【論文關(guān)鍵詞】三維空間;房屋模型;水電裝修布線設(shè)計(jì)

 
【論文摘要】室內(nèi)設(shè)計(jì)發(fā)展至今,早已突破了原有學(xué)科本位思想的束縛,把生態(tài)設(shè)計(jì)引入室內(nèi)設(shè)計(jì),擴(kuò)展室內(nèi)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵,將把室內(nèi)設(shè)計(jì)推向更高的層次和境界。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的飛速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文圍繞面向?qū)ο蟮男滦腿S實(shí)體造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的問(wèn)題進(jìn)行研究和探討,旨在為建立環(huán)保、廉價(jià)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用住房。
 
一、引言
 
當(dāng)今社會(huì)隨著人民生活水平的提高,購(gòu)房后一次裝修和舊房子再次裝修非常頻繁。現(xiàn)在裝修房屋,尤其是在二手房重新裝修中裝修師傅往往面臨著因?yàn)闆](méi)有水電裝修布線圖紙,對(duì)原來(lái)的水管布置,電路走線不清楚的問(wèn)題,導(dǎo)致裝修時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)水管或電線損傷,給裝修帶來(lái)不必要的麻煩。所以為施工單位提供準(zhǔn)確可靠的水電裝修布線信息,已成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
 
二、新型室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究的背景、目的和意義
 
國(guó)內(nèi)也有一些公司致力于水電布線管理或施工軟件的開(kāi)發(fā),但大多數(shù)系統(tǒng)是2D或者2.5D的[1]。墻壁的水電布線縱橫交錯(cuò),用平面來(lái)表示并不充分,無(wú)法體現(xiàn)房屋布線后的三維整體狀態(tài),沒(méi)有直觀的效果。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)施工常用的布線設(shè)計(jì)以平面布線圖處理為主,接近工程設(shè)計(jì)人員的實(shí)際,有很好的應(yīng)用價(jià)值,但是開(kāi)發(fā)者不是從房屋用戶角度出發(fā)的,房屋用戶對(duì)圖紙理解困難,安裝起來(lái)比較麻煩,而且不是三維的,無(wú)法給人一個(gè)房屋三維布線的立體感受,而且安裝工程中經(jīng)常出現(xiàn)二維設(shè)計(jì)不直觀、設(shè)計(jì)圖紙不協(xié)調(diào)、施工圖設(shè)計(jì)階段圖紙綜合會(huì)審困難等問(wèn)題。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality),Delphi面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù),將隱藏的水電布線清晰、直觀地從三維角度呈現(xiàn)在用戶面前,并將裝修時(shí)的水電布線圖紙保留下來(lái),每次裝修的時(shí)候可以打開(kāi)、編輯、存儲(chǔ)。具備這樣功能的軟件,不僅適合裝修公司使用,還適合施工人員和屋主來(lái)使用,為他們提供很大的方便,有著極大的市場(chǎng)潛力。
 
施工人員在裝修初期,建立房屋三維模型,選取具體施工的各個(gè)墻面,把水電安裝圖紙輸入電腦,并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。再次裝修時(shí),相關(guān)人員可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出圖紙,以房屋三維的狀態(tài)顯示,做到水管的布置及電路的走線一目了然,然后根據(jù)本次裝修的具體情況,調(diào)出所需墻面,修改和編輯相對(duì)應(yīng)的原施工圖紙,并再次保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣不僅能幫助施工人員合理的安排好水管和電路的走向,還可以為再裝修留下可供參考的依據(jù),再次裝修時(shí)房屋的水電分布心中有數(shù)。
 
