朱錦輝

摘 要：該文從室內(nèi)裝飾教學(xué)需求出發(fā)，以毛坯房尺寸仿真系統(tǒng)開發(fā)為題，介紹了FLASH、Unity3D等開發(fā)方案執(zhí)行思路并對方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。其中詳細(xì)介紹了Unity3D方案的研發(fā)過程。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)裝飾 仿真 FLASH Unity3D

中圖分類號：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-02

近年來，房地產(chǎn)行業(yè)持續(xù)升溫，與其密切相關(guān)的室內(nèi)裝飾行業(yè)也受到了帶動，人才需求不斷增加。在這樣的背景下，很多學(xué)校都根據(jù)市場需求開設(shè)了室內(nèi)裝飾專業(yè)，以培養(yǎng)更多專業(yè)人才輸送給市場。在教學(xué)執(zhí)行過程中，最讓教師頭痛的是如何提高學(xué)生對施工現(xiàn)場的感性認(rèn)識。

由于安全、管理、交通等問題，讓學(xué)生親臨施工工地學(xué)習(xí)存在很大的執(zhí)行難度。與室內(nèi)裝飾設(shè)計情況類似，建筑施工專業(yè)同樣遇到工地現(xiàn)場教學(xué)的困難，而較為普遍的解決方法就是采用數(shù)字仿真進(jìn)行教學(xué)。通過數(shù)字仿真，學(xué)生可以對工地現(xiàn)場有更深入的了解，而且可以親自動手進(jìn)行仿真操作，學(xué)習(xí)積極性得到了提高。

然而，市場上大部分仿真系統(tǒng)都是針對建筑施工專業(yè)的，專門針對室內(nèi)裝飾的仿真系統(tǒng)基本還是一片空白，有見及此，筆者作為專業(yè)教師就這方面進(jìn)行了深入探討及實(shí)踐，希望開發(fā)出適合室內(nèi)裝飾專業(yè)教學(xué)的仿真系統(tǒng)。

從室內(nèi)裝飾執(zhí)行流程上看，施工現(xiàn)場主要涉及尺寸度量、定位、施工、驗收等幾大環(huán)節(jié)，作為數(shù)字仿真系統(tǒng)的探索性開發(fā)，筆者選擇了毛坯房尺寸度量作為主題，這主要是因為尺寸度量有一定的互動性，動作重復(fù)性較高，研發(fā)工作量適中。

把毛坯房尺寸度量作為開發(fā)主題后，下一步就是圍繞主題擬定開發(fā)要求。作為仿真系統(tǒng)的開發(fā)，首先必須關(guān)注其仿真度，如果不能讓學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感受，就失去了開發(fā)的意義。第二，要具備良好的交互性。

由于毛坯房尺寸度量是一個全屋游走的過程，因此仿真課程必須支持實(shí)時漫游，且必須支持人機(jī)交互。第三，仿真系統(tǒng)能夠支持度量空間的持續(xù)更新，讓學(xué)生可以不斷接觸不同空間的尺寸度量過程。第四，具備擴(kuò)展功能，如果不能支持持續(xù)的修改，系統(tǒng)很快就失去使用價值，最終被淘汰。第五，從仿真系統(tǒng)的推廣來看，要安裝方便，盡量做到直接復(fù)制使用，如果能支持在線使用更好。第六，要有良好的教學(xué)設(shè)計，操作簡單明了。

明確了開發(fā)要求后，下一步就是根據(jù)要求挑選研發(fā)工具。挑選過程中，筆者對不同軟件進(jìn)行了深入了解及對比，還選擇部分軟件制作了案例，具體情況如下。

1 圓方室內(nèi)裝飾設(shè)計系統(tǒng)

圓方是專門針對室內(nèi)裝飾設(shè)計而開發(fā)的以CAD為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是空間構(gòu)建方便并內(nèi)置了大量家具模型，可以輕松制作漫游動畫，效果真實(shí)?？上A方在漫游過程中不能進(jìn)行尺寸度量，且漫游只限于動畫，不支持實(shí)時漫游，因此并不適合作為尺寸度量仿真系統(tǒng)的開發(fā)工具。

2 草圖大師

草圖大師（SketchUp）具備優(yōu)越的平面圖向立體空間轉(zhuǎn)換的性能，且能輕松導(dǎo)入各種家具模型，空間構(gòu)建便捷。草圖大師支持立體空間下的尺寸度量，遺憾的是，其只支持固定路徑漫游，且只能在預(yù)先設(shè)定的點(diǎn)進(jìn)行停留并以固定角度觀察，雖然可作為一種解決方案考慮，但并沒有從根本上解決漫游及尺寸度量的問題，且軟件所制作場景仿真度不高，故仍需尋求進(jìn)一步的解決方案。

