摘要：在三維引擎的模型使用策略中，目前各行業(yè)所使用的方法幾乎都是采用3D軟件（如3Dmax、Maya）提前構(gòu)建模型，然后將模型導(dǎo)入3D引擎（如Webgl、Unity3d、VirTool、UnrealEnegineing），大多數(shù)缺少對即時環(huán)境的考慮?；陟o態(tài)地構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)仿真的局限，從而提出了動態(tài)構(gòu)建模式（DCM）的方法，對項目工程中所使用的實時構(gòu)建模型的需求進行研究，并成功地運用到相關(guān)項目中得到驗證，得出實現(xiàn)這一模式的方法。

關(guān)鍵詞：三維引擎；建筑結(jié)構(gòu)；動態(tài)；室內(nèi)

動態(tài)構(gòu)建模式（DCM）即在項目運行過程中動態(tài)創(chuàng)建模型，包括對模型的3D空間的計算、表面結(jié)構(gòu)的計算，材質(zhì)和貼圖的處理以及相互關(guān)系的處理等幾個維度。［1］

本文基于3D圖形學(xué)基本原理，利用游戲引擎（如Unity3d、UnrealEnging）進行動態(tài)模型的場景，并結(jié)合室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的特點［2］，創(chuàng)造性地對墻面、地面、吊頂、門窗、貼腳的動態(tài)實現(xiàn)方法進行研究，并應(yīng)用于實際項目，進行可行性驗證，從而得出室內(nèi)建筑的設(shè)計、效率、質(zhì)量、維護性等方面比原有的設(shè)計方式更加人性化，更適合工程標(biāo)準(zhǔn)化的特點［3］。

1動態(tài)構(gòu)建模型（DCM）的空間研究

1.1三維模型空間位置原理

關(guān)于三維模型構(gòu)造世界空間關(guān)系的問題，我們必須要討論一下空間索引的方法［4］。索引算法很多，主要使用的是八叉樹（Octree）索引算法，如圖1。

八叉樹是三維空間劃分的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，它用于加速空間查詢，三維模型的元素在空間的存在關(guān)系，正是利用八叉樹確定之間的關(guān)系。

1.2三維物體頂點構(gòu)成原理

三維物體是由基本元素點（Point）、線（Line）、面（Face）構(gòu)建的模型。利用矢量算法，對空間（Space）的位置度量進行計算，空間的表示方法通常有三個軸向：左右（x）、前后（y）、上下（z）。三維模型中，一般使用三個點作為一組數(shù)據(jù)構(gòu)成一個角面，然后根據(jù)節(jié)點關(guān)系得出該組三維信息的索引信息，該索引信息作為圖像的計算依據(jù)［5］。

2三維物體創(chuàng)建過程研究

2.1三維物體頂點坐標(biāo)索引

三維物體的面由三角面構(gòu)成，故一個四邊面一共有兩個三角面，從而會有兩組三角頂點信息。一個正方體有八個頂點，如果要構(gòu)成一個正方體的面，就有12組三角頂點信息，除去重疊的12個節(jié)點，共計24個頂點信息，這種情況稱為頂點的冗余計算。

2.2三維物體UV信息索引

三維物體的表面渲染存在面的方向問題，也就是法線，表現(xiàn)為正面能看見，反面不能看見，三角形的渲染順序與三角形的正面法線呈左手螺旋定則，如圖2。采用k→k+2→k+3的方法組合三角面的方向，就能保證三角面法線方向朝外。

每一個UV信息和三角面的頂點對應(yīng)，0，1分別代表貼圖的U和V兩個方向的比例，比如，0代表貼圖某一方向起始位置，1代表貼圖某一方向的結(jié)束位置。采用以下模式存入各個三角點對應(yīng)的列表位置。

uv（）=（0，0），（0，1），（1，1），（1，0）…（1）

3建筑結(jié)構(gòu)的動態(tài)構(gòu)建研究

3.1主體結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法

在對建筑主體進行構(gòu)建時，采用墻體繪制—生成墻體和地面的方法。墻體繪制時，首先確定各個角點，每一面墻體都是一個box，實質(zhì)就是一個六面體，將這個六面體的各個頂點和面按照上述方法進行建模，然后進行組合。在繪制時會對這個box進行動態(tài)運算，達到繪制時跟隨鼠標(biāo)伸縮的效果。