三、房屋裝修水電布線的模型化與可視化
 
房屋是裝修時(shí)水電布線的幾何對(duì)象,同時(shí)也是建筑物的基礎(chǔ)。由房屋模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以知道,對(duì)于復(fù)雜的房屋,其實(shí)也是由許多簡(jiǎn)單的部分組成的,每一部分都占據(jù)一定大小的空間范圍,而且房屋的每一個(gè)面都可能具有不同的顏色或紋理的屬性特征。其次,在大多數(shù)情況下,房屋模型是一個(gè)個(gè)的單體狀態(tài)存在的,例如一間房間是由幾個(gè)墻面和一個(gè)屋頂組成。因此,簡(jiǎn)化房屋模型在三維繪制時(shí)可以減少幾何數(shù)據(jù)的容量提高三維顯示速度。房屋模型場(chǎng)景樹(shù)結(jié)構(gòu)的建立根據(jù)三維目標(biāo)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),可以分解為屋頂、墻面以及各個(gè)面的紋理數(shù)據(jù)。
 
房屋的可視化主要由房屋側(cè)面的可視化和復(fù)雜的房屋頂面的可視化構(gòu)成。房屋側(cè)面主要是由一個(gè)個(gè)四邊形構(gòu)成,可以用三角形組成的面片來(lái)表達(dá)。而對(duì)于房屋的頂面,一般是個(gè)復(fù)雜的多邊形結(jié)構(gòu),同時(shí)考慮到三角形是最基本的圖形,適合圖形的顯示,所以對(duì)房屋屋頂?shù)亩噙呅畏指顬槿切芜M(jìn)行可視化,對(duì)于復(fù)雜房屋屋頂需要設(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)[2]。
 
對(duì)于建筑物和構(gòu)筑物幾何對(duì)象的模型建立的方法,國(guó)內(nèi)外對(duì)此有廣泛的研究,主要的研究重點(diǎn)是建筑物模型的自動(dòng)或半自動(dòng)的三維重建[3],研究的主要內(nèi)容是建筑物屋頂模型的自動(dòng)提取與三維重建。這些研究主要重點(diǎn)都是集中在單個(gè)房屋模型的立體重建,對(duì)于三維模型的編輯與交互操作方面的研究存在一定的欠缺,如:模型的形狀改變、分析功能的開(kāi)發(fā)等。
 
房屋表面幾何對(duì)象經(jīng)過(guò)模型化后,以數(shù)字的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中,只有將其模型進(jìn)行可視化,才能看到虛擬的房屋。必須采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識(shí),通過(guò)一定的算法,將房屋各模型通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出來(lái),同時(shí),通過(guò)有效的數(shù)據(jù)處理、LOD算法、多分辨率的圖像處理和逼真的紋理貼圖,來(lái)優(yōu)化房屋三維模型系統(tǒng)[4]。四、室內(nèi)水電裝修布線的綜合布線系統(tǒng)
 
水電改造屬于裝修的隱蔽工程,也是裝修的前奏工程。因此,在裝修過(guò)程一定要考慮周全。具體在施工過(guò)程中也需嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān),以免留下遺憾。水電安裝的綜合布線系統(tǒng)是指將水線、電器等設(shè)備進(jìn)行集中控制的電子系統(tǒng)。電路布線中,布線時(shí)線管盡量一根使用不要接頭,除特殊需要才截?cái)啵ū热玳L(zhǎng)度小于2.8米),有底盒之間也是需要截?cái)嗟。另外從使用安全上講布線時(shí)線管內(nèi)是一條線到底的,中間不能有接頭,一般照明和一般插座2.5m㎡就夠了,廚房電器和空調(diào)插座必須4mm2(以上均為強(qiáng)電)。水路布線改造完后必須打壓測(cè)試,通過(guò)打壓測(cè)試后方可封槽進(jìn)行下一工序。具體到水電布線三維模型圖上,首先考慮水電布線圖映射模型:
 
將水電布線圖映射到房屋三維模型上,用的是貼圖的方法。在房屋幾何對(duì)象模型表面逐個(gè)面進(jìn)行水電線路繪制時(shí),在二維編輯器上先做好圖像,然后進(jìn)行貼圖,不僅可以節(jié)省繪制時(shí)間,同時(shí)可以增加模型的逼真性和現(xiàn)實(shí)性。貼圖是一個(gè)平面區(qū)域與指定的顏色或圖像區(qū)域之間的映射ξ:C→R。因此,平面區(qū)域上每一個(gè)點(diǎn)都有自己的顏色值。由于貼圖只是離散的圖像表示,它只是記錄了一個(gè)顏色矩陣。因而為了取得正確的結(jié)果,必須建立顏色空間與幾何對(duì)象模型空間的正確的映射關(guān)系。
 
