數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

羅永慧，王冬梅，沈旭霞，康 寒，吳秀琴 （東北石油大學(xué)軟件學(xué)院，黑龍江大慶163318）

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛速發(fā)展，為企業(yè)提供了更加豐富的商品展示方式。三維數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)正是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)而開發(fā)、用于展示樓盤信息的三維全景展示平臺。三維數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)具有開放性、交互性、共享性等優(yōu)勢，不但豐富了信息展示方式，而且可以實現(xiàn)對小區(qū)風(fēng)貌、戶型特色等用戶關(guān)注的內(nèi)容進行三維模擬展示，場景逼真，畫面生動，交互性強，讓用戶可以更真實地感受到小區(qū)情況，具有身臨其境的感覺［1］。為此，筆者結(jié)合房地產(chǎn)商售樓的實際需求，采用PhotoShop＋3DSMAX＋VR-Platform的開發(fā)平臺，建立了具有樓盤導(dǎo)航、小區(qū)室內(nèi)漫游、小區(qū)室外漫游、重點戶型展示等功能的數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)。

1 數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)及功能設(shè)計

三維數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)通過3DSMAX建模軟件對樓盤進行高仿真的三維模型制作，在PhotoShop圖片處理軟件中進行圖片高精度處理，然后在VR-Platform平臺中進行場景合成、視景仿真等，最終通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布產(chǎn)品。該系統(tǒng)包括小區(qū)全景漫游、地圖導(dǎo)航、室內(nèi)裝潢、戶型結(jié)構(gòu)、信息管理等5個功能模塊，并且對每個模塊都進行了詳細的功能劃分和功能實現(xiàn)，具體的展示了樓盤獨特的建筑風(fēng)格及環(huán)境，同時融入了豐富的人物生活情節(jié)，基本實現(xiàn)了對小區(qū)室內(nèi)室外的全方位立體展示。為地產(chǎn)商、開發(fā)商提供了一種全新的數(shù)字化營銷模式。在這樣一個虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的越來越緊密的高科技時代，三維數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)必然在未來的房地產(chǎn)項目的開發(fā)與銷售中扮演著更為重要的角色［2］。

在充分收集國內(nèi)外已有的研究成果，并對相關(guān)文獻資料進行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，以樓盤小區(qū)內(nèi)主要道路和建筑的虛擬化和信息化為目標，采用不同的建模方法和優(yōu)化技術(shù)，創(chuàng)建三維模型庫。在軟件工程設(shè)計思想的指導(dǎo)下，遵循結(jié)構(gòu)化、模塊化、層次化的原則，結(jié)合VRP技術(shù)開發(fā)樓盤漫游系統(tǒng)［3］，實現(xiàn)樓盤數(shù)字化，已實現(xiàn)的功能如圖1所示。

圖1 功能模塊圖

2 數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)的實現(xiàn)

2．1 三維場景的搭建

以房地產(chǎn)公司提供的小區(qū)的主要道路、建筑物等為虛擬空間，綜合運用三位數(shù)字建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以設(shè)計開發(fā)虛擬漫游系統(tǒng)為目的，根據(jù)虛擬樓盤漫游系統(tǒng)的需要，進行需求分析，設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料。根據(jù)展示需要，通過各種建模軟件 （如3DSMAX），以幾何實體來建構(gòu)虛擬環(huán)境，并進行符合虛擬現(xiàn)實技術(shù)條件的運動、貼圖、渲染處理，之后導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實制作軟件VRP中實現(xiàn)交互操作，最后進行多媒體信息整合并輸出應(yīng)用。

