Tiềm năng của không gian thực tế ảo và ngôn ngữ lập trình game trong thiết kế kiến trúc: giúp người sử dụng trải nghiệm không gian trước khi xây dựng

1. Mô hình nào để đánh giá tính thích dụng?
Nghề nghiệp của kiến trúc sư (KTS) là tạo nên không gian sống, do đó, hầu như KTS nào cũng phải ít nhiều dự đoán tính cách, sở thích của khách hàng, và tưởng tượng họ sẽ sử dụng không gian mình thiết kế như thế nào. Khoanh vùng trong phạm vi công trình nhà ở, số lượng khách hàng sử dụng trong một ngôi nhà thường không nhiều, cho nên nếu chịu khó, KTS hoàn toàn có thể nắm rõ mong muốn rất cụ thể của gia đình chủ nhà. Nhưng đối với những công trình lớn (văn phòng, chung cư) thì công việc “nắm rõ sở thích” gần như bất khả thi, đòi hỏi một khối lượng nghiên cứu lớn khi KTS phải phân nhóm đối tượng sử dụng kỹ lưỡng.
Sự phù hợp với công năng và đối tượng sử dụng, hay còn gọi là tính thích dụng, là một yếu tố bền vững cơ bản không thể bỏ qua khi thiết kế kiến trúc. Nhưng trong thời kỳ ứng dụng công nghệ số mạnh mẽ, các công cụ thiết kế CAD (ArchiCAD, Revit) lại không có bất kỳ hỗ trợ nào cho việc đánh giá yếu tố này. Mặt khác, các phần mềm mô phỏng (simulation) hầu hết tập trung vào các dữ liệu định tính (năng lượng, ánh sáng, kết cấu…), không cung cấp đủ dữ liệu phục vụ cho việc đánh giá tính thích dụng. Chính điểu này đòi hỏi một mô hình mới, thể hiện đầy đủ các yếu tố cấu thành nên công trình. 

2. FFU – mô hình mới dành cho người thiết kế
 Xuất phát từ nhu cầu đánh giá tính thích dụng, một mô hình kiến trúc kỹ thuật số đã được phát triển với tên gọi FFU gồm ba nhân tố: form (hình dáng), function (chức năng) và use (sử dụng), được lưu trữ dưới dạng dữ liệu đại diện cho từng bộ phận công trình. Từng yếu tố trong mô hình được giải thích như sau:
Form: là những thông tin vật lý (kích thước, hình dáng, vị trí, vật liệu, trọng lượng) của vật thể trong công trình (tường, cột, dầm, móng, cửa, bàn ghế…). Đây là những thông tin cơ bản đã được tích hợp tương đối hoàn chỉnh trong ngôn ngữ BIM, khi trích xuất có thể trả lời các câu hỏi như: nó là gì, nó ra sao, nó ở đâu?… Ví dụ: Cánh cửa A có kích thước 850x2150, làm bằng gỗ, màu nâu đỏ, đặt ở vị trí tầng trệt, giữa phòng ngủ và hành lang, cách góc tường khoảng 150mm.
Function: là những thông tin thể hiện khái niệm của vật thể, giải thích lý do vì sao nó có hình dáng đó, màu sắc đó. Yếu tố này độc lập với hình dáng, vì những hình dáng khác nhau có thể có cùng chức năng (như hai loại ghế); và là một tập hợp dữ liệu vì chức năng vật thể có thể thay đổi tùy theo không gian, thời gian. Ngôn ngữ BIM chưa thể hiện yếu tố này rõ ràng, mà chỉ dừng ở mức các ràng buộc cơ bản (ví dụ như cửa sổ không thể nằm trên sàn nhà). Thật ra, thông tin về chức năng vật thể là một dạng thông tin tương đối, thường phụ thuộc vào cảm quan của người thiết kế. Các KTS khác nhau sẽ có cách sử dụng vật thể khác nhau, tùy theo vị trí địa lý và nền tảng văn hóa của họ. Do đó, một nhân tố thứ ba cần được sử dụng để liên kết hình dáng và chức năng.
Use: đây là một nhân tố mới chưa từng được đề cập trong các phần mềm CAD, gồm các thông tin về cách sử dụng vật thể - gắn liền với bối cảnh thời đại, văn hóa, xã hội. Thông tin này trả lời các câu hỏi: ai được sử dụng vật thể đó, họ sẽ sử dụng nó như thế nào. Nhân tố này là sự liên kết giữa kiến trúc và bối cảnh xã hội, vì nó thể hiện quan điểm của nhóm người hoặc cá nhân là đối tượng sử dụng của không gian thiết kế. Ví dụ: Cánh cửa A. để đi vào phòng ngủ gia chủ, do gia chủ sử dụng. Do đó, chỉ có vợ chồng gia chủ được phép mở cánh cửa A., các chủ thể khác trong nhà không thể đi qua cánh cửa A. được. Vợ chồng gia chủ ra khỏi nhà lúc 7 giờ sáng, về lúc 5 giờ chiều; do đó cánh cửa A. thường chỉ được sử dụng trong khoảng thời gian còn lại.

