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、互動方式設(shè)計、小地圖設(shè)計、跨平臺發(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)計的方法，指出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑漫游設(shè)計及其相關(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，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

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)融入到了社會的各行各業(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種計算機(jī)仿真系統(tǒng)，它完全可以自由地創(chuàng)建和體驗(yàn)計算機(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)計和城市規(guī)劃領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

隨著計算機(jī)硬件的飛速發(fā)展與計算機(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地改變。用戶可以實(shí)時(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景中物體的運(yùn)動)的漫游，感受行走當(dāng)中的場景變化和動畫效果，并有三維立體影像和多媒體效果的支持，沒有時間、空間的限制，更真實(shí)、詳盡的感受三維環(huán)境。

本文對蘭州碧桂園小區(qū)設(shè)計一個場景漫游為例，通過前期真實(shí)地形，在3ds max軟件中的三維模型建模及在Unity3D軟件中的場景搭建等數(shù)字資源的準(zhǔn)備，和之后第一人稱視角的漫游程序設(shè)計，到最后從多平臺的發(fā)布，詳細(xì)介紹了對建筑場景漫游實(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真實(shí)建筑漫游設(shè)計及景觀規(guī)劃為例，經(jīng)過了如下步驟來確定小區(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。通過對小區(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，做出大概的樓盤方位和朝向，道路規(guī)劃及景觀、娛樂設(shè)施的大概位置。b.通過數(shù)字高程模型(DEM)來提取碧桂園小區(qū)的地形高度灰度圖，其中高程值對應(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，有兩個專門做真實(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景中都是相對近似真實(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景但感覺像是在真實(shí)場景里。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。在建模的過程中，模型的優(yōu)化問題無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，模型的優(yōu)化對于一個項(xiàng)目給人的感覺是否真實(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：盡量制作簡模，盡量減少模型的點(diǎn)數(shù)和刪除重復(fù)面。建筑上，通過小區(qū)的規(guī)劃圖紙，結(jié)合AutoCAD軟件，包括大門、亭子、噴泉、座椅、路燈、樓盤等都在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，與后期制作場景漫游設(shè)計的Unity3D軟件可以很好的兼容。

3)道路插件應(yīng)用。

本文在場景道路建設(shè)中采用Unity3D-EasyRoad插件。EasyRoad插件可以利用控制點(diǎn)基礎(chǔ)來制作道路或者河流。只需要在創(chuàng)建的地形上用鼠標(biāo)簡單的點(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)建道路這個工作變得更加輕松，節(jié)省了大量的模型制作時間。

2.2 互動方式設(shè)計

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

1)第一人稱攝像機(jī)。我們要實(shí)現(xiàn)在場景中的漫游，當(dāng)然需要讓攝像機(jī)以第一人稱視角的方式運(yùn)動起來，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攝像機(jī)的相關(guān)代碼，通過編輯代碼，用戶可以實(shí)現(xiàn)自由控制攝像機(jī)的移動、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)場景漫游設(shè)計中，除了電腦外界的顯示器之外，還準(zhǔn)備了第二種互動的方式，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VR眼鏡，可以使用戶達(dá)到身臨其境的感覺；在蘭州碧桂園小區(qū)場景漫游設(shè)計中，因?yàn)槠鋱鼍斑^大，需要一個可以幫助攝像機(jī)移動的設(shè)備，所以在此次項(xiàng)目中采用了游戲手柄來控制攝像機(jī)的移動。相對于鼠標(biāo)和鍵盤來說，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

在虛擬場景里漫游時，小地圖是一個不可或缺的元素。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小地圖。在漫游過程中，能夠清晰實(shí)時地顯示攝像機(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@款軟件可以跨平臺發(fā)布產(chǎn)品。在本次真實(shí)場景虛擬漫游產(chǎn)品制作后，首先發(fā)布到了PC端，可以使客戶很直觀的來體驗(yàn)這款場景漫游產(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)眼鏡來與客戶互動后，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控制的交互方法。通過發(fā)布到Android平臺的手機(jī)中，與市場中主流的虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡進(jìn)行匹配，配合來進(jìn)行真實(shí)場景的漫游。

蘭州碧桂園樓盤虛擬漫游程序見圖1。

3 結(jié)語

今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑漫游中的發(fā)展可以通過研究大范圍虛擬場景的顯示算法，通過優(yōu)化場景減少數(shù)據(jù)，發(fā)展新的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)語言，高速發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加快瀏覽速度、大幅提高計算機(jī)性能來得到更大的提升。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、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.

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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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