1）數(shù)據(jù)采集 ①實體數(shù)據(jù)測量。場景實際數(shù)據(jù)，是制作虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)，一切構(gòu)架都是建立在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上。首先利用基本的測量技術(shù)，測量出基本數(shù)據(jù)，有時公司會提供大量的有用數(shù)據(jù)，可供使用。然后在規(guī)劃紙上設(shè)計出按一定比例縮小的精準的場景平面圖。②采集實體圖像。根據(jù)場景平面圖所標示的建筑體位置，利用高清數(shù)碼設(shè)備對小區(qū)室內(nèi)室外各個實體及其地形進行圖像采集，此過程主要是采集建筑體和家具的3類數(shù)據(jù)：其一為建筑體全景圖，采取各個角度全景方式拍攝；其二為實體局部圖，采取中景或者近景方式拍攝，目的是要看清局部結(jié)構(gòu)與細節(jié)；其三為實體紋理圖 （如地板磚、瓷磚等）。主要是以特寫的方式拍攝，務(wù)必做到采光均勻，圖像清晰。其中全景圖和局部圖主要是用于制作三維模型時把握實體的形體結(jié)構(gòu)，而紋理圖主要是為以后制作模型材質(zhì)與紋理提供依據(jù)。

2）3D仿真模型制作 ①在3DSMAX中，利用多邊形建模技術(shù)，根據(jù)制作的樓盤總規(guī)劃平面圖確定建筑物的具體位置，在認真觀察現(xiàn)場照片確定建筑物具體結(jié)構(gòu)，采用自下向上的方法制作。制作時，要對形體高度的概括，大力控制面的數(shù)量，消除多余的多邊型面，降低整個場景的復(fù)雜度，做到形體準確、概括、數(shù)據(jù)量小，從而降低場景實時渲染時的復(fù)雜度，保證系統(tǒng)能夠流暢運行。②對建好的模型進行材質(zhì)制作。貼上處理好的紋理和材質(zhì)，使其與真實場景相符。③為模型指定完貼圖坐標后，把現(xiàn)場所得紋理類照片用PhotoShop處理成仿真紋理，在處理時，一定要注意紋理和模型的比例關(guān)系，比如一塊磚到底有多大，占模型的百分之幾，力求貼圖比例準確。其次要注意色彩的和諧搭配，一個模型往往會有2個以上的貼圖，圖與圖之間的色彩和諧關(guān)系顯得尤為重要，力求色彩搭配和諧自然。

3）模型建完后的系統(tǒng)優(yōu)化 模型個數(shù)的多少直接影響到VRP演示時EXE文件啟動時的速度，在制作VRP時盡可能的把同種材質(zhì)的模型和并成一個物體 （以達到減少模型個數(shù)的目的），一般會采用模型塌陷，這是系統(tǒng)優(yōu)化中的模型個數(shù)優(yōu)化。另外還有模型面數(shù)優(yōu)化，主要是把看不到和不需要的面刪掉，只留看得到的面。場景貼圖量優(yōu)化也是至關(guān)重要的優(yōu)化步驟，通過減少不必要的貼圖量，從而減少整個場景的大小。

4）燈光 沒有燈光的場景平淡、缺乏層次感。3DSMAX燈光是在3D場景中產(chǎn)生實際燈光照明作用的對象，不同種類的燈光對象用不同的方法投射照明光線，模擬真實世界中不同種類的光源。當(dāng)場景中沒有燈光時3DSMAX將使用默認的照明來對場景進行著色或渲染。為了讓場景的外觀顯得更加逼真，可以添加燈光。新創(chuàng)建的燈光所產(chǎn)生的照明將會增強場景的清晰度和三維效果，使光影效果變得更加真實可信。

5）貼圖烘焙 貼圖烘焙技術(shù) （Render To Texturs），簡單的說就是一種把3DSMAX光照信息渲染成貼圖的方式，而后把這個渲染后的貼圖再貼回到場景模型中去的技術(shù)［5］。烘焙工作將光照信息變成貼圖，不需要CPU再去費時的計算光照信息，只需計算普通的貼圖即可，所以渲染速度極快，筆者主要討論烘焙技術(shù)在漫游系統(tǒng)中的應(yīng)用。因為把3DSMAX中的模型導(dǎo)入到VR-Platform平臺中時，不能將光影信息直接帶入，需要把3DSMAX中物體的光影以貼圖的方式帶到VRP中，才能產(chǎn)生真實感 （見圖2）。

圖2 烘焙完成后模型效果圖

2．2 所需功能的實現(xiàn)