Ứng dụng không gian thực tế ảo trong các trò chơi (game) trải nghiệm

3. Tương lai của mô hình thiết kế mới
Khác biệt cơ bản của FFU với BIM là khả năng tích hợp tính thích dụng. Ngoài việc dễ dàng phối hợp với các nhà chuyên môn khác trong quá trình thiết kế, FFU còn cho phép KTS mô phỏng quá trình sử dụng trong tương lai, qua đó giảm bớt các sai sót từ việc dự đoán. Mô hình này cũng hỗ trợ việc đánh giá các phương án thiết kế khác nhau.
Sắp tới, các nhà phát triển FFU đang hướng đến một hệ thống “mạng xã hội” của các vật thể thông minh. Trong đó, các vật thể này có khả năng nhận biết chức năng và ứng dụng của mình. Ví dụ: vật thể cánh cửa nhận biết hình dáng và chức năng của nó; vật thể người sử dụng biết cách với tới và mở cánh cửa; vật thể căn phòng biết những hoạt động có thể diễn ra bên trong nó, biết những người sử dụng nào có thể tham gia vào hoạt động đó. Nếu mạng lưới này được cài đặt vào tất cả các mức độ của công trình, một tiến trình mô phỏng sử dụng sẽ có thể đánh giá tích thích dụng một cách hoàn chỉnh. Ví dụ sau có thể giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về cách ứng dụng mô hình FFU.

Minecraft - hệ thống game toàn cầu nổi tiếng, nơi nhiều người chơi đã sử dụng các chức năng sẵn có của thiết bị để “xây dựng” nhiều công trình kiến trúc ảo, với “cư dân” sinh sống

4. Ví dụ về ứng dụng FFU
Ví dụ dưới đây là một nghiên cứu của Seung Wan Hong và Davide Simeone:
1. Mô hình FFU được áp dụng để mô phỏng một bệnh viện, với các chức năng và người sử dụng quen thuộc. Tất cả các chức năng trên được nhóm lại vào các đơn vị gọi là hoạt động, một chuỗi hoạt động nhất định được gọi là một kịch bản.
 2. Các kịch bản sẽ được lưu trữ trong một nền tảng dữ liệu, được kết nối với một thiết bị mô phỏng để tạo ra những đoạn phim tương tác. Trong đó, những người sử dụng thực hiện các hoạt động của họ trong không gian mà KTS thiết kế. Thiết bị mô phỏng liên tục cập nhật trạng thái của từng người sử dụng, để nền tảng dữ liệu quyết định những hoạt động tiếp theo.
 3. Thiết bị mô phỏng cho phép chúng ta nhìn thấy những hoạt động cụ thể của người sử dụng trong không gian bệnh viện. Giao diện của đoạn phim giống như phim hoạt hình 3D, chỉ khác là người sử dụng được điều khiển bởi một nền dữ liệu kết nối với trí thông minh nhân tạo, thay vì được “biên đạo” bởi người thiết kế. Mô hình tương tác này thực ra tương đối đơn giản và rất phổ biến trong công nghệ game 3D (trò chơi tương tác).

Vậy thì, sau BIM có thể sẽ là...?
Thời gian qua, sự phổ biến rộng khắp của BIM cho thấy giới thiết kế nước ta rất nhanh nhạy trong việc cập nhật công nghệ. Do đó, dù FFU là một mô hình khá mới và có vẻ khó tiếp cận, nhưng các nhà phát triển công nghệ và các KTS luôn mong đợi nó sẽ được ứng dụng nhanh chóng. Văn hóa là một yếu tố biến động theo thời gian và không gian, trong đó bao gồm cả cách cảm nhận và sử dụng công trình. FFU vượt bậc vì nó cho phép sự thực nghiệm không gian, một điều chưa từng có trong lĩnh vực thiết kế. Với mô hình này, KTS có thể kiểm chứng một trạng thái bền vững cao hơn mà cũng rất cơ bản: tính thích dụng, hiểu theo nhiều khía cạnh từ công năng đến hình thức tương ứng với công năng, thay đổi theo đối tượng và tương tác với đối tượng sử dụng.

San Ysidro Land Port of Entry - The Miller Hull Partnership, giải thưởng AIA TAP BIM 2013. Đồ án sử dụng mô hình BIM và đồ họa 3D để mô phỏng dòng người sử dụng

Bài KTS Vĩnh Đức ảnh Tư liệu