3 FLASH

FLASH是網(wǎng)絡(luò)上盛行的矢量動畫制作軟件，由于支持程序腳本嵌入，固其拓展性較強(qiáng)，可根據(jù)使用者的需要提供不同的解決方案。

盡管作為二維矢量動畫開發(fā)工具而存在，但實(shí)際上FLASH可以通過加入腳本使其獲得三維展示能力，俗稱Papervision3 d（效果像使用紙板進(jìn)行圍合）。

遺憾的是，網(wǎng)上可找到的資源一般僅限簡單的360全景瀏覽，即站在空間內(nèi)部環(huán)視，不能移動也不能進(jìn)行其他交互操作，雖然存在二次開發(fā)的可能，但需要具備FLASH專業(yè)編程能力，故此解決方案暫不具備執(zhí)行性。

筆者根據(jù)FLASH的特點(diǎn)，擬定了其他的解決方案。簡單來說，就是在3 dSMAX等三維軟件中建立模型，把毛坯房各個區(qū)間的環(huán)視過程渲染成圖片序列并導(dǎo)入FLASH，再通過圖片序列播放模擬360全景瀏覽效果，由于每個視覺實(shí)際上只是一幅靜態(tài)圖片，所以可以在圖片中放置一些預(yù)制度量點(diǎn)，這些預(yù)制點(diǎn)嵌入了尺寸度量的腳本，并包含了點(diǎn)的三維坐標(biāo)，度量時，只要依次點(diǎn)擊不同的度量點(diǎn)，就可以獲得所需要的尺寸。

相對于Papervision3 d，此解決方案中的腳本編寫難度要低得多，且度量預(yù)制點(diǎn)間的腳本是一致的，無需逐一編寫。這樣一來，研發(fā)人員實(shí)際上只需在圖片中相應(yīng)位置放置預(yù)制點(diǎn)并輸入對應(yīng)的三維坐標(biāo)，即可獲得尺寸度量功能（圖1）。

雖然這樣解決了尺寸度量及仿真效果的問題，但其缺點(diǎn)也是顯而易見的。

首先，由于圖片序列只涉及單個空間的環(huán)視過程，不涉及空間的過渡，所以毛坯房區(qū)間之間只能進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)真正的漫游。其次，制作一套空間需要渲染大量圖片，以一個兩房一廳的毛坯房為例，加上廚衛(wèi)合共5個區(qū)間，為了實(shí)現(xiàn)平滑過渡，對于某一區(qū)間的環(huán)視效果，一般每10度渲染一幅圖片，即一個空間需要渲染36幅圖，一套毛坯房需要渲染180幅圖，如果這些圖片都要求達(dá)到高仿真度的話，那么單是進(jìn)行圖片渲染就需要耗費(fèi)大量時間了。另外，整個仿真系統(tǒng)需要放置大量預(yù)制度量點(diǎn)，其工作量也相當(dāng)大。更糟糕的是，一旦需要更換度量空間，以上工作都要重新執(zhí)行，這樣系統(tǒng)的持續(xù)開發(fā)及實(shí)用性就大大降低了。

盡管工作量大，但使用圖片序列導(dǎo)入FLASH進(jìn)行毛坯房尺寸度量仿真系統(tǒng)開發(fā)的確能在一定程度上解決漫游、實(shí)時尺寸度量、高仿真等問題，且便于通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推廣，故仍可作為保留方案進(jìn)行考慮。

4 Unity3D

Unity3D是一款網(wǎng)絡(luò)三維游戲開發(fā)工具，近年來在國內(nèi)慢慢普及，一些公司更以其為核心承擔(dān)了各類教學(xué)仿真虛擬軟件的開發(fā)，筆者在接觸該軟件后逐漸深入了解，發(fā)現(xiàn)該軟件十分適合進(jìn)行室內(nèi)裝飾仿真系統(tǒng)的開發(fā)，這主要是由于軟件本身就是針對三維游戲制作而存在的，具有良好的三維表現(xiàn)能力、交互能力、支持物理引擎。更令人驚喜的是，由Unity3D輸出的成品體積細(xì)小，只要通過安裝一個簡單插件就能流暢地在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，對教學(xué)推廣十分有利。

