基于Unity3d的家裝設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)

楊思瑤，寧寶寬，陸海燕，王守平

（沈陽工業(yè)大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，沈陽110870）

0 引言

本文旨在通過BIM建模軟件根據(jù)設(shè)計(jì)效果圖建立出三維立體建筑模型，以Unity3d兼容模式導(dǎo)入，借助Unity3d平臺(tái)二次開發(fā)建筑模型，客戶可以更加直觀地從任意角度觀看居室,且可以通過電子設(shè)備在室內(nèi)漫游瀏覽、視角轉(zhuǎn)換，并在室內(nèi)家裝的設(shè)計(jì)中引入“交互設(shè)計(jì)”的理念，有助于優(yōu)化客戶與室內(nèi)環(huán)境的相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)功能分區(qū)的合理利用，客戶可以憑自己喜好對家居產(chǎn)品的個(gè)性化搭配，滿足了客戶的交流互動(dòng)體驗(yàn)，使客戶更沉浸、更有效地完成他們預(yù)想的操作，獲得愉快的用戶體驗(yàn)。有助于解決設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)后期與客戶的喜好不斷磨合的問題，減輕家裝設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)和壓力,并且提高家裝設(shè)計(jì)效率。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)主要利用BIM軟件如Revit完成建模和貼圖，以Unity3d兼容模式導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，然后搭建虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）場景，將模型拖拽到Unity3d場景中，添加燈光渲染、擺放家具等，進(jìn)行功能合理分區(qū)，并在Unity3d平臺(tái)搭建UGUI框架，用戶可以進(jìn)行點(diǎn)擊查看房間介紹、構(gòu)件查看、房間瀏覽、墻地面材質(zhì)更替、家具替換、夜間模擬等一系列虛擬交互操作，使用戶得到沉浸式、交互式的體驗(yàn)，從而使得用戶獲得滿意的家裝設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 BIM模型的建立

系統(tǒng)運(yùn)行需要的模型包括房間三維立體模型和其內(nèi)部各種家具的模型，由于Unity3d平臺(tái)具有強(qiáng)大的多平臺(tái)、多兼容特性，可同時(shí)支持多種現(xiàn)行的BIM軟件建造的三維立體模型，因此我們采用Revit來建造所需要的三維模型,再以.FBX格式導(dǎo)入U(xiǎn)nity3d平臺(tái)，但Revit模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3d的過程中也會(huì)出現(xiàn)材質(zhì)的丟失情況，為此在Revit建模時(shí)，將Revit材質(zhì)與Unity3d材質(zhì)做標(biāo)準(zhǔn)化處理，再根據(jù)需要為模型添加材質(zhì)和貼圖，形成模型。

圖1 系統(tǒng)框架圖

3 數(shù)據(jù)庫建立

系統(tǒng)采用的是一個(gè)多平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因此需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫作支撐，我們在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中采用的是SQL Server 2008軟件作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這樣BIM的建筑實(shí)體模型、內(nèi)部家具模型和它們涉及到的材質(zhì)，都做成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)編號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后以表格的形式存儲(chǔ)到到各種數(shù)據(jù)庫中，包括家具表格、門窗表格、墻地面材質(zhì)表格等，集成龐大的數(shù)據(jù)庫。

4 VR場景制作

基于Unity3d平臺(tái)，搭建虛擬現(xiàn)實(shí)場景。Unity 3d提供的用戶界面可以進(jìn)行3D可視化處理，利用實(shí)時(shí)的3D引擎功能，渲染和處理所有的場景內(nèi)容。效果圖如圖2。

圖2 建筑戶型

先將Revit發(fā)布的.FBX格式的文件直接拖到Assets文件夾下導(dǎo)入U(xiǎn)nity3d中。再將附帶材質(zhì)貼圖的居室模型拖拽入場景面板中，創(chuàng)建世界平行光（Directional light），調(diào)整角度與距離場景物體的高度，渲染真實(shí)日照效果且避免過硬的陰影效果；在室內(nèi)的各個(gè)房間里添加點(diǎn)光源（Spotlight），模擬真實(shí)的燈光效果，增加室內(nèi)空間的美感，右鍵點(diǎn)擊在Hierarchy面板中的GameObject燈，在菜單中選擇Light->Spotlight。

從家具模型庫中拖拽家具到場景面板的房間模型內(nèi)，完成家具的初步家具布置，實(shí)現(xiàn)功能分區(qū)的有效利用；制作場景小地圖，便于用戶對居室的戶型一目了然。