墻的類型分為A型和B型兩類，A型墻是單朝向，B型墻是共墻，需要有兩個朝向。

3.2轉(zhuǎn)角的實現(xiàn)方法

墻體是由box構(gòu)成，box是有厚度的，所以在實際創(chuàng)建時會導(dǎo)致交接的部位有缺口。如圖3，同時模型的表面會重疊，影響表現(xiàn)效果。

解決的辦法是先求出∠O的角度，然后根據(jù)角度對轉(zhuǎn)角模型進行切割運算，實現(xiàn)兩面墻體的完美結(jié)合。

當(dāng)∠O=90°時，延長墻面的外墻線，兩面墻的外墻線的交點就是墻面外墻的最長點，內(nèi)墻面的交點就是墻面的最短點，沿著這兩點就可以實現(xiàn)墻體的切割。

當(dāng)∠O=90°時，需要通過系列運算方法得出角度大?。?］。

首先需要求出兩面墻的斜率k，其中y1，y2代表墻面兩個端點的y軸值，x1，x2代表墻面兩個端點x軸值。然后根據(jù)兩面墻的斜率，就可以得到夾角的值。

tanO=k1－k21+k1k2（2）

tanO=＞∠O（3）

3.3頂和地面的實現(xiàn)方法

當(dāng)檢測到區(qū)域封閉的時候，開始計算頂部和地面的模型。首先判斷每個區(qū)域的首位點是否重疊，如果重疊確認(rèn)為一個封閉空間，根據(jù)每個空間的整體形狀，判斷中心點，確定每面墻設(shè)置朝向。

3.4門窗結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法

確定門窗的位置和大?。捍_定了墻面的方向后，需要在墻體上進行門窗開孔，在2D視圖中先確定門窗的長寬高和位置，然后重新計算墻體的尺寸大小，［10］墻面長度是需要除去墻面厚度的修正值。

通過分割墻體計算門窗開孔：計算時對每一面墻按照方向確定起始和計算位置。如0代表起始點，1代表結(jié)束位置。如pos表示墻面位置，width表示墻面的寬度，門的開洞計算方式如：

pos（walla）=0+width（walla）（4）

方向的切換簡化計算難度：每面墻的各個分塊確定后，用初始的方向開始建模，模型建立完畢，按照墻面已經(jīng)保存的方向還原到初始的方向。

4貼腳的實現(xiàn)

確定貼腳的長度：因為墻面都是box，具有厚度，所以在處理貼腳這種模型時要減去墻面的厚度，將貼腳附著在前面的內(nèi)側(cè)墻面之上。墻面的貼腳分兩種情況，即陰貼腳和陽貼腳。陰貼腳就是區(qū)域空間的內(nèi)面，這時候貼腳的長度小于墻面的實際長度。而如果是陽腳，貼腳會貼在墻面的外面，貼腳的長度會大于墻面的實際長度。采用的方式為墻面長度減去墻面厚度。

確定貼腳的位置：由于貼腳的長度和墻面的長度并不一致，所以貼腳的位置和墻面也有一定的差異。如果是陽貼腳就和墻面同向的位置一致，如果是陰貼腳就用墻面的位置除去墻面厚度的12，然后和墻面中部對齊。

處理貼腳轉(zhuǎn)角點造型：貼腳在墻角的交接部位需要重新處理，否則模型會穿插而不正常。處理的辦法是采用資源配合處理，也就是首先制作一個陰角和陽角的模型，在貼腳轉(zhuǎn)角處加載該模型，并調(diào)整該貼腳轉(zhuǎn)角的高度，完成與其他直線部分貼腳的吻合。

