。
综上所述，VR在设计流程中的核心价值体现在：通过沉浸体验加速方案评审、提升团队协同、激活公众参与，以及为环境决策提供仿真平台，使建筑与规划设计更具效率、民主性和科学性。它从根本上改变了设计感知和决策过程，成为未来设计革命的必由之路。
图二：设计团队在会议室内通过VR设备共同评审建筑模型（来源：网络）
沉浸式协作让各方可以同时身临其境地查看同一方案，极大增强了团队沟通和设计一致性。VR降低了专业与公众之间的壁垒，使不同利益相关者都能参与设计流程。
三、技术前沿与落地实践
在实践层面，VR应用涉及软硬件的协同运作。当前市场上常见的头显设备包括Oculus Rift、HTC Vive、Meta Quest等，这些可穿戴装置能够追踪用户位置和视角，实现沉浸式体验。设计师常先在Revit、SketchUp等BIM/建模软件中创建信息化三维模型，然后通过专用插件或转换工具（如Fuzor、Enscape、Twinmotion）将模型导入VR环境。Alizadehsalehi等（2020）给出了一个详细案例：他们利用IDEF0流程将NASA火星栖息地项目的BIM模型转换为VR/MR场景，并在Oculus Rift、HTC Vive和HoloLens等设备上实现了交互式探索。这个案例展示了从数字模型到沉浸式可视化的完整路径，也证明了VR在建筑设计和设施规划中的可操作性。
图三：设计师在现代办公环境中使用VR头显和笔记本电脑查看项目模型（来源：网络）
实际操作中，技术人员可以在桌面端软件与VR环境之间无缝切换，利用实时渲染和交互工具精细调整方案。随着实时渲染技术（如实时光线追踪）和物理引擎的发展，虚拟场景的真实感与交互性不断增强。许多前沿案例还引入了多用户VR，支持远程同步审图和会议，使团队协作更进一步。
在应用实践上，各类项目已经在不同阶段采用VR技术：从概念设计到建造管理均可受益。例如，在景观建筑中，可以通过VR模拟植被生长、地形变化和水体运行等动态效果；在城市规划中，通过虚拟走访测试通风、采光以及噪音等环境参数；在公共空间设计中，通过公众体验活动收集反馈，改进设计。同时，增强现实（AR）和混合现实（MR）也正逐渐融入设计流程，如设计师可以在真实场地佩戴AR设备进行虚拟建模，验证设计与真实环境的契合度。技术前沿方面，AI辅助设计与VR的结合正在兴起：智能算法可实时生成或优化设计元素，并即时在虚拟空间中呈现；云计算和网络XR平台则支持更大规模的多人协同与大场景渲染。综上，多维度的技术迭代与工具集成正在推动VR从实验室向实际生产力落地，形成一条从BIM建模到XR呈现再到设计迭代的完整产业链。
四、挑战与未来
尽管VR潜力巨大，但在建筑与规划领域的全面应用尚面临诸多挑战。首先，数据和模型构建难度高：高精度的虚拟场景需基于真实环境进行精确建模，这要求复杂的测量、扫描和数据整合，工作量大且耗时。此外，技术局限依旧存在：头显分辨率和视场角有限，传感器追踪误差可能导致虚拟与实际偏差；计算性能不足时可能造成延迟和眩晕感，影响体验流畅度。其次，用户体验和安全问题不可忽视：长时间佩戴头显可能引起晕动症或头痛，对于部分公众而言，使用门槛较高，仍需在可用性和舒适性上改进。再次，成本与普及性是现实阻碍：高端VR/AR设备价格不菲，专业知识门槛高，导致许多建筑事务所和公众难以大规模采用。同时，行业缺乏统一标准和规范，不同软件、设备兼容性差，导致设计数据在多平台间流转困难。
展望未来，VR/AR技术将继续演进以克服上述挑战。硬件方面，新一代头显（如更轻便高分辨率的设备）正在问世，混合现实（MR）技术也将实现虚实更自然的无缝融合；传感器追踪和触觉反馈技术进步将提高沉浸感和交互准确度。软件方面，基于云平台的多用户XR服务和标准化的三维数据格式（如glTF）有望普及，解决协作和数据交换难题。AI技术的介入将使设计与虚拟现实更紧密融合，例如通过生成式设计自动创建场景要素，或利用计算机视觉自动完成场景建模。更远看，数字孪生和元宇宙概念将深刻影响行业：建筑和城市的数字双胞胎将成为设计与运营的虚拟测试床，VR环境也可能变成一个开放的协同创作空间。总体而言，随着技术成熟和生态完善，VR将从边缘工具逐渐转变为设计主流，使建筑、景观与环境规划进入一个前所未有的沉浸式创新时代。
参考文献
[1] Alizadehsalehi S, Hadavi A, Huang J C. From BIM to extended reality in AEC industry[J]. Automation in Construction, 2020, 116: 103254.
[2] Gill L, Lange E. Getting virtual 3D landscapes out of the lab[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2015, 54: 356–362.
[3] Natapov A, Fisher-Gewirtzman D. Visibility of urban activities and pedestrian routes: An experiment in a virtual environment[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2016, 58: 60–70.
[4] Grêt-Regamey A, Fagerholm N. Key factors to enhance efficacy of 3D digital environments for transformative landscape and urban planning[J]. Landscape and Urban Planning, 2024, 241: 104748.
