基于UE4隔离式教育建筑的探索与应用

基于UE4隔离式教育建筑的探索与应用

王天豪

（身份证号码：37030319951218131X）

摘要

Unreal Engine 4（UE4）作为一种先进的实时渲染引擎，在建筑可视化中展现出了强大的潜力。本文探讨了基于UE4的隔离式教育建筑设计及其应用。通过分析UE4在隔离式教育建筑中的技术优势，结合具体案例研究，展示了UE4如何提升建筑设计效率。

关键词： 隔离式教育建筑；建筑可视化；Unreal Engine

引言

隔离式教育建筑旨在为特定的教育环境提供独立、私密且安全的学习空间，这种设计在应对疫情等特殊时期的教育需求方面尤为重要。应用项目为在病毒环境下的实验性研究，随着虚拟现实技术的逐步发展，Unreal Engine 4（UE4）游戏引擎在建筑领域和可视化中的应用越发普及，UE4出色的画面表达效果和所模拟出真实世界的质感，使其成为本次研究首选。本文将探讨UE4在隔离式教育建筑设计中的应用，展示其如何通过实时渲染和交互技术提升设计效率和用户体验。

1  UE4引擎的概述及优势

1.1 Unreal Engine概述及其在建筑学领域的应用

Unreal Engine 4（UE4）是由Epic Games开发的引擎，广泛应用于游戏开发、影视制作和虚拟现实等领域。UE4具有优越的图形处理技术和灵活的编程接口，能够使使用者灵活创作高度逼真的虚拟环境和复杂的互动体验，其核心功能包括实时渲染、物理模拟、光线追踪等[1]。

在建筑学领域，UE4被广泛应用于建筑可视化、虚拟城市规划等方面。通过创建高质量的建筑模型，并进行实时渲染和互动展示。其逼真的光影效果和高效的渲染能力，使得建筑可视化更加直观和生动。

1.2 Unreal Engine的技术优势

实时渲染

UE引擎的实时渲染技术能够即时预览建筑设计的效果，具有“所见即所得”的渲染特性，用户可根据需要进行快速调整[2]。这种即时反馈极大地提高了设计效率，避免了传统渲染过程中繁琐的等待时间。实时渲染还能够模拟真实光照效果，使得建筑可视化更加逼真。在项目的整体实施过程中，设计团队可以根据各个环节中的实时反馈节点，优化和整合设计思路，从而显著提升设计效率和效果。

Ue蓝图的易操作性

Unreal Engine 4（UE4）作为一个强大的游戏引擎，提供了两种主要的开发方式：蓝图系统（Blueprint System）和C++编程。而UE对于新用户易于上手，其中最显著的优势之一是其蓝图系统。蓝图系统是一种可视化编程工具，允许用户通过拖放节点来创建复杂的逻辑和交互，而无需编写代码。蓝图系统的直观界面使得没有编程背景的用户也能快速上手，通过可视化编程实现各种功能。对于无编程经验的建筑师来说，这种无代码或低代码的编程方式，大大降低了学习曲线，通过这种直观的方式快速实现设计构想，轻松创建设计元素和场景搭建。

交互性

UE4提供了丰富的交互功能，动画或静帧所呈现的展示效果往往无法及时揭示空间布局和功能上的问题，以及空间中实时的光影关系和材质的真实质感。例如，光影效果在不同时间和角度下的变化，以及材质在实际使用中的反应，都是静态展示难以捕捉的关键因素，这种局限性使得设计师难以在早期阶段全面评估和优化设计方案。通过引入实时渲染和虚拟现实技术，可以更有效地模拟和分析这些动态因素，从而提高设计的精确性和可行性[3]，使得用户可以在虚拟环境中自由探索建筑设计。

相较于传统的建模软件，UE4不仅仅是静态的三维模型展示工具，而是一个动态的模拟平台，使得建筑能够如同日常使用一般运作起来。这种互动性显著提高了用户的参与感和沉浸感，使用户能够更加深入地理解和体验设计方案的实际效果。通过在虚拟环境中模拟真实使用场景，设计师能够更直观地展示设计方案的功能性和可操作性，规避空间尺度上的错误与不适感，确保最终的设计更符合实际需求和用户期望。

2 隔离式教育建筑的设计需求

2.1 私密性与独立性

隔离式教育建筑需要提供高度私密和独立的学习空间，以满足学生专注学习的需求。此类建筑设计在疫情期间或特定教育需求的场景下尤为重要。私密性可以通过隔音材料、隔离墙和单独的学习单元来实现，而独立性则可以通过独立出入口、分隔功能区以及分散的建筑布置来确保。

