基于交互式三維動態(tài)視景的虛擬現(xiàn)實模型技術(shù)

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(jù)《中國VR用戶行為研究報告》（以下簡稱《報告》）顯示，國內(nèi)15-39歲人群中，VR潛在用戶數(shù)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(nèi)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(chǎn)品特點及意義

現(xiàn)如今，互聯(lián)網(wǎng)家裝已經(jīng)成為傳統(tǒng)行業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)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。互聯(lián)網(wǎng)家裝是電子科技技術(shù)和傳統(tǒng)行業(yè)的結(jié)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(jīng)開始開拓市場，這些大型公司已經(jīng)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(shù)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(shù)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(shù)，設計師可以大大的提高自己生產(chǎn)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(chǎn)品主要功能

此產(chǎn)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(chǎn)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(jù)開發(fā)商提供的建筑物或建筑群圖紙，構(gòu)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(nèi)隨意走動時，進行與建筑物外觀有關的產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)編輯工具采用的是和Maya，Darktree一樣的“材質(zhì)節(jié)點編輯”方式，可以對材質(zhì)中的色彩，alpha通道進行自由的調(diào)節(jié)，可以使得我們可以通過利用多個簡單的材質(zhì)類型融合出一個復雜漂亮的高級材質(zhì)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。基于以上特點，我們的產(chǎn)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(shù)路線

（1）信息的采集與收集。數(shù)據(jù)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(jù)建筑圖紙的各項數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)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(gòu)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(jù)在第一階段收集到的各項數(shù)據(jù)進行三維模型的構(gòu)建，利用3dsMax等軟件，畫出可以在虛幻引擎中用的素材。

（4）根據(jù)各素材在虛幻引擎中的呈現(xiàn)效果，同時根據(jù)收集到的參數(shù)，再次在3dsMax中進行模型和素材的參數(shù)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(shù)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(diào)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(jié)論

該實驗目的為以建筑為內(nèi)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(nèi)容的呈現(xiàn)，建筑模型以及場景的重構(gòu)。

參考文獻

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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