基于3D max的虛擬現實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，河南 新鄉 453007）

基于3D max的虛擬現實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，河南 新鄉 453007）

在現實生活中，隨著房地產業的競爭加劇，傳統意義上的表現圖、沙盤、平面圖等已經遠遠不能夠滿足現代消費者的需求，所以決策者應該把握當前的市場形勢，將新技術運用到現實生活中。文章將3D max與虛擬現實結合起來，建立一種更加具有實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現人在虛擬環境中的自由移動。

虛擬現實；3D max；房屋布局；迷宮算法

虛擬現實就是通過計算機技術，對現實或想象中的事物、環境以及運動進行三維景象和聲音、味覺、感覺的實時模擬演示，與此同時，接受操作者的命令，實現特定目的，以此達到交互性的效果。虛擬現實有3種含義，首先它是利用計算機來生成逼真的聽覺、觸覺、視覺、嗅覺等，其次，用戶可以通過人的手勢和頭部轉動等肢體語言來實現與環境的交互，最后，這個交互過程需要通過一些傳感設備和三維設備來完成。因此，將此技術應用于房屋布局中，能夠達到最直觀的交流效果，可以使客戶在虛擬的現實系統中自由行走、任意觀看，達到身臨其境的效果。

1　虛擬現實房屋內部場景建模的過程

1.1 獲取房屋內部結構圖片

從有關建筑部門獲取構建房屋的圖紙資料，獲得具體而精確的房屋內部家具擺設數據。獲得數據后，運用AutoCAD得到物體的平面圖，然后再將平面圖按照比例做成貼圖，以便建立后面的實體模型。

1.2 房屋布局三維模型實體的建立

1.2.1 房屋內部布局的家居陳設的建模

在真實的世界里，描述一個空間里的物體，無論它的形狀如何，人們都可以將其放入一個三維的立體空間，運用三維坐標（x， y， z）將其每一點準確地描述出來。該圖形在計算機上表現出的3個維度稱為三維（3D），通常將顯示在計算機屏幕上的圖形稱為三維模型。

1.2.2 移動的人的建模

在虛擬場景中，如果僅僅是使用貼圖來代替人的話，會讓人感覺非常不真實，所以為了達到一種身臨其境的效果，人們必須擁有運動的能力。從而可以通過DOF（自由度）技術（它是一個節點，將該節點插入數據庫后可以控制節點下幾何體的運動，幾何體以自己建立的坐標系為中心，繞著坐標軸運動。DOF可以通過縮放，旋轉，平移來調整每一個坐標軸的自由度，通過往復運動從而達到動態的效果）來實現運動的目的，達到逼真的效果。

1.3 房屋內部虛擬場景環境的建立

三維模型實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，再對實體的物理屬性包括光學效果，實體表面的光滑程度等進行設置，然后再加入一些旋轉、視點變換、移動和事件的響應等操作。至此，交互式的虛擬環境已經建立，然后需要通過一種比較常用的場景驅動工具Vega（Vega是一種能夠將易用工具與先進的模擬功能相結合，并且可以對復雜的應用提供非常便捷的創建、編輯和驅動工具。所以Vega可以大幅度減少源代碼開發時間，從而能夠顯著地提高工作者的效率）將上述的三維模型實體導入到特定的交互的3D環境中，操作者只需設置一下漫游條件，例如：光照強度，房屋內部家具的擺設，觀察者的角度即可。

2 利用迷宮算法來實現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先的搜索算法來確定人在房屋內自由行走的最短路徑。李氏迷宮算法是在矩形網格中針對每個單元位置采用上下左右4個擴展方向進行障礙物繞行，從而找到出發點S和目的點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障礙物，根據薦用路線搜索的實施方法，將障礙區分為若干個方向與人的預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展，并逐步記錄對路線的勘測狀況。在完成薦用路線的搜索步驟后，將2條邊界內的障礙物劃出若干個方格從而組成長方陣，形成迷宮。

2.2 薦用路線判定的實現

設計迷宮算法，并繪制出迷宮兩點之間的合理路徑，其基本步驟是：

（1）定義二維數組存儲迷宮數據，迷宮數據根據搜索得到的障礙物的邊界、人行走時的安全路線的寬度B及其他礙行物在迷宮中設定位置。（2）在迷宮中設置某方格為出發點S，并作為程序運算的當前位置，再設置迷宮中某方格為目的點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個以鏈表作存儲結構的棧類型。（3）編寫求解迷宮的遞歸程序，X為迷宮中的某一點；a為X的橫坐標；b為X的縱坐標；c為步進到下一點的方向，然后將迷宮的各方格以三元組的形式輸出：X（a，b，c）。其空間坐標軸的東南西北4個方向分別用1，2，3，4表示。從當前位置向某一方向步進，同時將原位置設為障礙物方格，然后判斷它新的位置是否為目的點T，若是，則找到路徑，搜索結束，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）檢測相連單元是否存在障礙物方格，若不存在，則步進至該相鄰位置，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相鄰位置按照上述步驟繼續搜索。如果當前所有相鄰位置均被搜索過且都存在障礙物方格，則當前位置不能通往出口。從堆棧中彈出一個元素作為新的當前位置，以此位置的一個未被選擇過的相鄰方向繼續搜索。（5）將堆棧中所有位置依次連成一條路徑，即得到出發點S和目的點T最短路徑。薦用路線判定過程中，可先將障礙區中人的預定路線起始位置的無障礙方格作為起始出發點S位置，而目的點T可從預定路線在障礙區中的終點位置無障礙方格開始設定。

3　結語

隨著科學技術的發展，虛擬現實已經被應用于生活的方方面面，本文在利用虛擬現實構建房屋模型時，利用迷宮算法來實現人在虛擬房屋環境中的自由移動，希望該方法在應用于現實生活中時，可以使用戶體驗到在房屋里行動的真實感覺，也希望本設計對開發商在售樓時有一定的幫助。

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［4］胡圣武，潘正風.虛擬現實技術的應用及其需要解決的問題［J］.礦山測量，2004（1）：13-17.

［5］丘威，張立臣.基于X3D在線虛擬室內漫游系統的研究與應用［J］.計算機應用，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。

項目名稱：河南師范大學2015年“大學生創新創業計劃”校級立項項目；項目編號：20150013。