以蘭州碧桂園小區(qū)為例談建筑漫游的實(shí)現(xiàn)方法

王興魯 王永生

(1.蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070； 2.蘭州交通大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

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以蘭州碧桂園小區(qū)為例談建筑漫游的實(shí)現(xiàn)方法

王興魯1王永生2

(1.蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070； 2.蘭州交通大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念及發(fā)展?fàn)顩r，從數(shù)字資源準(zhǔn)備、互動(dòng)方式設(shè)計(jì)、小地圖設(shè)計(jì)、跨平臺(tái)發(fā)布等方面，總結(jié)了一套運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行建筑漫游設(shè)計(jì)的方法，指出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑漫游設(shè)計(jì)及其相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建筑漫游設(shè)計(jì)，三維模型，數(shù)字資源

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與建筑漫游設(shè)計(jì)

如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)不再是空洞的概念，正如當(dāng)初PC從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)人們的生活一樣，它已經(jīng)融入到了社會(huì)的各行各業(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它完全可以自由地創(chuàng)建和體驗(yàn)計(jì)算機(jī)中的虛擬世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為全世界新的一項(xiàng)實(shí)用型技術(shù)，在建筑設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

隨著計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也日益變得成熟。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑上的深入應(yīng)用,用戶們可以任意地進(jìn)入到一個(gè)完全與真實(shí)世界相一致的虛擬世界之中，真實(shí)世界中的建筑、景觀、地形、城市等等都可以在虛擬世界中得到完美的實(shí)現(xiàn)。漫游的高度、視角、位置、路線，以及進(jìn)行各種隨機(jī)性地操作，都可以由操作者隨時(shí)地改變。用戶可以實(shí)時(shí)(立即看到結(jié)果)和交互(操作者可以干預(yù)瀏覽的方式并控制場(chǎng)景中物體的運(yùn)動(dòng))的漫游，感受行走當(dāng)中的場(chǎng)景變化和動(dòng)畫(huà)效果，并有三維立體影像和多媒體效果的支持，沒(méi)有時(shí)間、空間的限制，更真實(shí)、詳盡的感受三維環(huán)境。

本文對(duì)蘭州碧桂園小區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)場(chǎng)景漫游為例，通過(guò)前期真實(shí)地形，在3ds max軟件中的三維模型建模及在Unity3D軟件中的場(chǎng)景搭建等數(shù)字資源的準(zhǔn)備，和之后第一人稱(chēng)視角的漫游程序設(shè)計(jì)，到最后從多平臺(tái)的發(fā)布，詳細(xì)介紹了對(duì)建筑場(chǎng)景漫游實(shí)現(xiàn)的方法與步驟，進(jìn)一步分析和總結(jié)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑漫游設(shè)計(jì)中的廣闊應(yīng)用前景。

2 方法與步驟

2.1 數(shù)字資源的準(zhǔn)備

1)真實(shí)地形。

本文以蘭州碧桂園樓盤(pán)真實(shí)建筑漫游設(shè)計(jì)及景觀規(guī)劃為例，經(jīng)過(guò)了如下步驟來(lái)確定小區(qū)的真實(shí)地形。a.進(jìn)行小區(qū)真實(shí)信息的實(shí)地考察與采集及分類(lèi)。通過(guò)對(duì)小區(qū)地形、建筑、環(huán)境、景觀、氣候、人文等真實(shí)信息的調(diào)查和實(shí)地觀察，做出大概的樓盤(pán)方位和朝向，道路規(guī)劃及景觀、娛樂(lè)設(shè)施的大概位置。b.通過(guò)數(shù)字高程模型(DEM)來(lái)提取碧桂園小區(qū)的地形高度灰度圖，其中高程值對(duì)應(yīng)地形的灰度值，若設(shè)高程越大，灰度越亮。利用DEM圖像中的線特征,可以提取此地形特征。然后，通過(guò)提取出的地形三維模型與地圖上截得的地形貼圖，在3ds max軟件中合成真實(shí)的小區(qū)地形。c.在Unity3D軟件中，有兩個(gè)專(zhuān)門(mén)做真實(shí)地形的插件，分別為Unity3D-TerrainComposer插件與Unity3D-WorldComposer插件。利用小區(qū)的地區(qū)經(jīng)緯度，通過(guò)集成在Unity3D軟件中的地圖信息和建立地形功能，快速的創(chuàng)建小區(qū)真實(shí)的地形。

