三維虛擬建筑空間體驗系統設計

羅晶 鄧詩隆

關鍵詞： 三維虛擬技術; 建筑空間; 用戶體驗; B/S結構; 動態交互; 3ds MAX

中圖分類號： TN911.73?34; TU?859 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2018）24?0137?04

Design of 3D virtual building space experience system

LUO Jing1， DENG Shilong2

（1. School of Design， Jiangnan University， Wuxi 214122， China; 2. Shanghai Tuozhen Architectural Design Co.， Ltd.， Shanghai 200120， China）

Abstract： Since the 3D virtual building space experience system based on the VRML can only realize static experience without dynamic interaction experience involved， and has poor user experience performance， a new 3D virtual building space experience system is designed. The B/S structure is used to divide the 3D virtual building space experience system into the customer layer， logic layer and data layer. The 3ds MAX 3D virtual modeling program and Photoshop software are used to construct the 3D model of building space on the basis of the 2D map. The X3D and 3D modeling program are used to conduct the modeling for elements of map， building， traffic and vegetation in the 3D virtual building space model. In the system， the framework and web tools of the Dreamweaver software are used to realize the static 3D virtual building space experience. The 3D virtual building space model is imported into the simulation software. After operations such as material and light settings for the model， the set model is imported into the VR?Platform software to set the model running window by using the plug?in， so as to realize the interactive 3D virtual building space experience. The experimental results show that the designed 3D virtual building space experience system has strong sense of reality and interaction performance， and high user experience performance.

Keywords： 3D virtual technology; building space; user experience; B/S structure; dynamic interaction; 3ds MAX

運用三維虛擬技術，能夠令用戶直觀、具體地體驗建筑空間仿真設計效果，直接感受建筑空間中各種建筑形態、周圍環境、風景、裝修風格、顏色等各個方面的建筑空間環境;也使用戶進一步了解三維虛擬技術在建筑空間設計方面的運用，帶動整個建筑行業科技水平的提升，并且使三維虛擬技術得到更廣泛的應用。傳統三維虛擬建筑空間體驗系統僅能實現靜態體驗，在三維虛擬建筑空間體驗上缺乏真實感、交互性差，用戶體驗性差。因此，本文設計新的三維虛擬建筑空間體驗系統，提高三維虛擬建筑空間體驗的真實性以及交互性，增強用戶體驗性能。

1 ?三維虛擬建筑空間體驗系統設計

1.1 ?系統架構

本文通過B/S結構設計三維虛擬建筑空間體驗系統，其由客戶層、邏輯層、數據層構成。數據層內主要由儲存X3D文件、XML DB以及建筑空間信息數據庫構成。邏輯層內包含Web服務器與應用服務器。Web服務器用于收集瀏覽器發送的HTTP請求同時發送給應用服務器，應用服務器把Web服務器發來的HTTP請求轉化為數據庫辨識語句，并發送給數據庫請求查詢[1]。客戶層用戶直接從瀏覽器將請求發送給服務器（Web服務器、應用服務器），請求下載三維虛擬建筑空間場景文件，通過瀏覽器內的BS Contact插件將三維虛擬空間展示出來[2]。客戶層人機交流主要利用JavaScript的API讀取X3D文件，進而實現用戶三維虛擬建筑空間交互體驗[3]。

1.2 ?三維虛擬建筑空間建模

圖1是三維虛擬建筑空間的建模路線圖。三維虛擬建筑空間建模的位置數據是通過二維地圖當作底圖來展現的。運用3ds MAX三維虛擬建模程序構造建筑空間三維模型，完成三維虛擬建筑空間的三維搭建。三維虛擬建筑空間模型數據要與其屬性信息相符合并且要加入紋理，紋理能夠直觀表現出實體以及環境的外在特點，通過Photoshop等軟件操作后導進三維虛擬建筑空間模型[4]。建筑空間三維模型經過可視化操作把形態和色彩整合為一體，以數字地形為基礎，全部模型構建在其上，依據其位置、角度、比例構建出完整的三維虛擬建筑空間模型[5]。

