2024-02-13
穿越建筑的边界：鸟瞰，漫游与增强现实查看建筑模型之比较
AR-chitecture
正如海德格尔所说的那样：“我们居住在真实中。”
背景
在数字世界，我们如何与建筑互动？“看”或许是第一需要想象的交互。
建筑设计和展示领域现已拥有多种方法来查看和体验建筑模型。本文探讨三种：3D鸟瞰查看、漫游查看和AR查看。
3D鸟瞰查看：从高处俯视整个建筑及其周围环境，提供全局视角。
漫游查看：如同身临其境，在虚拟建筑内部自由移动，细致观察每个角落。
AR查看：利用增强现实技术将虚拟建筑模型叠加到现实环境中，创造独特的混合现实体验。
每种查看方式都有其独特优势和应用场景。作为UX设计师，在掌握这三种建筑模型查看方式时，需要注意以下几个方面：用户需求、交互习惯、视觉呈现、技术限制和多平台适配。3D鸟瞰中要合理设置视角以突出建筑特色；漫游查看需优化导航系统；AR查看则要确保模型的定位过程流畅。同时，还要考虑不同设备的适配，在细节丰富和流畅运行之间寻找平衡。
接下来，让我们详细探讨其历史发展脉络、特点、优缺点及其设计注意事项。
1. 3D鸟瞰查看
3D鸟瞰查看为用户提供了建筑及其周边环境的全局视角，是建筑模型展示的重要方式。
历史发展
3D鸟瞰查看技术的发展历程可追溯至20世纪后期，随着计算机图形技术的进步而逐步演进：
1960年代：早期计算机辅助设计（CAD）系统出现，为3D建模奠定基础。
1980年代：3D建模软件开始普及，主要应用于工程和制造业。
1990年代：随着计算机性能提升，建筑领域广泛采用3D建模技术。
2000年代初：Google Earth等应用问世，使3D鸟瞰视图成为大众可接触的技术。
2010年代：云计算和移动设备的发展使3D鸟瞰技术更加普及和易用。
这项技术的发展极大地改变了建筑设计和城市规划的方式，使设计师和客户能更直观地理解和展示建筑项目。
Google Earth
优点
宏观视角：提供整个建筑或场地的全局视角，不局限于单一建筑，用户可以快速了解整体布局和规划。对于没有专业背景的用户来说，鸟瞰图通常更直观易懂。
信息简洁：对于某些场景而言，可以避免内部结构的复杂性，专注于展示整体设计和外部特征。容易突出建筑的屋顶、室外设施和场地设计等细节。在某些功能限制较高的平台上，可以有效地节约资源。
直观操作与多尺度浏览：用户可以轻松调整视角和缩放比例，实现从城市规划的宏观视野到建筑细节的微观观察。这种灵活性使信息浏览更加流畅，让用户能够根据需求快速聚焦于感兴趣的区域。
缺点
细节缺失：3D鸟瞰视图主要聚焦于建筑的外部形态和整体布局，难以展示内部空间设计、功能分区和精细装饰。这可能导致用户无法全面了解建筑的内部结构和使用体验，尤其是对于复杂的多层建筑或内部设计独特的项目。
比例感失真：从高处俯视的角度可能会扭曲建筑的实际比例感，使用户难以准确判断建筑的真实尺寸和空间关系。这在评估建筑与周围环境的协调性或判断内部空间的实用性时可能造成误解。
设计注意点
模型精度：保证3D模型的精确度，以反映实际建筑设计。
视角：选择最佳的观察角度，突出建筑的特色，至少突出其“立体感”。
渲染效果和性能的平衡。
2. 漫游查看
漫游查看技术为用户提供了一种身临其境的体验，是一种VR查看的游戏化体验。
历史发展
计算机在建筑内漫游技术的发展经历了以下几个主要阶段：
基础3D图形技术发展（1980年代）：随着计算机图形技术的进步，简单的3D建筑模型开始出现。
交互式漫游技术兴起（1990年代）：QuickTime VR等技术的出现，使简单的虚拟漫游成为可能。
游戏引擎应用（2000年代初）：游戏引擎开始用于建筑可视化，提供了更流畅的漫游体验。
Web3D技术普及（2000年代中后期）：基于网页的3D技术（如WebGL）的发展，使在线漫游变得更加普遍。
移动设备支持（2010年代）：随着智能手机和平板电脑性能的提升，移动端建筑漫游应用开始流行。