2)三維建模。

在此次案例的三維模型的制作上，充分考慮到能夠看到的所有物體或者模型在虛擬場(chǎng)景中都是相對(duì)近似真實(shí)的，使用戶就像是身臨其境一樣，達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最終目的，即給人一種眼前是虛擬場(chǎng)景但感覺(jué)像是在真實(shí)場(chǎng)景里。所以，要做到這些，建模是第一步，也是最基本和最重要的一步。在建模的過(guò)程中，模型的優(yōu)化問(wèn)題無(wú)疑是最需要注意而且又是非常重要的一點(diǎn)，因?yàn)槟Ｐ偷膬?yōu)化可以保證虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目發(fā)布后占用的內(nèi)存盡可能最小，同時(shí)，模型的優(yōu)化對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目給人的感覺(jué)是否真實(shí)、運(yùn)行是否流暢也有著非常重要的影響。模型優(yōu)化最基本的原則就是：盡量制作簡(jiǎn)模，盡量減少模型的點(diǎn)數(shù)和刪除重復(fù)面。建筑上，通過(guò)小區(qū)的規(guī)劃圖紙，結(jié)合AutoCAD軟件，包括大門(mén)、亭子、噴泉、座椅、路燈、樓盤(pán)等都在3ds max軟件中進(jìn)行建模。3ds max軟件是現(xiàn)在軟件市場(chǎng)上主流的三維模型建模軟件，可以導(dǎo)出包括.obj，.fbx等格式，有著廣泛的兼容性，與后期制作場(chǎng)景漫游設(shè)計(jì)的Unity3D軟件可以很好的兼容。

3)道路插件應(yīng)用。

本文在場(chǎng)景道路建設(shè)中采用Unity3D-EasyRoad插件。EasyRoad插件可以利用控制點(diǎn)基礎(chǔ)來(lái)制作道路或者河流。只需要在創(chuàng)建的地形上用鼠標(biāo)簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊幾下就可快速的產(chǎn)生真實(shí)的城市道路系統(tǒng)。這個(gè)插件包括豐富的地形上的道路樣式與大量的道路細(xì)節(jié)表現(xiàn)。甚至，在使用EasyRoad插件創(chuàng)建道路之后，還可以快速的創(chuàng)建出道路旁的圍籬，墻面，植物帶，橋梁與鐵軌模型。利用EasyRoad插件,使創(chuàng)建道路這個(gè)工作變得更加輕松，節(jié)省了大量的模型制作時(shí)間。

2.2 互動(dòng)方式設(shè)計(jì)

在虛擬漫游中，最主要的是通過(guò)人機(jī)交互來(lái)和虛擬場(chǎng)景建立聯(lián)系的，所以說(shuō)交互很重要。人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)是借助Unity3D軟件這個(gè)開(kāi)發(fā)工具來(lái)完成的，而在Unity3D軟件中，人機(jī)交互主要是通過(guò)JavaScript語(yǔ)言和C# 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在蘭州碧桂園小區(qū)場(chǎng)景漫游設(shè)計(jì)中，交互包含的有界面之間的交互，有漫游場(chǎng)景里的交互。對(duì)于界面上的交互，像改變漫游的高度、視角、位置等，需要點(diǎn)擊其對(duì)應(yīng)的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的功能。在漫游場(chǎng)景與用戶之間的互動(dòng)上，主要采用了第一人稱(chēng)攝像機(jī)與虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡及游戲手柄這兩種方式。

1)第一人稱(chēng)攝像機(jī)。我們要實(shí)現(xiàn)在場(chǎng)景中的漫游，當(dāng)然需要讓攝像機(jī)以第一人稱(chēng)視角的方式運(yùn)動(dòng)起來(lái)，Unity3D軟件中自帶的Charactor Controller(角色控制器)組件就可以幫助我們完成這樣的工作。而且在Unity3D軟件中提供了第一人稱(chēng)攝像機(jī)的相關(guān)代碼，通過(guò)編輯代碼，用戶可以實(shí)現(xiàn)自由控制攝像機(jī)的移動(dòng)、位置，高度的改變等操作。運(yùn)用Unity3D中的此組件，可以讓我們做更少的工作，實(shí)現(xiàn)我們所期望的功能。