5 Unity3d平臺(tái)的交互

Unity3d平臺(tái)是本系統(tǒng)的一個(gè)客戶端界面，通過網(wǎng)絡(luò)端、手機(jī)端、PC端可對Unity 3d界面進(jìn)行3D可視化處理，利用實(shí)時(shí)的3D引擎功能，渲染和處理所有的室內(nèi)環(huán)境。用戶可以在立體的空間內(nèi)自由行走。它還可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)、動(dòng)態(tài)的顯示用戶所在室內(nèi)位置及朝向，對墻壁顏色進(jìn)行更改或貼上不同材質(zhì)的壁紙，更換地面材質(zhì)，可以根據(jù)自己的喜好添加并隨意擺放家具，可以任意地拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、改變尺寸大小、甚至刪除不喜歡的家具或者裝飾物。預(yù)設(shè)游歷路線播放相機(jī)漫游動(dòng)畫，為環(huán)境添加音樂，大大刺激了瀏覽者的視聽感受。這一切都在Unity3d平臺(tái)下被完美的實(shí)現(xiàn)。以下是本系統(tǒng)主要的交互設(shè)計(jì)方案：

在采用窄行密植栽培技術(shù)的過程中，應(yīng)堅(jiān)持因地制宜的原則，選擇適宜的生育期、優(yōu)良的植株品質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)、耐茬、高產(chǎn)等品種。良好的內(nèi)部和外部質(zhì)量，已事先審查和批準(zhǔn)。種植；要求所選種子的純度、純度和發(fā)芽率等指標(biāo)符合國家法定標(biāo)準(zhǔn)；通常每三年更換種植品種，確保種植品種的產(chǎn)量，嚴(yán)格禁止自留種子的培養(yǎng)；不允許使用轉(zhuǎn)基因品種。

5.1 UI界面的交互

系統(tǒng)采用多級(jí)菜單（如圖3），對UI界面的控制是通過C#腳本SetActive（true/false）控制菜單的顯隱狀態(tài)，進(jìn)行菜單間的切換。下面以二級(jí)菜單打開三級(jí)菜單為例給出部分代碼：FJZS_ThirdMenu.SetActive(false);HideAllThirdMneu_ZNJJ();switch(Name_ThirdMenu){

case：“房間展示”FJZS_ThirdMenu.SetActive(true);}

5.2 鏡頭切換、移動(dòng)功能

用戶在選擇不同的功能時(shí)伴隨著攝像機(jī)的切換，這樣可以保證用戶多視角的觀賞，增加用戶使用的自由感與體驗(yàn)感。并且用戶可以在室內(nèi)以第一人稱自主地瀏覽室內(nèi)空間，增加了用戶體驗(yàn)的沉浸感。

圖3 UI框架

圖4 俯視視角

本系統(tǒng)共設(shè)置了3個(gè)攝像機(jī)，分別為第一人稱攝像機(jī)、主攝像機(jī)，位于客廳與地面較近的攝像機(jī)。每個(gè)Unity3d場景會(huì)自帶一個(gè)Main Camera，將Main Camera的視口調(diào)成俯視狀態(tài)，形成“上帝”視角，使得用戶整體觀賞房間戶型，對戶型一目了然。如圖4所示。當(dāng)點(diǎn)擊“房間瀏覽”功能時(shí)，攝像機(jī)會(huì)切入第一人稱狀態(tài)。此過程主要是通過點(diǎn)擊按鈕控制主攝像機(jī)關(guān)閉，第一人稱攝像機(jī)打開的結(jié)果。點(diǎn)擊其他按鈕，第一人稱關(guān)閉，主攝像機(jī)再次打開。點(diǎn)擊“家具庫”功能時(shí)將關(guān)閉這兩個(gè)攝像機(jī)，切換到第三個(gè)攝像機(jī)。用戶可通過按鍵“W、A、S、D、Q、E”控制該攝像機(jī)在自身坐標(biāo)系下上下前后左右的移動(dòng)。

5.3 室內(nèi)虛擬漫游

室內(nèi)的漫游（如圖5）主要通過第一人稱來實(shí)現(xiàn)。添加第一人稱攝像機(jī)，可通過添加角色插件實(shí)現(xiàn)，Unity3d自帶該插件，點(diǎn)擊Create->Input pack原age->Character Controllers添加第一人稱角色即可。選擇第一人稱控制器，拖到自選位置，可調(diào)整攝像機(jī)高度，中心，最小移動(dòng)距離。該插件自帶腳本，用戶在使用第一人稱時(shí)，移動(dòng)鼠標(biāo)即可控制視角自由地旋轉(zhuǎn)，按下按鍵“W”前進(jìn)，“S”后退，“A”向左走，“D”向右走。