1.3 ?三維虛擬建筑空間模型中元素的建模

1.3.1 ?地圖建模

地圖建模方式共有三種：基于離散點建模、基于三角網建模、基于等高線建模。基于離散點建模運用離散點三維建模通過X3D將坐標信息轉換成數字地圖[6]。但該方法存在精度低、復雜度高的缺點。基于三角網建模是把所有地區建模成一連串相連的多形態三角形[7]。基于等高線建模則利用3ds MAX三維建模軟件內的地形工具將等高線直接轉換為三維模型，具有準確度高、操作簡單等優點[8]。因此，本文采取基于等高線建模方法，對數字地圖進行建模。

1.3.2 ?建筑物以及交通建模

建筑物建模過程包含三部分：遠處建筑的模型構造運用貼圖紋理方法，把建筑轉換成對象屬性值;數字區域建筑物采用外景體建模;室內場景的建筑物通過精細模型構造[9]。交通建模依照已經構建完成的數字地圖和道路橫縱坐標信息，包含道路、人行道、道旁柵欄三部分展開建模。道路部分因為形態簡單，能夠運用幾何圖形進行構建。

1.3.3 ?植被建模

植物建模主要有規則幾何圖形建模和三維構造建模兩種方式。前者通過幾何圖形表達植物形狀和大小，再采用紋理進行具體化表達，只適用于簡單植被，不適合復雜度高的植被;基于三維構造的植被建模能夠更清晰地表達繁雜的植被類別和形態。因此本文利用三維構造方式進行植被建模。

1.4 ?系統靜態三維虛擬建筑空間體驗實現

靜態圖像三維虛擬體驗系統是通過Dreamweaver軟件實現的，通過軟件內的框架網頁工具，把瀏覽器頁面劃分為多個小頁面窗口，實現多個窗口展示多個Web頁面，而且可以單獨預覽。框架是現在網頁制作的通用工具，框架網頁現在也應用廣泛，它可以通過點擊網頁中的小圖片，實現多角度觀看視圖的效果[10]，還可以通過框架內的空間布置元素按鍵連接多個網頁頁面，實現三維虛擬建筑空間的靜態體驗。

1.5 ?系統交互式三維虛擬建筑空間體驗實現

將設置好的模型導入到VR?Platform軟件中，運用該軟件對模型運行窗口進行設置，選取原始視圖，設定運行頁面大小、像素、比列，用戶通過本文系統觀看交互式三維虛擬建筑空間體驗效果如圖2所示。

2 ?實驗分析

2.1 ?成果分析與實例

圖3為用戶反饋的三維虛擬建筑空間體驗效果圖。圖像呈現速度高達一百萬點/幀;對常規圖像進行計算時無卡頓感，三角面達到[114];本文系統能夠滿足用戶的需求，在操作體驗上達到了較高的水平。

2.2 ?三維虛擬建筑空間體驗系統應用

實驗以斗拱為例展示本文系統的應用過程。

1） 構建模型。根據斗拱組成部件進行分類，模型可以整體構建，相應信息錄入到數據庫中，完成建模。

2） 數據整理。構建完模型后，整理斗拱的相關人文信息如圖4所示。

3） 模型發布。將完善好的模型發布到系統，斗拱的三維虛擬建筑空間交互展示效果如圖5所示。

2.3 ?性能分析

實驗在某城市中心隨機選擇100位市民，分成10組，采用本文系統、基于VRML的體驗系統以及基于感知的體驗系統，對設計的城市中心某建筑三維虛擬建筑空間的體驗情況進行評分，獲取的評分結果見表1～表3。

由表1～表3可以看出，本文系統的建筑空間用戶體驗各項評分均值都在90分以上，而其他兩種三維虛擬建筑空間體驗系統的各項評分均值都在85分左右，這充分說明了本文系統在用戶體驗上優于其他兩種傳統系統，驗證了本文系統具有真實感強、交互性強等優點，具備良好的用戶體驗性能。

3 ?結 ?論

本文為了解決基于VRML的三維虛擬建筑空間體驗系統無法進行動態交互體驗的缺陷，設計三維虛擬建筑空間體驗系統，其實現了建筑空間的靜態體驗以及動態交互式體驗，具有較好的真實性及交互性。

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