王興魯 王永生

(1.蘭州交通大學機電工程學院,甘肅 蘭州 730070； 2.蘭州交通大學藝術設計學院,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現(xiàn)方法

王興魯1王永生2

(1.蘭州交通大學機電工程學院,甘肅 蘭州 730070； 2.蘭州交通大學藝術設計學院,甘肅 蘭州 730070)

分析了虛擬現(xiàn)實技術的基本概念及發(fā)展狀況，從數(shù)字資源準備、互動方式設計、小地圖設計、跨平臺發(fā)布等方面，總結了一套運用虛擬現(xiàn)實技術進行建筑漫游設計的方法，指出虛擬現(xiàn)實技術在建筑漫游設計及其相關領域具有廣闊的應用前景。

虛擬現(xiàn)實技術，建筑漫游設計，三維模型，數(shù)字資源

1 虛擬現(xiàn)實技術與建筑漫游設計

如今，虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)不再是空洞的概念，正如當初PC從實驗室走進人們的生活一樣，它已經(jīng)融入到了社會的各行各業(yè)。虛擬現(xiàn)實技術是一種計算機仿真系統(tǒng)，它完全可以自由地創(chuàng)建和體驗計算機中的虛擬世界。虛擬現(xiàn)實技術作為全世界新的一項實用型技術，在建筑設計和城市規(guī)劃領域有著廣泛的應用前景。

隨著計算機硬件的飛速發(fā)展與計算機技術的廣泛應用，虛擬現(xiàn)實技術也日益變得成熟。通過虛擬現(xiàn)實技術在建筑上的深入應用,用戶們可以任意地進入到一個完全與真實世界相一致的虛擬世界之中，真實世界中的建筑、景觀、地形、城市等等都可以在虛擬世界中得到完美的實現(xiàn)。漫游的高度、視角、位置、路線，以及進行各種隨機性地操作，都可以由操作者隨時地改變。用戶可以實時(立即看到結果)和交互(操作者可以干預瀏覽的方式并控制場景中物體的運動)的漫游，感受行走當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、詳盡的感受三維環(huán)境。

本文對蘭州碧桂園小區(qū)設計一個場景漫游為例，通過前期真實地形，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)字資源的準備，和之后第一人稱視角的漫游程序設計，到最后從多平臺的發(fā)布，詳細介紹了對建筑場景漫游實現(xiàn)的方法與步驟，進一步分析和總結了虛擬現(xiàn)實技術在建筑漫游設計中的廣闊應用前景。

2 方法與步驟

2.1 數(shù)字資源的準備

1)真實地形。

本文以蘭州碧桂園樓盤真實建筑漫游設計及景觀規(guī)劃為例，經(jīng)過了如下步驟來確定小區(qū)的真實地形。a.進行小區(qū)真實信息的實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、人文等真實信息的調查和實地觀察，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，其中高程值對應地形的灰度值，若設高程越大，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軟件中合成真實的小區(qū)地形。c.在Unity3D軟件中，有兩個專門做真實地形的插件，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的，使用戶就像是身臨其境一樣，達到虛擬現(xiàn)實技術的最終目的，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，因為模型的優(yōu)化可以保證虛擬現(xiàn)實項目發(fā)布后占用的內存盡可能最小，同時，模型的優(yōu)化對于一個項目給人的感覺是否真實、運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，盡量減少模型的點數(shù)和刪除重復面。建筑上，通過小區(qū)的規(guī)劃圖紙，結合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計的Unity3D軟件可以很好的兼容。

3)道路插件應用。

本文在場景道路建設中采用Unity3D-EasyRoad插件。EasyRoad插件可以利用控制點基礎來制作道路或者河流。只需要在創(chuàng)建的地形上用鼠標簡單的點擊幾下就可快速的產(chǎn)生真實的城市道路系統(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 互動方式設計

在虛擬漫游中，最主要的是通過人機交互來和虛擬場景建立聯(lián)系的，所以說交互很重要。人機交互的實現(xiàn)是借助Unity3D軟件這個開發(fā)工具來完成的，而在Unity3D軟件中，人機交互主要是通過JavaScript語言和C# 語言來實現(xiàn)的。在蘭州碧桂園小區(qū)場景漫游設計中，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，需要點擊其對應的按鈕來實現(xiàn)相對應的功能。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與虛擬現(xiàn)實眼鏡及游戲手柄這兩種方式。

1)第一人稱攝像機。我們要實現(xiàn)在場景中的漫游，當然需要讓攝像機以第一人稱視角的方式運動起來，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的相關代碼，通過編輯代碼，用戶可以實現(xiàn)自由控制攝像機的移動、位置，高度的改變等操作。運用Unity3D中的此組件，可以讓我們做更少的工作，實現(xiàn)我們所期望的功能。

2)虛擬現(xiàn)實(VR)眼鏡及游戲手柄。在蘭州碧桂園小區(qū)場景漫游設計中，除了電腦外界的顯示器之外，還準備了第二種互動的方式，即虛擬現(xiàn)實眼鏡與游戲手柄。虛擬現(xiàn)實頭戴顯示器設備，即VR眼鏡。通過VR眼鏡，可以使用戶達到身臨其境的感覺；在蘭州碧桂園小區(qū)場景漫游設計中，因為其場景過大，需要一個可以幫助攝像機移動的設備，所以在此次項目中采用了游戲手柄來控制攝像機的移動。相對于鼠標和鍵盤來說，游戲手柄能夠更方便，更快捷，更準確的操作。

2.3 小地圖設計

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，能夠清晰實時地顯示攝像機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大的虛擬現(xiàn)實軟件，正是因為這款軟件可以跨平臺發(fā)布產(chǎn)品。在本次真實場景虛擬漫游產(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這款場景漫游產(chǎn)品，其次，再考慮到主流的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品都支持虛擬現(xiàn)實眼鏡來與客戶互動后，在這款產(chǎn)品中加入了虛擬現(xiàn)實眼鏡和游戲手柄同時控制的交互方法。通過發(fā)布到Android平臺的手機中，與市場中主流的虛擬現(xiàn)實眼鏡進行匹配，配合來進行真實場景的漫游。

蘭州碧桂園樓盤虛擬漫游程序見圖1。

3 結語

今后虛擬現(xiàn)實技術在建筑漫游中的發(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)實技術語言，高速發(fā)展網(wǎng)絡技術加快瀏覽速度、大幅提高計算機性能來得到更大的提升。虛擬現(xiàn)實技術在目前而言還是一項新的技術，在今后必將更加的成熟和實用。將虛擬現(xiàn)實技術有機地應用到建筑漫游中，可以提供更生動、更真實的用戶體驗，所以，虛擬現(xiàn)實技術在建筑漫游里將有廣闊的應用前景。

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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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