这一技术的发展极大地改变了建筑设计的展示和体验方式，使客户和设计师能够更直观地理解和探索建筑空间。
Jeffrey Shaw 邵志飞，Legible City易读城市，1988-1991
优点
具身式体验：和真人与建筑的体验保持了逻辑上的基本一致。
细节展示：漫游查看模式让用户能近距离观察建筑的各个角落，包括内部结构、装饰细节和材质纹理。用户可接近查看细节。这种细致入微的展示对理解周边环境很重要。
高度交互性： 用户在与建筑互动时，往往不只是查看而已，还包含了与建筑的互动，比如寻找路径， 比如和建筑里的物体 互动，这都对用户的视角提出了要求。
缺点
方向感缺失：复杂建筑结构中，用户易迷失方向。虚拟漫游缺乏实际空间的物理感知和参照点，导致用户难以判断自身位置和朝向。例如，在多层楼房或迷宫般的设计中，这一问题尤为突出。这不仅影响用户体验，还可能造成对建筑布局的误解。
交互成本高： 高度交互性带来的也是用户成本的升高。高质量漫游体验需要强大硬件资源和用户适应过程。理解和记忆虚拟空间布局可能增加认知负担，长时间使用可能引发视觉疲劳或晕眩感。这些因素可能降低用户参与度。
设计注意点
优化导航系统：提升用户体验的关键在于优化导航系统。为帮助用户更好地定位和探索虚拟空间，可采用以下策略：在界面角落设置交互式小地图，实时显示用户位置和主要区域；使用箭头或高亮路径引导用户；集成语音指令系统提供实时方向指引；设置关键节点供用户快速传送。这些功能相互配合，有效减少用户在复杂环境中的迷失感，提高导航效率和整体体验质量。
平衡细节和性能：设计漫游查看体验的核心在于平衡细节和性能。为此，可采取以下策略：使用LOD（细节层次）技术根据距离动态调整模型细节；应用高效的纹理压缩技术减少内存占用；采用分区加载技术，仅加载用户视野范围内的内容；实时监控帧率并自动调整渲染质量。
创造探索路径：通过路线和互动元素增强用户体验。在关键位置设置互动热点，提供额外信息或趣味性小游戏。引入动态环境变化，如日夜循环或天气效果，让用户全方位感受建筑在不同条件下的外观。
3. AR查看
AR技术在建筑领域的应用为设计师和客户提供了一种革命性的方式来可视化和交互式体验建筑项目。这种技术不仅改变了建筑设计的展示方式，还为项目规划、施工管理和售后服务带来了新的可能性。
建筑AR查看的历史发展
建筑AR（增强现实）查看技术的发展历程可以追溯到20世纪后期，经历了多个关键阶段和标志性事件：
AR在建筑可视化方面的早期发展（2010-2015）
2010年：第一个基于AR的建筑可视化应用程序开始出现，主要用于简单的3D模型展示。
2012年：Augment等AR平台推出，允许建筑师和设计师在移动设备上展示3D建筑模型。
2013年：建筑公司开始探索使用AR技术进行现场施工指导和错误检测。
2014年：AR技术开始与BIM（建筑信息模型）集成，提高了建筑设计和施工的效率。
2015年：Microsoft发布HoloLens，这是第一款自包含的全息计算设备，为建筑AR提供了强大的硬件支持。
AR技术成熟与普及（2010s后期-至今）
2017年：Apple发布ARKit，Google发布ARCore，这两个AR开发平台极大地推动了移动AR应用的发展。
2018年：Trimble发布SketchUp Viewer for HoloLens，专门用于建筑和建设行业的AR应用。
2019年：Bentley Systems推出SYNCHRO XR，将4D建筑信息模型（BIM）与混合现实技术结合。
2023年：Apple发布Vision Pro，为建筑AR应用提供了新的硬件平台和交互方式。
这些标志性事件和技术进步推动了建筑AR查看技术的快速发展，使其从实验室概念逐步成为建筑设计、展示和协作中不可或缺的工具。随着技术的不断进步，建筑AR查看正在朝着更高精度、更强交互性和更广泛应用的方向发展。
优点