5仿真實驗

5.1實驗實施步驟

仿真實驗以虛擬軟件的形式進行、操作，主要進行墻體繪制、門窗的設(shè)置以及家具的擺放，模式包括2D視圖、3D視圖。2D視圖主要用來進行平面布局，3D視圖主要是用來查看效果。

5.2創(chuàng)建的建筑結(jié)構(gòu)是否更合理和快捷

5.2.1自動生成墻體

墻體制作的方式首先選擇繪制方式，可以分為區(qū)域繪制和線條繪制兩種。接著就是在視圖進行繪制，如圖4。

圖4頂視圖繪制墻體

5.2.2自動生成地面和吊頂

墻體繪制完成后，開始判斷墻體是否構(gòu)成一個封閉空間。如果在一個封閉空間計算由這個封閉空間構(gòu)成的區(qū)域，就可以生成地面和吊頂。

當(dāng)墻面的交接處存在多面墻的交接時，這里采用遞歸的方式進行索引。當(dāng)最后成功返回到第一面墻體時，我們說這些墻面構(gòu)成了一個完整的空間。然后對這個空間進行box建模處理。［11］

5.3是否滿足設(shè)計要求

5.3.1繪制的自動對齊

為了降低繪制墻體的難度，設(shè)置了自動對齊墻面的功能，從橫向和縱向兩個角度實時判斷當(dāng)前鼠標(biāo)的位置是否和其他墻面的坐標(biāo)對齊。設(shè)計首先就是要求仿真能滿足可修改性。

5.3.2墻體的再編輯

墻體繪制完畢后，需要對其進行修改，包括以下方面：

修改墻體：在墻體上設(shè)置碰撞體，用戶可以用鼠標(biāo)拖動墻體。當(dāng)拖動過程中，重新計算當(dāng)前區(qū)域所有墻體的長度。用戶也可以通過面板的方式設(shè)置墻體的長度。

刪除墻體：點擊墻體碰撞體，彈出刪除墻體按鈕。用戶可以進行刪除，之后，系統(tǒng)重新檢測墻體是否構(gòu)成完整的空間。

重新繪制墻體：重新繪制墻體就是在原有空間上添加墻體，用戶在空間中的現(xiàn)有墻體找到兩面墻的起點和終點，通過兩面墻的點的x、y坐標(biāo)檢測墻體是否應(yīng)該封閉。

5.3.3門窗的再編輯

門窗擺放完畢，進行進一步調(diào)整，其中包括位置和大小的調(diào)整。采用的方式就是利用門窗圖標(biāo)和墻體的x、y軸向位置。如果拖動門窗圖標(biāo)在墻體的范圍內(nèi)，門窗圖標(biāo)會沿墻體移動，反之，門窗圖標(biāo)就會完全跟隨鼠標(biāo)移動。當(dāng)捕捉到新的墻面的時候，門窗圖標(biāo)會自動吸附到離光標(biāo)最近的墻體位置，并保持和墻體一致。

結(jié)語

綜上所述，動態(tài)構(gòu)建室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)首先是從三維物體空間原理出發(fā)，計算出每一個節(jié)點元素的空間位置；其次根據(jù)室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的特點，從墻面的創(chuàng)建到空間的識別和劃分，再到門窗和貼腳等細節(jié)的處理，總結(jié)了要動態(tài)構(gòu)建室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)需要的邏輯思路和具體實現(xiàn)路徑［12］。通過本文分析，利用其原理，可以滿足在室內(nèi)仿真、設(shè)計等領(lǐng)域需要靈活處理建筑結(jié)構(gòu)的需求，擺脫對固定模型的依賴，提高仿真效率的同時也讓仿真的操作更具靈活性。

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作者簡介：陳世林（1977—），男，重慶人，碩士，講師，研究方向：數(shù)字媒體技術(shù)、仿真游戲。