基于3D max的虛擬現(xiàn)實(shí)房屋布局模型建立過程的研究

鈕冰姍，曹航程，王勤宏，劉思宇，宋雪鋒

（河南師范大學(xué)，河南 新鄉(xiāng) 453007）

基于3D max的虛擬現(xiàn)實(shí)房屋布局模型建立過程的研究

鈕冰姍，曹航程，王勤宏，劉思宇，宋雪鋒

（河南師范大學(xué)，河南 新鄉(xiāng) 453007）

在現(xiàn)實(shí)生活中，隨著房地產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭加劇，傳統(tǒng)意義上的表現(xiàn)圖、沙盤、平面圖等已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足現(xiàn)代消費(fèi)者的需求，所以決策者應(yīng)該把握當(dāng)前的市場(chǎng)形勢(shì)，將新技術(shù)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中。文章將3D max與虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來，建立一種更加具有實(shí)用性并且簡單易懂的三維房屋布局模型，并且利用迷宮算法來實(shí)現(xiàn)人在虛擬環(huán)境中的自由移動(dòng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)；3D max；房屋布局；迷宮算法

虛擬現(xiàn)實(shí)就是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)或想象中的事物、環(huán)境以及運(yùn)動(dòng)進(jìn)行三維景象和聲音、味覺、感覺的實(shí)時(shí)模擬演示，與此同時(shí)，接受操作者的命令，實(shí)現(xiàn)特定目的，以此達(dá)到交互性的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)有3種含義，首先它是利用計(jì)算機(jī)來生成逼真的聽覺、觸覺、視覺、嗅覺等，其次，用戶可以通過人的手勢(shì)和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)等肢體語言來實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的交互，最后，這個(gè)交互過程需要通過一些傳感設(shè)備和三維設(shè)備來完成。因此，將此技術(shù)應(yīng)用于房屋布局中，能夠達(dá)到最直觀的交流效果，可以使客戶在虛擬的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中自由行走、任意觀看，達(dá)到身臨其境的效果。

1　虛擬現(xiàn)實(shí)房屋內(nèi)部場(chǎng)景建模的過程

1.1 獲取房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖片

從有關(guān)建筑部門獲取構(gòu)建房屋的圖紙資料，獲得具體而精確的房屋內(nèi)部家具擺設(shè)數(shù)據(jù)。獲得數(shù)據(jù)后，運(yùn)用AutoCAD得到物體的平面圖，然后再將平面圖按照比例做成貼圖，以便建立后面的實(shí)體模型。

1.2 房屋布局三維模型實(shí)體的建立

1.2.1 房屋內(nèi)部布局的家居陳設(shè)的建模

在真實(shí)的世界里，描述一個(gè)空間里的物體，無論它的形狀如何，人們都可以將其放入一個(gè)三維的立體空間，運(yùn)用三維坐標(biāo)（x， y， z）將其每一點(diǎn)準(zhǔn)確地描述出來。該圖形在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)出的3個(gè)維度稱為三維（3D），通常將顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上的圖形稱為三維模型。

1.2.2 移動(dòng)的人的建模

在虛擬場(chǎng)景中，如果僅僅是使用貼圖來代替人的話，會(huì)讓人感覺非常不真實(shí)，所以為了達(dá)到一種身臨其境的效果，人們必須擁有運(yùn)動(dòng)的能力。從而可以通過DOF（自由度）技術(shù)（它是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將該節(jié)點(diǎn)插入數(shù)據(jù)庫后可以控制節(jié)點(diǎn)下幾何體的運(yùn)動(dòng)，幾何體以自己建立的坐標(biāo)系為中心，繞著坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)。DOF可以通過縮放，旋轉(zhuǎn)，平移來調(diào)整每一個(gè)坐標(biāo)軸的自由度，通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到動(dòng)態(tài)的效果）來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的目的，達(dá)到逼真的效果。

1.3 房屋內(nèi)部虛擬場(chǎng)景環(huán)境的建立

三維模型實(shí)體可以通過一些建模工具3D max來建立家具的基本模型，然后通過同一種格式輸出，再對(duì)實(shí)體的物理屬性包括光學(xué)效果，實(shí)體表面的光滑程度等進(jìn)行設(shè)置，然后再加入一些旋轉(zhuǎn)、視點(diǎn)變換、移動(dòng)和事件的響應(yīng)等操作。至此，交互式的虛擬環(huán)境已經(jīng)建立，然后需要通過一種比較常用的場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)工具Vega（Vega是一種能夠?qū)⒁子霉ぞ吲c先進(jìn)的模擬功能相結(jié)合，并且可以對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用提供非常便捷的創(chuàng)建、編輯和驅(qū)動(dòng)工具。所以Vega可以大幅度減少源代碼開發(fā)時(shí)間，從而能夠顯著地提高工作者的效率）將上述的三維模型實(shí)體導(dǎo)入到特定的交互的3D環(huán)境中，操作者只需設(shè)置一下漫游條件，例如：光照強(qiáng)度，房屋內(nèi)部家具的擺設(shè)，觀察者的角度即可。