实景融合：AR技术能将虚拟建筑模型无缝地融入真实环境中。用户可以通过移动设备或AR眼镜，在实际地点看到叠加的虚拟建筑，包括其在不同时间、光线条件下的效果。
高度交互性：与漫游类似的，用户可以在真实空间中与虚拟模型进行多维度互动。这包括改变建筑的位置、大小和朝向，探索内部结构，甚至可以实时修改某些设计元素。 甚至比漫游更强的是虚拟模型可以根据现实场景的变化而发生变化而不仅是用户进行控制这带来了双倍的交互可能性。
直观理解与上下文感知： 这也可以说是一种接近真实的具身体验。AR技术极大地提高了人们理解建筑设计在实际环境中效果的能力。用户可以从多个角度和距离观察建筑，了解其与周围景观、建筑和基础设施的关系。这种上下文感知有助于评估建筑的尺度、比例和视觉影响，同时也能发现潜在的问题或改进空间。
缺点
技术要求高：需要特定的AR设备和软件支持。目前主流设备的计算能力和精度仍有不足。iOS设备如iPhone 15 Pro表现较好但仍有提升空间，大部分Android设备AR性能不佳难以提供流畅体验，而Vision Pro由于专用空间计算芯片，AR性能表现优异，能提供流畅稳定的体验。
设备局限性：移动设备屏幕尺寸有限，影响AR体验的沉浸感。然而，随着可穿戴设备（如智能眼镜）的发展，这一限制正在逐步改善。
环境依赖性：AR技术的精确定位依赖于环境特征或标记物。在建筑项目的不同阶段（如施工期间），环境可能发生显著变化，影响定位准确性。此外，维护内部标记物可能产生额外成本。环境条件（如光线、空间尺度的剧烈变化）也会对AR体验质量产生影响。
设计注意点
精确对准和空间定位：确保虚拟模型在真实环境中的精确定位和对准是AR应用的核心挑战。实现无标记（markerless）AR定位对提升用户体验至关重要。在建筑尺度的空间定位中，SLAM（同步定位与地图构建）技术发挥着关键作用，但其效果高度依赖于稳定的环境特征和充足的光照条件。在复杂的施工现场或光线不足的地下空间，传统SLAM方法可能面临困难。
混合定位策略：为适应多样化的应用场景，可采用混合定位策略。这包括设计适用于不同环境的AR标记物（fiducial markers）或实施基于图像识别的一次性定位（image-based initialization）。然而，这些方法可能会增加系统的维护成本或每次使用时的用户成本。在实际应用中，需要权衡定位方式的普适性、维护成本和用户定位成本三者之间的关系。
AR模型的展示：AR与真实场景和模型展示的关系是AR技术在建筑领域应用的核心。设计直观的交互方式不仅能提高用户体验，还能更好地展示建筑设计的意图。以下是几个关键方面：
环境融合：虚拟模型应与真实环境自然融合，包括光照、阴影等效果的模拟。交互设计应考虑如何让用户调整这些参数，以获得最佳的视觉效果。
信息层级：AR可以叠加多层信息，如建筑结构、材料、性能数据等。设计时需要考虑如何让用户方便地切换不同信息层，以及如何清晰地呈现复杂信息。
结语
在这篇文章中，我们详细分析了三种主要的查看模式：3D鸟瞰查看、漫游查看和AR查看。马诺维奇在《新媒体的语言》中，将屏幕分为三类或三个阶段：经典屏幕、动态屏幕和实时屏幕。从这个角度来看，我们的三种查看方式也有类似的差异。3D鸟瞰查看是典型的旁观者视角，像欣赏艺术雕塑一样对待建筑模型，用户可以调整距离，但始终置身于建筑之外。相比之下，漫游查看则让用户以等比例大小在虚拟建筑中行走，获得一种沉浸式体验。尽管如此，这两种模式依然无法取代与真实建筑的实际互动。
有人可能会问，既然只是查看模型，为什么还需要追求真实的建筑体验？答案在于：模型查看的确是必要且有价值的，但它无法完全替代真实的建筑环境。我们只能在此基础上进行增强，而这正是AR查看的意义所在。AR查看融合了漫游查看和真实建筑的元素，在真实的空间中叠加了虚拟信息。这种体验不仅让我们更贴近真实，同时也使建筑的现实性得到了进一步加强，正如海德格尔所说的那样：“我们居住在真实中。”