2)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)眼鏡及游戲手柄。在蘭州碧桂園小區(qū)場(chǎng)景漫游設(shè)計(jì)中，除了電腦外界的顯示器之外，還準(zhǔn)備了第二種互動(dòng)的方式，即虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡與游戲手柄。虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器設(shè)備，即VR眼鏡。通過(guò)VR眼鏡，可以使用戶達(dá)到身臨其境的感覺(jué)；在蘭州碧桂園小區(qū)場(chǎng)景漫游設(shè)計(jì)中，因?yàn)槠鋱?chǎng)景過(guò)大，需要一個(gè)可以幫助攝像機(jī)移動(dòng)的設(shè)備，所以在此次項(xiàng)目中采用了游戲手柄來(lái)控制攝像機(jī)的移動(dòng)。相對(duì)于鼠標(biāo)和鍵盤(pán)來(lái)說(shuō)，游戲手柄能夠更方便，更快捷，更準(zhǔn)確的操作。

2.3 小地圖設(shè)計(jì)

在虛擬場(chǎng)景里漫游時(shí)，小地圖是一個(gè)不可或缺的元素。在本案例中，利用了Unity中的KGFMapSystem插件，在全視圖的右上角加入了一個(gè)小地圖。在漫游過(guò)程中，能夠清晰實(shí)時(shí)地顯示攝像機(jī)或者角色在二維地圖中的位置和方向。為用戶方便直觀的確定自己在小區(qū)中的位置信息。

2.4 跨平臺(tái)發(fā)布

Unity3D軟件之所以是一款強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，正是因?yàn)檫@款軟件可以跨平臺(tái)發(fā)布產(chǎn)品。在本次真實(shí)場(chǎng)景虛擬漫游產(chǎn)品制作后，首先發(fā)布到了PC端，可以使客戶很直觀的來(lái)體驗(yàn)這款場(chǎng)景漫游產(chǎn)品，其次，再考慮到主流的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品都支持虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡來(lái)與客戶互動(dòng)后，在這款產(chǎn)品中加入了虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡和游戲手柄同時(shí)控制的交互方法。通過(guò)發(fā)布到Android平臺(tái)的手機(jī)中，與市場(chǎng)中主流的虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡進(jìn)行匹配，配合來(lái)進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的漫游。

蘭州碧桂園樓盤(pán)虛擬漫游程序見(jiàn)圖1。

3 結(jié)語(yǔ)

今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑漫游中的發(fā)展可以通過(guò)研究大范圍虛擬場(chǎng)景的顯示算法，通過(guò)優(yōu)化場(chǎng)景減少數(shù)據(jù)，發(fā)展新的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)語(yǔ)言，高速發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加快瀏覽速度、大幅提高計(jì)算機(jī)性能來(lái)得到更大的提升。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在目前而言還是一項(xiàng)新的技術(shù)，在今后必將更加的成熟和實(shí)用。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)地應(yīng)用到建筑漫游中，可以提供更生動(dòng)、更真實(shí)的用戶體驗(yàn)，所以，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑漫游里將有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] Encyclopedia Britannica cd-rom 2.0:“Virtual Reality”,Britannica Ency-clopedia,INC,1996.

[2] Sherman Barrie. Judkins Phil:“Glimpses of Heaven,Visions of Hell,Virtual Reality and it’s Implications”,Hodder and Stoughton,1992.

[3] 陳 潔.房地產(chǎn)虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)研究[J].硅谷,2009(3):115.

[4] 查正軍.基于數(shù)字高程模型(DEM)的地形特征提取[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2007.

[5] 周 靈,周曉梅,郝 婧.一種基于Unity 3D的場(chǎng)景交互漫游[J].電子世界,2016(12)：231-232.

Discussion on architectural roaming realizing method with Biguiyuan community in Lanzhou as an example

Wang Xinglu1Wang Yongsheng2

(1.CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,LanzhouUniversityofTraffic,Lanzhou730070,China; 2.CollegeofArtsDesign,LanzhouUniversityofTraffic,Lanzhou730070,China)

The paper analyzes basic concepts and development conditions of virtual reality technique. Starting from aspects of digital resource, interaction design, mini-map design and cross-platform message publishing system, summarizes architectural roaming design methods by applying virtual reality technique, and finally points out that: virtual reality technique has wide application prospect in architectural roaming design and relevant fields.

virtual reality technique, architectural roaming design, 3-dimentional model, digital resource

1009-6825(2016)31-0014-02

2016-08-27

王興魯(1992- )，男，在讀碩士

TU201

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