2.2 灵活性与适应性

隔离式教育建筑应具备高度的灵活性和适应性，以应对不同教育活动和人数变化的需求。模块化设计和可调节的空间布局是实现这一目标的关键。通过灵活的隔断系统、可移动家具和多功能空间等手段，来实现空间的快速调整和再配置。此外，家具的可移动性和多功能设计也能为不同的教学活动提供便利。这种灵活性不仅能够适应日常教学的变化，还能在特殊情况下迅速调整，以满足临时的教育需求。

2.3 安全性与健康性

在设计隔离式教育建筑时，安全性和健康性是不可忽视的重要因素。设计师必须确保建筑结构的稳固性，使用符合安全标准的建筑材料和施工技术，以保证建筑在各种情况下的安全性。室内环境的健康性也是设计的关键考量，通过合理的通风系统设计和空气净化设备的使用，确保教室内空气流通顺畅，减少污染物积聚。同时，充分利用自然采光，并辅以适当的人工照明，以保证室内光线充足而不过于刺眼。

3 UE4在隔离式教育建筑中的应用

3.1 项目背景

背景的灵感来自于疫情期间的环境，如果病毒是无法治愈的，人群在未来将不可避免地与之共存，社会疏远和隔离成为常态。在此情况下合作性学习和特殊设施在学习环境中是不可替代的，在线上学习环境中也很难替代。

项目背景的整体美学灵感来自两部电影《银翼杀手2049（Blade runner 2049）》和《水形物语（the shape of water）》。受描绘高度污染的未来世界场景的启发，使用尘土飞扬的黄色天空和浓雾来渲染世界末日的气氛[4]。受水形物语启发，使用了淡淡的霓虹蓝和绿色调，与周围环境的暖色调形成对比。通过UE4的开源资产和导入的建筑模型，能够高度实现所构想的环境美学，以提高设计效率和展示效果。

3.2 设计过程

设计过程以研究建筑类型学为基础，然后通过分析程序化系统对子类型学进行拆解、抽象、增强和重新组合，以此来测试新生类型和思想演变的可能性。这包括了对多个子类型结果（美术馆、机场、文化中心、学校等）的同时叠加、碰撞和分层可能产生的建筑条件和效果的研究[5]。为了实现隔离式教育建筑的需求，选择了三种类型学进行合并，包含具有中心聚集性的地铁枢纽、单向流通的机场、装饰性立面丰富的文化中心，以此提供可控的内部交通、公共与私密空间的分离、通过隔离来支持新的学习模式，最后还要有保护性的建筑美学。

3.3 可视化展示

通过UE4，用户能够以第一或第三视角切换的方式在建筑内部行进，沉浸式体验隔离式教育建筑的外观细节和内部布局。这种可视化展示提高了设计的直观性和沟通效率，例如控制角色在穿过门或者室内空间时，实际感受到门的尺寸、空间尺度等是否合适，以此不断优化建筑空间[6]。

UE4的物理驱动动画技术可以模拟建筑内部物体的运动和互动，例如门窗的开关、家具的移动等。在隔离式教育建筑设计中，通过这种技术模拟让建筑运转起来，例如门/电梯/可移动传送带等。通过这些设施展示人们从外部环境进入安全学习环境的过程。

结论

本文探讨了基于UE4的隔离式教育建筑设计及其应用。通过分析UE4的技术优势，结合实际案例研究，展示了UE4在提升设计效率、优化用户体验方面的显著效果。未来，随着智能化、多元协作和数据驱动设计的发展，UE4将在建筑设计中发挥更加重要的作用。

参考文献

[1]刘成晋. UE4效果图灯光使用技巧分析[J]. 科学与信息化,2021(1):194.

[2]尹再龙,邓伍英. 基于UE4虚幻实时渲染动画的《铜官古镇》设计解析[J]. 湖南包装,2022,37(2)

[3] 沈忠杰. 基于UE4的建筑可视化漫游应用研究[D]. 桂林电子科技大学,2021.

[4]马翔宇,赵登文. 《银翼杀手》:赛博空间的多重文化因子 [J]. 名作欣赏,2022(3):159-162.

[5]黄佩. 浅谈建筑类型学[J]. 科学之友,2011(36):157-158.

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