圖5 第一人稱瀏覽

圖6 小地圖

小圖標(biāo)反映用戶的實(shí)時(shí)位置和朝向。如圖6中圖框所示。小地圖上的圖標(biāo)能夠?qū)崟r(shí)地映射第一人稱攝像機(jī)的位置，其中包含一種計(jì)算方法。首先獲取到鼠標(biāo)點(diǎn)擊到小地圖的坐標(biāo)（mapX，mapY），其計(jì)算方法如下：

在這里我們可以通過“真實(shí)地形”的MeshRen原der組件的bounds.size可獲得“真實(shí)地形”的寬和高（MeshRenderer.bounds.size.x，MeshRenderer.boun ds.size.z），然后通過小地圖點(diǎn)擊獲得自身的坐標(biāo)系等比例映射到真實(shí)地圖的坐標(biāo)系，計(jì)算公式如下：

因?yàn)榉块g系統(tǒng)是放在中心點(diǎn)(0,0,0)，所以減去“真實(shí)地形”的一半，讓它回歸到原點(diǎn)。

圖7 實(shí)例化家具

5.4 構(gòu)件的顯隱功能

用戶在了解房間的信息時(shí)，不僅能夠觀察房間的渲染效果，還可以查看房間內(nèi)部的結(jié)構(gòu)家具、墻與地面等，對房間有更透徹的了解，增強(qiáng)用戶使用的安全感。主要代碼的實(shí)現(xiàn)具體如下：

5.5 墻紙及地面材質(zhì)的替換功能

墻紙和地面的材質(zhì)替換功能滿足用戶能夠按照自己的喜好裝飾室內(nèi)環(huán)境，提高了用戶的體驗(yàn)感，用戶自主交互設(shè)計(jì)的居室樣式更能激發(fā)用戶的滿意度和購買欲。

首先，定義了鼠標(biāo)選擇的物體及幾款材質(zhì)貼圖；

更換材質(zhì)的本質(zhì)則是獲取點(diǎn)擊物體的組件MeshRen原derer，附著給它一個(gè)新的材質(zhì)。具體代碼如下：

5.6 家具的替換、調(diào)整及刪除功能

家具替換的交互設(shè)計(jì)不僅豐富了家裝的功能，大大刺激了用戶的參與性，任意地布置家具使得用戶身臨其境，有種對房間的掌控權(quán)，更利于用戶設(shè)計(jì)出自己心目中的理想居室，獲得一種幸福感。

實(shí)例化家具：當(dāng)物體點(diǎn)擊“家具替換”->“家具庫”時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各種樣式家具的菜單，用戶根據(jù)菜單中的家具圖片選擇自己喜歡的，點(diǎn)擊該家具圖片的按鈕，點(diǎn)擊的過程即為按鈕本身添加了一個(gè)腳本，實(shí)現(xiàn)腳本即先定義了這些家具模型按鈕數(shù)組，為其添加了鼠標(biāo)監(jiān)聽事件，一旦點(diǎn)擊按鈕就會(huì)添加相應(yīng)的腳本。以其中一個(gè)Button為例：（a為引用的腳本）

床一般布置在臥室中，所以床對應(yīng)的兩個(gè)控制點(diǎn)分別在主臥、次臥。首先定義一下變量，定義3個(gè)物體，分別查找床預(yù)制體Bed1，控制點(diǎn)“zhuwo”、“ciwo”賦給定義好的那3個(gè)物體：

當(dāng)用戶點(diǎn)擊Button時(shí)，系統(tǒng)從Resources文件夾中調(diào)用了家具預(yù)制體，鼠標(biāo)再次點(diǎn)擊場景中時(shí)發(fā)射射線檢測，點(diǎn)中屏幕選擇物體，這實(shí)際上是選擇碰撞器的過程，當(dāng)點(diǎn)擊預(yù)先設(shè)置好的點(diǎn)的碰撞器時(shí)，實(shí)例化調(diào)用的家具模型，并在預(yù)制點(diǎn)的位置坐標(biāo)處產(chǎn)生該家具。

此外，可以通過附加在家具上的拖拽腳本對其進(jìn)行任意地?cái)[放，也可以通過控制面板（如圖7所示）對家具進(jìn)行放大縮小、水平移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等系列操作，當(dāng)不滿意當(dāng)前的家具布置，可鼠標(biāo)選中某個(gè)家具，按Delete建刪除即可。

6 結(jié)語

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的家裝設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、BIM等新時(shí)代信息技術(shù)，系統(tǒng)具有很好的沉浸性；具有很好的可交互特性，滿足了用戶的交流互動(dòng)體驗(yàn)，使建筑系統(tǒng)更具吸引性，易用性；具有強(qiáng)大的多平臺(tái)特性，適用于PC端、移動(dòng)端和網(wǎng)頁端；系統(tǒng)的可視化性、信息的可查詢性為云端BIM的運(yùn)用提供了一個(gè)較好的應(yīng)用點(diǎn)。

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