1、虚拟现实建筑技术 Virtual Reality Architecture Technology 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
2、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，3D VIZ 入门与提高， 人民邮电出版社，2002 年 9 月第一
3、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
4、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
5、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
6、。 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
7、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，
8、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
9、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
10、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/AR Cave）
11、：視覺模擬與整合。 自由形體科技（Free Form Technology）：空間形體研究。 網路媒材（Net Media）：網路整合研究。 沉浸式敘事（Immersive Narrative）：整合視覺、空間、網路、藝術、電影及娛樂等。 未來新設計媒材（Innovatory Digital Design Media）：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
12、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
13、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
14、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(Graduate Institute of Applied Arts)設立建築設 計組(Architecture Group)，發展重點著重於數位建築理論(theory of digital architecture)與設計思考過 程(process of design thinking)
15、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(artificial intelligence)，網路合作式設計(Internet collaborative design)， 設計思考、 媒材、 認知與運算(design thinking, media, cognition and computation)， 以及方法學(design methodology)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(College of Human
16、ity and Social Sciences)成立系所 層級之建築與文化研究室(Architecture and Culture Research Program)，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(historical architecture renew)之設計。 96年開始，交大與麻省理工學院(MIT)、華盛頓大學(Washington University)、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（Virtual D
17、esign Studio）；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 （Virtual Design Center），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
18、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-professional masters degree)，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(masters thesis)而以建築設計為碩士畢業要求。為此，也開 始邀請國際間知名的電腦及設計人士來台與設計課程相配合，如Peter Eisenman、Tadao Ando均被 邀請成為榮譽教授，2001更將邀請Richard Meier、Greg Lynn、 Mitchell Mitchell等人來交大講座。 自2000年交大與遠東基金會合辦第一屆遠東
19、國際數位建築設計獎(Far Eastern Digital Architectural Design Award, the FEIDAD Award)，希望在全球發展數位建築趨勢的同時，經由交大的努力，讓台 灣的數位建築設計的發展在國際間具有能見度，不僅40多個國家、200多人參與，獲獎的前五名 在國際間也受到相當的肯定，已成為國際間最大的數位性建築獎。於設計實務 (design practice) 的發展上，與Peter Eisenman事務所合作，共同規劃位於新竹市交大博愛校區之國立數位藝術館 （Museum of Digital Arts.），並與日本大阪大學Sasada教授共同合作都市
20、設計及模擬，在都市設計 過程中引入最新的數位科技。 加入數位媒體時期（2000年後） 基於七年來的基礎，交大建築研究所在學校的支持下正式成立，發展電腦與網路時代的建築理論 與設計，進行科技、人文及創作等三方面的設計研究，並開始招收每年3-5名的博士班學生，就 數位建築、城市理論及數位媒體技術作更深入的探討。除了原有的數位理論與數位設計之外，自 2001年起更進一步的加入數位媒體上的研究與實務應用(practical applications)，這也是全球著名大 學支持建築理論及設計上的發展趨勢。因此，交大建築所計劃於下學度開始成立數位媒體組 (Digital Design Media Grou
21、p)，結合設計及電腦科技(computer science)背景等兩類學生，並在課程上 由交大科技應用及電腦科技的系所配合開課，發展數位設計中的新媒體自由形體科技(free form technology)、虛擬實境空間模擬器(VR space simulator)、整合性設計網路環境(integrated design network environment)。 實務設計(design practice)上， 全力投入 數位虛擬自然 0.1mm自由形體實驗 （Digital Virtual Nature 0.1mm Free Form Experiment），整合設計與電腦之理論技術，希望突
22、破台灣現有之施工及技術 能力，此設計案即將在2001年6月完工，並成為亞洲第一個自由形體的實際案例；與實務界的配 合方面，開始與工研院光電所之3D及虛擬實境實驗室，及台灣跨足電影與網路發展相當成熟之 太極影音科技公司合作虛擬空間與數位媒體上的研究， 兩者也因而成為交大建築所在課程及研究 計劃上的支援實驗室(supporting laboratory)；2001年與故宮博物院(Nation Palace Museum)、中國時 報(China Times)，及西安省文物局(Xi-an Bureau of Culture)、北大(Beijing University)、南大(Nanjing Uni
23、versity)、中央美院(National Academy of Arts)、西安交大(Xi-an Chiao Tung University)等校開始合 作歷史建築之虛擬空間計劃，希望透過考古、美術史、城市及建築史的資料整合，重現過去盛唐 長安之歷史空間、並再為人所體驗，成為建築設計與數位媒體之整合發展。 未來方向建築學院 建築研究所於交大校方的全力支持下將以最短的時間成立建築學院，共包含一系兩所。除完整的 建築系所，每年招收20名大學部學生與碩、博士班外，並將成立都市規劃與設計研究所(Graduate Institute of Urban Planning and Design)，從事數
24、位城市(digital city)與科技的發展；及進一步將數位設 計媒體組獨立成為數位設計媒體研究所(Graduate Institute of Digital Design Media)，以掌握建築設計 中數位科技媒體的新發展。 發展目標 1. 2010年達到全美前10名建築研究所標準 2. 積極與國內外相關單位合作，成為全球前五名最重要的數位建築中心。 3. 運用教學新模式(a new model)，成為全球知名建築學術單位，與MIT, Columbia, ETH等建築系共 同引領全球建築新發展。 教學新模式 - 設立國際設計講座4-8名 每學期自行尋求捐款邀請2-4位國際知名建築大師與知
25、名教授來交大短期（1-2月）或長期（5-10 月）講學。 - 設立客座/約聘教授制度 仿國際一流建築學院之客座/約聘制度，全所專任員額中30-40%為客座/約聘名額，邀請年輕但極 具潛力的年輕教授來交大，進行1-3年的教學，以便保持國際間電腦與網路時代中最新發展。 - 積極參與國際活動 專任教授皆需積極參與國際理論或創作之發表與展覽 ， 並與國際知名建築學院進行實質交流合作 聯合開課、聯合研究計畫、聯合展覽、交換學生。 -國際期刊與國際展覽 建築研究所學生生均需完成學術英文課程，大學部學生畢業設計作品必須獲得國際競圖入圍，碩 士論文與創作必須在國際研討會或國際競圖發表。 - 建立國際化環境 建築研究所學生生均需完成學術英文課程，碩士畢業設計作品必須獲得國際競圖入圍，碩士論文 必須在國際研討會發表。 - 設立追求卓越獎學金 可到全球前10名大學交換或選讀一學期，並進行歐美建築之旅，開拓國際視野。 國際評鑑制度 - 設立國際發展顧問委員會 每年邀請國際知名建築大師與知名教授座談，針對課程與研究成果進行意見交流，並隨時調整教 學研究內容。 - 建立國際評鑑委員會 每3年邀請國際知名建築大師與知名教授來交大一週，進行全面性評鑑，評鑑結果送校方、全國 性建築組織與期刊、國際性建築組織與期刊發表。 目標與決心 2010年建築所達到全美前10名建築研究所標準，否則劉育東請辭交大教職。