實現(xiàn)所需功能主要使用VRP三維互動仿真平臺，主要步驟有：

1）VRP場景處理 VRP場景處理時，首先對場景進行檢查、修正、修飾。①首先檢查場景是否有瑕疵。如果有，可在VRP或3DSMAX中處理。如出現(xiàn)模型與模型之間出現(xiàn)接縫，可在VRP縮放處理。如出現(xiàn)形體破損或者丟失，就需要在3DSMAX修正后重新導(dǎo)入。②加入系統(tǒng)附加對象，如植物（如樹、草等）、光效、霧效以及背景等。其中植物遍布小區(qū)的每個角落，對增加虛擬場景的真實性和生動性尤為重要。由于植物的數(shù)量比較多，為了降低數(shù)據(jù)量，近處的植物可用2個面十字交叉來模擬。遠處的植物可在制作時命名為 “bb-”類型的單面來表現(xiàn)，這種類型可圍繞相機轉(zhuǎn)動。光、霧等效果可根據(jù)項目要求選擇性加入。

2）制造導(dǎo)航圖 對于虛擬漫游場景，為了能讓操作者更明確的到達目的地，導(dǎo)航功能的實現(xiàn)顯得非常有意義。①根據(jù)平面圖紙和制作好的仿真場景，制作出樓盤導(dǎo)航圖片。②記錄下平面圖4個角在3DSMAX中的坐標，把坐標值輸入到VRP的導(dǎo)航模塊中，實現(xiàn)其導(dǎo)航效果。

3）界面設(shè)計 根據(jù)項目要求，設(shè)計出系統(tǒng)整體界面，如科技感風(fēng)格或清新自然風(fēng)格等，還有相應(yīng)的按鈕 （如指北針、動畫、行走、房屋指定位置等）。通過這種按鈕及系統(tǒng)菜單實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

4）可執(zhí)行程序的編譯 整個場景調(diào)整并設(shè)置好后，最后一步就是將該場景打包成可執(zhí)行EXE文件，EXE文件是可以直接進入程序的文件，不需要依賴于任何軟件，因此編譯后的文件便于在其他機器上演示。需要注意的是，在將VRP場景編譯成EXE文件之前，用戶需要將當(dāng)前場景進行一下存儲以便將與場景有關(guān)的所有的貼圖進行收集，防貼圖丟失。

利用VRP來制作出高真實感和實時的畫質(zhì)，利用3DSMAX中各種全局光渲染器生成光照貼圖，因而使得場景具有非常逼真的光影效果，也使得場景中的實物對象和概念對象非常真實［6］。運用各種高效優(yōu)化算法，提高大規(guī)模場景的組織與渲染效率。利用高效高精度碰撞檢測算法，正確處理碰撞約束情況。模擬豐富的特效，給實時場景增加生動元素。最終系統(tǒng)產(chǎn)生的效果圖如圖3所示。

圖3 室內(nèi)室外場景效果圖

3 結(jié) 語

三維數(shù)字樓盤漫游系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，首先它面向的是全世界的房地產(chǎn)銷售，其市場廣闊。另外掌握了這項技術(shù)可以開發(fā)校園全景漫游、工業(yè)園的全景漫游甚至城市漫游等系統(tǒng)，實用價值巨大，并且具有廣泛的開發(fā)前景，未來定將會成為房地產(chǎn)銷售的主流途徑。

［1］劉藻珍，魏華梁 ．系統(tǒng)仿真 ［M］．北京：北京理工大學(xué)出版社，1998．

［2］陳華斌，王彤 ．虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn) ［J］．西南交通大學(xué)學(xué)報，2001，36（1）：53-56．

［3］孫敏 ．交互設(shè)計中德行為研究與目標導(dǎo)向 ［D］．蘇州：蘇州大學(xué)，2007．

［4］李芳，肖紅，楊波，等 ．三維數(shù)字校園的設(shè)計與實現(xiàn) ［J］．系統(tǒng)仿真技術(shù)，2010（1）：71-75．

［5］蘇同向 ．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計中的應(yīng)用 ［D］．南京：南京林業(yè)大學(xué)，2006．

［6］張青，雷良育 ．面向視景仿真的虛擬校園實時交互和漫游系統(tǒng) ［J］．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（1）：87-88．