基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统。步骤如下：1）建立CAD房型设计图；2）根据CAD房型设计图制作三维场景；3）装饰三维场景，在三维场景中添加墙纸、地板、家具；4）导出场景，并生成光照贴图；5）在开发工具中载入场景，添加场景的光照贴图，确保所有的模型光照贴图正常；6）实现场景三维漫游功能，为场景添加虚拟摄像机，视点可以在室内自由移动；实现墙纸替换功能，添加墙纸的贴图替换功能，用户可以自由选择新的墙纸替换现在的墙纸；实现模型新增、删除、移动功能，添加模型新增以及删除功能，同时添加对模型旋转和移动的支持功能。用户可以在虚拟室内自由的漫游，更换装修风格，调整装修材料，看到逼真的装修效果。
【专利说明】基于移动设备的三维虚拟室内展示系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种三维虚拟室内展示技术，特别涉及到一种互动式三维展示系统。
【背景技术】
[0002]随着全球信息化的发展和进步，数字技术的应用日益普及，数字化、信息化逐渐渗透到各个领域，使用信息技术实现家居生活的自动化和便利化已经成为现代生活的主题。目前，国内的购房用户，在户型选择时，必须亲自到楼盘，依靠感觉做出判断和选择，无法直观地看到和其它户型的差别，通常，用户要看完一家又跑到另一家去对比和挑选，不仅耗时和费力，而且不一定能找到合适的户型。因此，基于户型展示的解决方案越来越受到房地产商和消费者的青睐。目前，现有户型展示和装修效果展示通常采用效果图或三维实时渲染的方式实现。
[0003]采用效果图的方式展示户型，需要厂家根据实际的户型，使用信息化技术制作逼真的效果图，然后放置在展示厅，供消费者观看。采用效果图的方式，一方面，消费者必须亲自到现场观看，大大限制了用户数量；另外，消费者只能观看，不能自由的切换视角，也不能和户型交互，无法给消费者造成身临其境的感知，也不能及时的改变户型中的某个家具或墙纸；再有，效果图的制作成本比较大，并且不可复用，每当设计或施工发生变更，都必须重新制作效果图，费时费力，大大增加了展示成本。采用实时渲染的方式展示户型，消费者只需要下载展示软件，就可以查看所有的户型效果，一定程度上可以解决上述问题。但是，普通的移动设备由于硬件限制，无法实时进行光照信息计算；另外，基于实时渲染的户型展示系统，其展示效果真实感不足，和效果图的方式相比，展示效果差别太大。
【发明内容】
[0004]为了解决以上的问题，本发明提出了一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统。本发明基于移动设备的三维展示系统可采用跨平台综合游戏开发工具Unity3d实现。
[0005]一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统，步骤如下:
1)建立CAD房型设计图；
2)根据CAD房型设计图制作三维场景；
3)装饰三维场景，在三维场景中添加墙纸、地板、家具；
4)导出场景，并生成光照贴图；
5)在开发工具中载入场景，添加场景的光照贴图，确保所有的模型光照贴图正常；
6)实现场景三维漫游功能，为场景添加虚拟摄像机，在室内自由移动；
实现墙纸替换功能，添加墙纸的贴图替换功能，可以自由选择新的墙纸替换现在的墙
纸；
实现模型新增、删除、移动功能，添加模型新增以及删除功能，同时添加对模型旋转和移动的支持功能。[0006]所述的步骤I)中，利用CAD设计房型图数据库，标记家具模型。
[0007]所述的步骤2)中，制作3dsMax户型场景；所述的步骤3)中，添加墙纸、地板、家具。
[0008]所述的步骤4)中，三维场景中烘培设置和生成光照贴图，以及导出FBX格式的场景；所述的步骤5)中，在Unity3d中导入3dsMax生成的FBX格式的场景,并对场景中墙纸、地板和家具分别添加光照贴图。
[0009]所述的步骤6)中，在Unity3d中分别实现固定视角和自由视角的漫游模块，在Unity3d中实现鼠标前进、后退、左转、右转、仰视、俯视控制模块，所述的漫游模块支持控制模块。
[0010]所述的步骤6)中，实现墙纸替换功能具体如下:在Unity3d中实现墙纸管理、墙纸选择和替换功能。
