摘 要 以虛幻引擎4為工具，對虛擬現(xiàn)實建筑模型進行加工處理，生成具有物理光照陰影效果以及物理重力效果的虛擬現(xiàn)實模型集合。并且具有現(xiàn)實與虛擬之間的交互性，實現(xiàn)三維動態(tài)效果的物理模型。

【關鍵詞】物理光學 三維動態(tài)效果 虛擬現(xiàn)實建筑模型 虛幻引擎

1 背景介紹

根據《中國VR用戶行為研究報告》（以下簡稱《報告》）顯示，國內15-39歲人群中，VR潛在用戶數量為2.86億，購買過各種VR設備的用戶已達96萬人，83.2%的用戶對VR內容軟件方面有需求。正如電視和電子游戲的出現(xiàn)帶給人們生活和工作方式的巨大變化，虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)，無疑為建筑師提供了新的思路。打破了以往建筑設計中“平面，立面，剖面和三維模型”的模式。建筑師可以在任意時間和設計的任意階段“走進”設計中去，從任意角度觀察和檢討自己的設計，身臨其境地感受空間、尺度、環(huán)境、光線甚至聲音的變化，從而使設計更趨向完美。

2 產品特點及意義

現(xiàn)如今，互聯(lián)網家裝已經成為傳統(tǒng)行業(yè)在互聯(lián)網橫行的歷史新時期開拓疆土尋求更大發(fā)展的巨大戰(zhàn)斗力?；ヂ?lián)網家裝是電子科技技術和傳統(tǒng)行業(yè)的結合，也是傳統(tǒng)建筑行業(yè)在未來的發(fā)展大趨勢。很多大型公司已經開始開拓市場，這些大型公司已經進行了初步的嘗試與開發(fā)，并且收到了很好的回饋。

（1）從用戶端的角度來看，在沒有VR技術之前，用戶去感受和觀看自己裝修后的效果圖，一般是通過設計圖紙和電腦繪制的3D效果圖，對裝修后的家居環(huán)境的沉浸感較弱。但是一旦擁有VR的技術體驗，用戶就會發(fā)現(xiàn)自己完全沉浸到設計場景的家居環(huán)境中，更為重要的是，這種設計風格可以自由切換，甚至對細節(jié)到局部乃至全部，都做出DIY的設計。

（2）從設計師和家裝公司的角度來看，有了VR的技術，設計師可以大大的提高自己生產搭配裝修方案的效率，降低和用戶就裝修設計方案的溝通成本和不可控的風險。對于家裝公司而言，可以降低其門店管理運營成本，將傳統(tǒng)樣板間全部替換為虛擬的云端樣板間。

3 產品主要功能

此產品是將存在于建筑學圖紙上的建筑物或是建筑群在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中進行搭建，而虛幻4引擎的引入，帶來了實時渲染功能并且伴隨著動態(tài)的光影效果的運用，使得用戶的視覺體驗達到最佳。用戶在佩戴虛擬現(xiàn)實設備自由走動時，可以進行360度全景“觀察”、“體驗”等，模擬在虛擬世界建筑群中的行走。同時，用戶還可以通過控制器，在虛擬的樓盤中進行與建筑物外觀有關的產品種類的選擇與效果展示。

目前，可實現(xiàn)的主要功能為：

（1）虛擬建筑群。根據開發(fā)商提供的建筑物或建筑群圖紙，構造出其虛擬現(xiàn)實影像。

（2）虛擬現(xiàn)實設備。將虛擬現(xiàn)實眼鏡作為顯示設備，可以將我們自己搭建的虛擬建筑群進行輸出。將手柄作為操縱設備，可以讓用戶在虛擬建筑群內隨意走動時，進行與建筑物外觀有關的產品種類的選擇。并且在場景中進行家具的擺放以及裝修風格的改變。

4 具體實現(xiàn)

由于VR軟件對視覺上效果的要求極高，因此，我們用虛幻4引擎來處理圖像，制作軟件，以滿足VR產品在視覺上需要達到的要求，從而進行虛擬世界的生成。虛幻4引擎的圖形化的材質編輯工具采用的是和Maya，Darktree一樣的“材質節(jié)點編輯”方式，可以對材質中的色彩，alpha通道進行自由的調節(jié)，可以使得我們可以通過利用多個簡單的材質類型融合出一個復雜漂亮的高級材質類型，并可以實時地參照場景中的燈光變化。并加入物理光影效果和物理重力引擎?；谝陨咸攸c，我們的產品會趨近真實，具有實地效果。并且也通過3dsMAX軟件進行軟件的建模。

基本技術路線

（1）信息的采集與收集。數據的采集要具體到建筑圖紙。包括建筑立面圖，建筑剖面圖，建筑平面圖，同時，根據建筑圖紙的各項數據確定在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的成像比例以及成像大小。同時，我們將搜索各個品牌的可用的素材的數據，比如小區(qū)中的樹木，健身器材等。

（2）現(xiàn)實模型的制作。根據現(xiàn)有的數據先將建筑物沙盤制作完成，方便將建筑搬入虛擬世界后進行對比，同時將沙盤作為構建虛擬現(xiàn)實世界中建筑物的實體參照物，能更真實地將圖紙上的原貌呈現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實世界中。

（3）通過CAD圖紙，用3dsMax或AutoCAD進行3D模型制作和圖紙制作，根據在第一階段收集到的各項數據進行三維模型的構建，利用3dsMax等軟件，畫出可以在虛幻引擎中用的素材。

（4）根據各素材在虛幻引擎中的呈現(xiàn)效果，同時根據收集到的參數，再次在3dsMax中進行模型和素材的參數修改，使得虛擬世界中的建筑物符合圖紙中各個建筑的參數比例。

（5）對呈現(xiàn)出的三維效果圖進行VR處理。在虛幻四引擎中進行圖形的VR處理，使得圖形在VR設備中可以呈現(xiàn)出全景效果。

（6）VR互動的實現(xiàn)。在虛幻四引擎中進行互動功能的實現(xiàn)，由于考慮到成像清晰度和適配性的問題，我們的軟件適配的硬件是HTC VIVE，因此，在這個過程中，我們將使用HTC VIVE的SDK，添加手柄以及激光發(fā)射器的工具包以及代碼，實現(xiàn)操作器可用的互動功能，滿足用戶在虛擬世界中的互動。

（7）軟件的調試。將軟件在VR設備中呈現(xiàn)，體驗并修復程序中還殘存的問題。

5 結論

該實驗目的為以建筑為內容，基于交互式三維動態(tài)視景的光學體驗，通過交互式三維動態(tài)視景的光學體驗，來實現(xiàn)建筑內容的呈現(xiàn)，建筑模型以及場景的重構。

參考文獻

[1]趙沁平.虛擬現(xiàn)實綜述[J].中國科學F輯，2009（001）.

[2]趙蔚，段紅.虛擬現(xiàn)實軟件研究[J].計算機技術與發(fā)展，2012（002）.

[3]瞿沛新.虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計中的應用[J].城市建設理論研究，2015（017）.

[4]曹娟，趙旭陽，米文鵬，洪成華.淺析虛擬現(xiàn)實技術[J].計算機與網絡，2011（010）.

作者簡介

姜壽暉（1995-），男，遼寧省本溪市人。東北大學國防教育學院機械工程專業(yè)2014級本科生。

作者單位

東北大學國防教育學院 遼寧省沈陽市 110819