雖然在專業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，但作為游戲開發(fā)工具，Unity3D作為業(yè)余軟件并不普及，市面上已出版的相關(guān)教材也很少。盡管如此，對于具備室內(nèi)裝飾專業(yè)背景、普遍掌握3 dSMAX等三維軟件操作的專業(yè)教師來說，Unity3D的操作入門還是比較簡單的，如果同時具備一定的計算機(jī)語言編寫基礎(chǔ)，便可以進(jìn)行簡單的仿真系統(tǒng)開發(fā)。使用Unity3D進(jìn)行游戲開發(fā)的流程主要包括：建模—外觀設(shè)置—功能添加—調(diào)試及發(fā)布。由于仿真的場景設(shè)定為毛坯房，所以對外觀沒有太多要求，外觀設(shè)置環(huán)節(jié)可以省略，其余流程的主要研發(fā)過程如下。

（1）建模

Unity3D自帶了一些簡單幾何體的創(chuàng)建能力，也附帶了一些游戲模型，但總的來說其不是專門的建模工具，一般的開發(fā)思路是從三維軟件中建模，然后導(dǎo)入到Unity3D。筆者使用3 dSMAX對毛坯房的模型進(jìn)行創(chuàng)建，然后借助安裝FBX格式輸出插件，就可以輸出成Unity3D專用格式，然后導(dǎo)入到場景中。值得一提的是，通過插件輸出的模型是不附帶材質(zhì)信息的，必須在Unity3D對模型再次賦予材質(zhì)，所以建模時不必考慮材質(zhì)問題。

（2）功能添加

首先是漫游功能。令人欣喜的是，Unity3D已自帶了名為“First Person Controller”的控件，該控件包括一個角色控制器和一個攝像機(jī)，同時整合了行走、攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)等功能，只需要簡單地將其放置于場景中，就可以輕松實(shí)現(xiàn)漫游功能，無需再自行研發(fā)。

除了少量自帶控件外，Unity3D的多數(shù)功能都需要通過腳本來實(shí)現(xiàn)，在Unity3D中，腳本是以模塊的形式添加至操作對象上的，可視為物體中的一個獨(dú)立組件，而一個物體可以包含多個彼此獨(dú)立的腳本模塊，也就是說，操作對象的各種功能可以通過彼此獨(dú)立的各個腳本模塊實(shí)現(xiàn)，這樣一來，如果需要添加哪種功能，只需添加相應(yīng)腳本模塊就可以了。接下來的問題是腳本模塊的來源問題，從頭編寫腳本當(dāng)然是其中一個可行的辦法，但這要求開發(fā)人員對JavaScript（Unity3D主流程序語言）十分熟悉，門檻較高。另外一個解決辦法就是通過修改現(xiàn)成的腳本模塊實(shí)現(xiàn)所需功能，這只需要開發(fā)人員掌握基本的程序知識即可。

現(xiàn)成的腳本模塊可以從諸如Unity3D大中華社區(qū)等專題論壇進(jìn)行搜索及下載，筆者在開發(fā)初期就下載了大量簡單實(shí)用的腳本模塊，并通過修改和重新整合這些模塊順利地完成后續(xù)的開發(fā)工作。在收集到若干基本功能腳本模塊后，就可以開始進(jìn)行功能開發(fā)了。這里先要確立開發(fā)思路，筆者在研發(fā)初期沿用了FLASH預(yù)制點(diǎn)的思路，把功能腳本嵌入到預(yù)制度量點(diǎn)內(nèi)，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊預(yù)制度量點(diǎn)并測量其空間間距以獲得所需度量的尺寸。

在對收集回來的腳本模塊進(jìn)行重組并修改后，筆者實(shí)現(xiàn)了該功能，但同時也察覺到該解決方案還有可以改進(jìn)的空間。首先，盡管進(jìn)行尺寸度量時都是圍繞空間角點(diǎn)及構(gòu)造端點(diǎn)，但如果能對墻體的任意兩點(diǎn)進(jìn)行度量的話感覺會更真實(shí)。

另外，雖然比起在FLASH中對每幅圖片都安插預(yù)制度量點(diǎn)來說，Unity3D每個空間只需布置一次的預(yù)制度量點(diǎn)，但一旦更換空間模型，仍需對預(yù)制點(diǎn)進(jìn)行重新布置，使用起來并不方便。筆者在實(shí)現(xiàn)預(yù)制點(diǎn)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)使用Physics.Raycast函數(shù)可以輕松對視線范圍內(nèi)物體表面的任何點(diǎn)進(jìn)行定位，這樣只需要通過鼠標(biāo)對毛坯房空間中任意兩點(diǎn)進(jìn)行定位，通過測定兩點(diǎn)間的距離就可以輕松實(shí)現(xiàn)尺寸度量功能，而不需要使用預(yù)制點(diǎn)。