一般情況下通過(guò)仿射變換的方法建立二維的紋理數(shù)據(jù)(像素空間)與三維的物體空間(三維物方坐標(biāo)系)之間的映射關(guān)系。對(duì)于三角形或四邊形只需要指定三個(gè)點(diǎn)之間的((u)v),即可根據(jù)上述公式進(jìn)行求解,從而得出矩陣中的各個(gè)系數(shù)的數(shù)值大小。
 
對(duì)于屬性數(shù)據(jù)的管理,在數(shù)字表面房屋三維模型中,可以把屬性數(shù)據(jù)分為貼圖數(shù)據(jù)和幾何模型的語(yǔ)意描述數(shù)據(jù)兩大類(lèi)型。對(duì)于前一類(lèi)數(shù)據(jù)使用屬性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理,至于屬性數(shù)據(jù)的查詢(xún)與更新通過(guò)對(duì)象的標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。因?yàn)閹缀文P椭忻嫫膶傩灾斜4媪速N圖的名稱(chēng),因此在三維顯示時(shí),能夠保證正確的貼圖映射結(jié)果。在三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,貼圖是其最為成功的技術(shù)之一,其是通過(guò)將圖像粘貼于幾何表面來(lái)增強(qiáng)圖形的真實(shí)感,既能增加繪制真實(shí)感又不影響幾何圖形本身的幾何復(fù)雜度。
 
五、三維模型在實(shí)體設(shè)計(jì)中的理論意義和環(huán)保效應(yīng)
 
房屋模型是三維的,而各個(gè)面上水電布線則在二維平面上進(jìn)行,并將水電布線圖粘貼到房屋三維模型對(duì)應(yīng)的面上,所以,系統(tǒng)必須解決人機(jī)交互和墻面拾取的問(wèn)題。
 
但是房屋室內(nèi)水電布線三維可視化的理論和應(yīng)用的研究目前還處于研究與探索階段,一些實(shí)際的問(wèn)題還需要解決,將三維建模和圖形圖像處理較好地結(jié)合在一起,使水電布線在三維表現(xiàn)上得到較好的體現(xiàn),而且對(duì)于單面墻的布線也能很好地調(diào)用、編輯、修改與存儲(chǔ),解決了三維建模和二維圖片在三維物體上拾取、貼圖、存儲(chǔ)的問(wèn)題。
 
另外,作為環(huán)境的創(chuàng)造者的室內(nèi)設(shè)計(jì)師,應(yīng)在具體設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)環(huán)保,水電布線應(yīng)充分考慮環(huán)保節(jié)能,其實(shí)是一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體:光、色、水讓人們能綜合地感受室內(nèi)環(huán)境,光照下界面和家具等是色彩和造型的依托“載體”,燈具、水管陳設(shè)又必須和空間尺度、界面風(fēng)格相協(xié)調(diào)。
 
總之,水電布線是房屋使用的物質(zhì)基礎(chǔ)之一,是“數(shù)字房屋”的重要組成部分,對(duì)其三維模型的可視化和空間分析的室內(nèi)裝修水電設(shè)計(jì)研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
 
【參考文獻(xiàn)】
 
[1]嚴(yán)勇《地下管線的三維可視化研究》,武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003。
 
[2]李志林,朱慶著《數(shù)字高程模型》,武漢大學(xué)出版社,2001.7。
 
[3]歐潮!稖\談環(huán)境心理學(xué)與現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計(jì)——住宅室內(nèi)》[J],《建筑知識(shí)》,2007(03)。
 
[4]耐特《建筑美學(xué)與能效設(shè)計(jì)——商務(wù)、工業(yè)及行政辦公建筑》[M],遼寧科技出版社,2006。