基于3D max的虚拟现实房屋布局模型建立过程的研究

钮冰姗，曹航程，王勤宏，刘思宇，宋雪锋

（河南师范大学，河南 新乡 453007）

基于3D max的虚拟现实房屋布局模型建立过程的研究

钮冰姗，曹航程，王勤宏，刘思宇，宋雪锋

（河南师范大学，河南 新乡 453007）

在现实生活中，随着房地产业的竞争加剧，传统意义上的表现图、沙盘、平面图等已经远远不能够满足现代消费者的需求，所以决策者应该把握当前的市场形势，将新技术运用到现实生活中。文章将3D max与虚拟现实结合起来，建立一种更加具有实用性并且简单易懂的三维房屋布局模型，并且利用迷宫算法来实现人在虚拟环境中的自由移动。

虚拟现实；3D max；房屋布局；迷宫算法

虚拟现实就是通过计算机技术，对现实或想象中的事物、环境以及运动进行三维景象和声音、味觉、感觉的实时模拟演示，与此同时，接受操作者的命令，实现特定目的，以此达到交互性的效果。虚拟现实有3种含义，首先它是利用计算机来生成逼真的听觉、触觉、视觉、嗅觉等，其次，用户可以通过人的手势和头部转动等肢体语言来实现与环境的交互，最后，这个交互过程需要通过一些传感设备和三维设备来完成。因此，将此技术应用于房屋布局中，能够达到最直观的交流效果，可以使客户在虚拟的现实系统中自由行走、任意观看，达到身临其境的效果。

1　虚拟现实房屋内部场景建模的过程

1.1 获取房屋内部结构图片

从有关建筑部门获取构建房屋的图纸资料，获得具体而精确的房屋内部家具摆设数据。获得数据后，运用AutoCAD得到物体的平面图，然后再将平面图按照比例做成贴图，以便建立后面的实体模型。

1.2 房屋布局三维模型实体的建立

1.2.1 房屋内部布局的家居陈设的建模

在真实的世界里，描述一个空间里的物体，无论它的形状如何，人们都可以将其放入一个三维的立体空间，运用三维坐标（x， y， z）将其每一点准确地描述出来。该图形在计算机上表现出的3个维度称为三维（3D），通常将显示在计算机屏幕上的图形称为三维模型。

1.2.2 移动的人的建模

在虚拟场景中，如果仅仅是使用贴图来代替人的话，会让人感觉非常不真实，所以为了达到一种身临其境的效果，人们必须拥有运动的能力。从而可以通过DOF（自由度）技术（它是一个节点，将该节点插入数据库后可以控制节点下几何体的运动，几何体以自己建立的坐标系为中心，绕着坐标轴运动。DOF可以通过缩放，旋转，平移来调整每一个坐标轴的自由度，通过往复运动从而达到动态的效果）来实现运动的目的，达到逼真的效果。

1.3 房屋内部虚拟场景环境的建立

三维模型实体可以通过一些建模工具3D max来建立家具的基本模型，然后通过同一种格式输出，再对实体的物理属性包括光学效果，实体表面的光滑程度等进行设置，然后再加入一些旋转、视点变换、移动和事件的响应等操作。至此，交互式的虚拟环境已经建立，然后需要通过一种比较常用的场景驱动工具Vega（Vega是一种能够将易用工具与先进的模拟功能相结合，并且可以对复杂的应用提供非常便捷的创建、编辑和驱动工具。所以Vega可以大幅度减少源代码开发时间，从而能够显著地提高工作者的效率）将上述的三维模型实体导入到特定的交互的3D环境中，操作者只需设置一下漫游条件，例如：光照强度，房屋内部家具的摆设，观察者的角度即可。

2 利用迷宫算法来实现人行走的最短路线的基本思想

这里将李氏的迷宫算法作为一种广度优先的搜索算法来确定人在房屋内自由行走的最短路径。李氏迷宫算法是在矩形网格中针对每个单元位置采用上下左右4个扩展方向进行障碍物绕行，从而找到出发点S和目的点T之间的最短路径。

2.1 人的路线判定基本步骤

假定人需要穿过某个障碍物，根据荐用路线搜索的实施方法，将障碍区分为若干个方向与人的预定路线的平行的搜索带，从中心的搜索带开始搜索并逐步依次向两边扩展，并逐步记录对路线的勘测状况。在完成荐用路线的搜索步骤后，将2条边界内的障碍物划出若干个方格从而组成长方阵，形成迷宫。

2.2 荐用路线判定的实现

设计迷宫算法，并绘制出迷宫两点之间的合理路径，其基本步骤是：

（1）定义二维数组存储迷宫数据，迷宫数据根据搜索得到的障碍物的边界、人行走时的安全路线的宽度B及其他碍行物在迷宫中设定位置。（2）在迷宫中设置某方格为出发点S，并作为程序运算的当前位置，再设置迷宫中某方格为目的点T，以0表示障碍物方格，1表示为迷宫中的通路方格，然后再定义1个以链表作存储结构的栈类型。（3）编写求解迷宫的递归程序，X为迷宫中的某一点；a为X的横坐标；b为X的纵坐标；c为步进到下一点的方向，然后将迷宫的各方格以三元组的形式输出：X（a，b，c）。其空间坐标轴的东南西北4个方向分别用1，2，3，4表示。从当前位置向某一方向步进，同时将原位置设为障碍物方格，然后判断它新的位置是否为目的点T，若是，则找到路径，搜索结束，直接跳至步骤（5）。否则，放置障碍物方格于新位置，以防再次绕回该位置。（4）检测相连单元是否存在障碍物方格，若不存在，则步进至该相邻位置，并将该相邻位置存入堆栈中，然后令该位置为当前位置，跳回至步骤（3），若存在障碍物方格，则选择其他方向的另一个相邻位置按照上述步骤继续搜索。如果当前所有相邻位置均被搜索过且都存在障碍物方格，则当前位置不能通往出口。从堆栈中弹出一个元素作为新的当前位置，以此位置的一个未被选择过的相邻方向继续搜索。（5）将堆栈中所有位置依次连成一条路径，即得到出发点S和目的点T最短路径。荐用路线判定过程中，可先将障碍区中人的预定路线起始位置的无障碍方格作为起始出发点S位置，而目的点T可从预定路线在障碍区中的终点位置无障碍方格开始设定。

3　结语

随着科学技术的发展，虚拟现实已经被应用于生活的方方面面，本文在利用虚拟现实构建房屋模型时，利用迷宫算法来实现人在虚拟房屋环境中的自由移动，希望该方法在应用于现实生活中时，可以使用户体验到在房屋里行动的真实感觉，也希望本设计对开发商在售楼时有一定的帮助。

［1］胡小强.虚拟现实技术［M］.北京：北京邮电大学出版社，2005.

［2］王绍棣，辛晨昀，王汝传，等.三维造型工具在VRML场景构造中的研究［M］.上海：工程图学图报，2001.

［3］陈之宁，周存宝，王安.属性权重不确知的区间直觉模糊群决策方法［J］.兵工自动化，2012（1）：33-36.

［4］胡圣武，潘正风.虚拟现实技术的应用及其需要解决的问题［J］.矿山测量，2004（1）：13-17.

［5］丘威，张立臣.基于X3D在线虚拟室内漫游系统的研究与应用［J］.计算机应用，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

钮冰姗（1996— ），女，河南安阳。

项目名称：河南师范大学2015年“大学生创新创业计划”校级立项项目；项目编号：20150013。