[0011]所述的步骤6)中，在Unity3d中实现家具模型管理、新增和删除功能，并添加家具模型的选择、旋转和移动功能。
[0012]所述的移动设备为iPad。
[0013]本发明的三维虚拟室内展示系统利用3D技术，对户型进行建模，生成场景的光照贴图，并在Unity3d中建立虚拟的展示场景，用户可以在其中自由的漫游，更换装修风格，调整装修材料等。基于光照贴图的室内展示系统，克服了移动设备计算能力有限的瓶颈，使用户随时随地都能够看到逼真的装修效果，并且支持场景的交互操作，极大地方便了房地产商和客户。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的流程图；
图2是一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的结构图；
图3是一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的用例图；
图4是一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的类图；
图5A是家具模型添加前效果示意图；
图5B是家具模型添加后效果示意图；
图6A是墙纸替换前效果示意图；
图6B是墙纸替换后效果示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图通过【具体实施方式】进一步说明发明的技术方案。
[0016]附图1是基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的开发流程图，由图可知，本发明三维虚拟室内展示系统采用计算机辅助设计软件AutoCAD和三维设计软件3dsMax设计户型场景，然后使用3D渲染引擎Mental Ray生成场景的光照贴图，最后使用户型场景和光照贴图等信息，在跨平台综合游戏开发工具Unity3D中建立三维场景，并完成三维漫游、模型交互和材质替换等功能。
[0017]附图2是基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的结构图，由图可知，系统分为三个部分，模型信息、场景显示和场景控制，模型信息包括模型文件和烘培贴图，它们共同确定了场景视图显示内容。用户操作场景视图，如移动模型等，系统触发相应的场景控制方法，重新设置模型以及模型阴影的角度和位置。
[0018]附图3基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的用例图，按照系统各模块的功能特征，把系统的所有功能分成以用户为中心的客户端部分和以管理员为中心的数据端部分。客户端中，系统用户与场景漫游、模型选择、模型添加、墙体地板选择四个用例直接通信，其中模型选择扩展了平移、旋转、删除功能，墙体地板选择扩展了墙体地板的替换功能。软件的服务端，实质上是一个数据准备的过程，包含房型绘制、场景建模和贴图烘培，房型图在专业的辅助设计软件AutoCAD上完成，然后在3dsMax下打开房型图，完成房型绘制，进行场景建摸，并设置烘培方式和效果，生成的烘培贴图和模型文件就是客户端的数据源。
[0019]附图4是基于移动设备的三维虚拟室内展示系统的类图。根据三维展示系统的用例图，可知软件的客户端包含场景管理、场景漫游、新模型添加、场景拾取、模型操作、墙纸地板操作等六种对象。其中，场景管理是最核心的部分，包含了场景中所有的数据，它依赖于新模型的添加。场景拾取和漫游都需要场景管理中的模型、贴图数据，场景漫游效果还依赖于预渲染的设置，比如地板的镜面反射效果和窗户的透明效果等，因此添加了预渲染类。为了统一管理场景的交互操作，把模型和墙纸地板的操作封装在了场景交互类中，它一方面依赖于场景管理类中的数据，另一方面，场景的改变也会更新场景管理对象。在实际实现过程中，由于展示系统客户端部分是基于成熟的游戏引擎Unity3D完成，开发者只需要写shader和控制脚本即可完成功能，不需要专门去写渲染的代码，所以类图中只选择了开发中涉及到的一些类和方法，比如场景漫游效果依赖于预渲染类中镜面反射shader和阴影shader的设置等。