2 利用迷宮算法來實(shí)現(xiàn)人行走的最短路線的基本思想

這里將李氏的迷宮算法作為一種廣度優(yōu)先的搜索算法來確定人在房屋內(nèi)自由行走的最短路徑。李氏迷宮算法是在矩形網(wǎng)格中針對(duì)每個(gè)單元位置采用上下左右4個(gè)擴(kuò)展方向進(jìn)行障礙物繞行，從而找到出發(fā)點(diǎn)S和目的點(diǎn)T之間的最短路徑。

2.1 人的路線判定基本步驟

假定人需要穿過某個(gè)障礙物，根據(jù)薦用路線搜索的實(shí)施方法，將障礙區(qū)分為若干個(gè)方向與人的預(yù)定路線的平行的搜索帶，從中心的搜索帶開始搜索并逐步依次向兩邊擴(kuò)展，并逐步記錄對(duì)路線的勘測(cè)狀況。在完成薦用路線的搜索步驟后，將2條邊界內(nèi)的障礙物劃出若干個(gè)方格從而組成長方陣，形成迷宮。

2.2 薦用路線判定的實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)迷宮算法，并繪制出迷宮兩點(diǎn)之間的合理路徑，其基本步驟是：

（1）定義二維數(shù)組存儲(chǔ)迷宮數(shù)據(jù)，迷宮數(shù)據(jù)根據(jù)搜索得到的障礙物的邊界、人行走時(shí)的安全路線的寬度B及其他礙行物在迷宮中設(shè)定位置。（2）在迷宮中設(shè)置某方格為出發(fā)點(diǎn)S，并作為程序運(yùn)算的當(dāng)前位置，再設(shè)置迷宮中某方格為目的點(diǎn)T，以0表示障礙物方格，1表示為迷宮中的通路方格，然后再定義1個(gè)以鏈表作存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的棧類型。（3）編寫求解迷宮的遞歸程序，X為迷宮中的某一點(diǎn)；a為X的橫坐標(biāo)；b為X的縱坐標(biāo)；c為步進(jìn)到下一點(diǎn)的方向，然后將迷宮的各方格以三元組的形式輸出：X（a，b，c）。其空間坐標(biāo)軸的東南西北4個(gè)方向分別用1，2，3，4表示。從當(dāng)前位置向某一方向步進(jìn)，同時(shí)將原位置設(shè)為障礙物方格，然后判斷它新的位置是否為目的點(diǎn)T，若是，則找到路徑，搜索結(jié)束，直接跳至步驟（5）。否則，放置障礙物方格于新位置，以防再次繞回該位置。（4）檢測(cè)相連單元是否存在障礙物方格，若不存在，則步進(jìn)至該相鄰位置，并將該相鄰位置存入堆棧中，然后令該位置為當(dāng)前位置，跳回至步驟（3），若存在障礙物方格，則選擇其他方向的另一個(gè)相鄰位置按照上述步驟繼續(xù)搜索。如果當(dāng)前所有相鄰位置均被搜索過且都存在障礙物方格，則當(dāng)前位置不能通往出口。從堆棧中彈出一個(gè)元素作為新的當(dāng)前位置，以此位置的一個(gè)未被選擇過的相鄰方向繼續(xù)搜索。（5）將堆棧中所有位置依次連成一條路徑，即得到出發(fā)點(diǎn)S和目的點(diǎn)T最短路徑。薦用路線判定過程中，可先將障礙區(qū)中人的預(yù)定路線起始位置的無障礙方格作為起始出發(fā)點(diǎn)S位置，而目的點(diǎn)T可從預(yù)定路線在障礙區(qū)中的終點(diǎn)位置無障礙方格開始設(shè)定。

3　結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)被應(yīng)用于生活的方方面面，本文在利用虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)建房屋模型時(shí)，利用迷宮算法來實(shí)現(xiàn)人在虛擬房屋環(huán)境中的自由移動(dòng)，希望該方法在應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中時(shí)，可以使用戶體驗(yàn)到在房屋里行動(dòng)的真實(shí)感覺，也希望本設(shè)計(jì)對(duì)開發(fā)商在售樓時(shí)有一定的幫助。

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［5］丘威，張立臣.基于X3D在線虛擬室內(nèi)漫游系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005（8）：1930-1932.

Research on the Building Process of the Virtual Reality Housing Layout Model Based on 3D max

Niu Bingshan ， Cao Hangcheng， Wang Qinhong， Liu Siyu， Song Xuefeng （Henan Normal University， Xinxiang 453007， China）

In real life， with the increasing competition in the real estate industry， the traditional sense of the performance chart， sand table， floor plan can not meet the needs of modern consumers， so the decision maker should grasp the current market situation and apply new technology to the real life. This paper combined 3D max with virtual reality， established a model of three dimensional， which is more practical and easy to understand and Maze Algorithm was used to realize the free movement of people in virtual environment.

virtual reality； 3D max； housing layout； Maze Algorithm

鈕冰姍（1996— ），女，河南安陽。

項(xiàng)目名稱：河南師范大學(xué)2015年“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃”校級(jí)立項(xiàng)項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：20150013。