在這樣的指導(dǎo)思想下，筆者順利地編寫出名為“PICK.js”的功能腳本。在制作過程中，先導(dǎo)入毛坯房空間模型，再把“PICK.js”腳本作為模塊控件加入模型中，便能計算出墻體不同點(diǎn)之間的距離。

雖然只需簡單地點(diǎn)擊鼠標(biāo)便能獲取點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，但是為了盡量地貼近真實(shí)，還要加入使用尺子度量的過程，這主要還是要借助Physics.Raycast函數(shù)實(shí)現(xiàn)，具體思路如下：先在場景中創(chuàng)建一帶狀尺子模型，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊墻體第一點(diǎn)時尺子的起點(diǎn)移動到其上，尺子的末端則跟隨鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)（借助transform.rotation函數(shù)實(shí)現(xiàn)），并根據(jù)尺子起點(diǎn)與鼠標(biāo)的距離對尺子進(jìn)行縮放（借助transform.localScale函數(shù)實(shí)現(xiàn)），以獲得尺子隨鼠標(biāo)伸長縮短的效果。當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊墻體第二點(diǎn)后，尺子末端位置確定，這樣尺子就很好地固定在墻體的兩點(diǎn)之間，實(shí)現(xiàn)尺子度量的效果。

筆者根據(jù)這個思路編寫出名為“RULER.js”的功能腳本，并將此功能附加到尺子模型中。需要注意的是，在整個尺寸度量過程中，鼠標(biāo)的操作空間是二維的Screen空間，而墻體上的點(diǎn)存在于三維的World空間，因此兩者之間要采用WorldToScreenPoint以及ScreenToWorldPoint函數(shù)進(jìn)行切換。

采用以上思路及流程可以開發(fā)出功能基本滿足需要的毛坯房尺寸度量仿真系統(tǒng)，但要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能，完備各項功能，則需要研發(fā)人員對功能腳本進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。例如，為了達(dá)到比較真實(shí)的仿真效果，尺子上應(yīng)該標(biāo)有刻度。這就要求在尺子模型上附加帶有刻度的貼圖，并且在尺子縮放的過程中，還需要同時應(yīng)用TextureScale函數(shù)以控制貼圖的重復(fù)次數(shù)，獲得真實(shí)效果。

（3）調(diào)試與發(fā)布

對功能基本滿意后就可以進(jìn)入調(diào)試階段，調(diào)試是對一些參數(shù)的細(xì)微調(diào)整，諸如攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、漫游的行走速度等。一般來說，為了達(dá)到理想的效果，同一參數(shù)要反復(fù)變更試驗，才能從中對比出最合適的數(shù)值，然而諸如FLASH等大部分軟件在修改參數(shù)后，必須重新輸出成品才能觀察所產(chǎn)生的變化，這就使整個調(diào)試過程變得十分漫長并且繁瑣。值得慶幸的是，Unity3D的設(shè)定十分人性化，在進(jìn)行內(nèi)部演示期間，各組件的參數(shù)會動態(tài)地顯示于屬性區(qū)，對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，內(nèi)部演示窗口會作出即時的響應(yīng)，這樣整個調(diào)試過程就變得便捷并且愉快。

對調(diào)試結(jié)果滿意后，就可以輸出成品。Unity3D提供“Web Player”以及“Windows Standalone”等多種輸出模式可供選擇，其中“Web Player”輸出模式可支持成品在線使用，為了成品的普及推廣，建議使用該輸出模式。綜上所述，采用FLASH以及Unity3D都可以進(jìn)行毛坯房尺寸度量仿真系統(tǒng)的開發(fā)。其中采用Unity3D可以達(dá)到更理想的仿真效果以及更佳的操作性、擴(kuò)展性。但該軟件還不普及，專業(yè)教師需要投入一定的時間及精力進(jìn)行熟悉。在實(shí)際開發(fā)過程中，專業(yè)教師可以根據(jù)自身的需要及能力，選擇合適的軟件進(jìn)行開發(fā)。毛坯房尺寸度量仿真系統(tǒng)的成功開發(fā)，為使用虛擬仿真手段進(jìn)行室內(nèi)裝飾教學(xué)開創(chuàng)了先河，為后續(xù)裝修施工、驗收等環(huán)節(jié)的教學(xué)提供了重要的參考，可以很好地解決學(xué)校在辦學(xué)過程中遇到的場地少、消耗大、管理難等諸多問題，其價值應(yīng)給予肯定。

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