[0020]本发明基于移动设备的三维虚拟室内展示系统中，采用了移动视点的方式实现场景漫游。一般情况下，实现第一人称视角漫游有两种方法:一种是移动场景，一种是移动视点。移动场景方法比较简单，配合使用移动和旋转方法即可，但这种方法只适合于在简单场景和单角色的情况下使用，移动眼坐标的方法相对灵活了很多，并且不会改变场景中任何对象的状态。
[0021]本发明基于移动设备的三维虚拟室内展示系统中，在三维漫游功能中，按照z坐标轴向上的左手坐标系统实现常见的视点变换操作，其中z值代表相对房型地板的高度，在常见的六种操作中，Z值都保持不变。响应左转、右转操作时，相当于视点绕Z轴逆、顺时针旋转一定角度，响应前进、后退操作时，相当于把视点沿着视线方向、反方向移动一段距离，响应仰视、俯视操作时，相当于把视点和Xy平面的夹角变大、变小。基于这些响应分析，可以通过空间向量分解运算，计算出移动后的视点坐标和参考点坐标。
[0022]本发明基于移动设备的三维虚拟室内展示系统中，为了支持场景交互，使用Mental Ray烘培场景时，把房间和家具分成独立的部分生成光照贴图，即墙体和家具分别生成光照贴图，并单独生成家具和地板间的阴影贴图。移动或旋转场景中的某个模型时，同时移动或旋转其阴影。当场景中添加一个模型或替换某个墙纸时，系统自动选择对应的光照贴图和阴影贴图，家具模型添加前和添加后效果示意图如图5A和5B所示，墙纸替换前和替换后效果示意图如图6A和6B所示。
[0023]本发明基于移动设备的三维虚拟室内展示系统中，为了增强场景的真实感，户型中的地板设置了镜面反射功能，即从视点相对于地板的对称位置，观看整个场景，然后把看到的效果添加到地板上。
[0024] 本发明基于移动设备的三维虚拟室内展示系统中通过利用3D技术，用户可以在三维场景中自由的漫游，更换装修风格，调整装修材料等。同时，基于光照贴图的室内展示系统，克服了移动设备计算能力有限的瓶颈，使用户随时随地都能够看到逼真的装修效果，并且支持场景的交互操作，极大地方便了房地产商和客户。
【权利要求】
1.一种基于移动设备的三维虚拟室内展示系统，其特征在于，步骤如下: 1)建立CAD房型设计图； 2)根据CAD房型设计图制作三维场景； 3)装饰三维场景，在三维场景中添加墙纸、地板、家具； 4)导出场景，并生成光照贴图； 5)在开发工具中载入场景，添加场景的光照贴图，确保所有的模型光照贴图正常； 6)实现场景三维漫游功能，为场景添加虚拟摄像机，视点可以在室内自由移动； 实现墙纸替换功能，添加墙纸的贴图替换功能，用户可以自由选择新的墙纸替换现在的墙纸； 实现模型新增、删除、移动功能，添加模型新增以及删除功能，同时添加对模型旋转和移动的支持功能。
2.根据权利要求1所述的虚拟室内展示系统，其特征在于，所述的步骤I)中，利用CAD设计房型图数据库，标记家具模型。
3.根据权利要求1所述的虚拟室内展示系统，其特征在于，所述的步骤2)中，制作3dsMax户型场景；所述的步骤3)中，添加墙纸、地板、家具。
4.根据权利要求1所述的虚拟展示系统，其特征在于，所述的步骤4)中，三维场景中烘培设置和生成光照贴图，以及导出FBX格式的场景；所述的步骤5)中，在Unity3d中导入3dsMax生成的FBX格式的场景，并对场景中墙纸、地板和家具分别添加光照贴图。
5.根据权利要求4所述的虚拟展示系统，其特征在于，所述的步骤6)中，在Unity3d中分别实现固定视角和自由视角的漫游模块，在Unity3d中实现鼠标前进、后退、左转、右转、仰视、俯视控制模块，所述的漫游模块支持控制模块。
6.根据权利要求4所述的虚拟展示系统，其特征在于，所述的步骤6)中，实现墙纸替换功能具体如下:在Unity3d中实现墙纸管理、墙纸选择和替换功能。
7.根据权利要求4所述的虚拟展示系统，其特征在于，所述的步骤6)中，在Unity3d中实现家具模型管理、新增和删除功能，并添加家具模型的选择、旋转和移动功能。
8.根据权利要求1所述的虚拟展示系统，其特征在于，所述的移动设备为iPad。
【文档编号】G06T13/20GK103886631SQ201410059538
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】张明敏, 王书文, 潘志庚 申请人:浙江大学