1、1壁式框架结构室内装修设计系统可行性研究报告编写日期：2013 年 7 月2目录一 、 技术领域及研发必要性分析 .11.1 技术相关 .11.2 壁式框架结构室内装修设计系统的发展现状 11.3 技术必要性分析 .2二、内容与可行性分析 .32.1 技术基本原理 .32.1.1 系统概述 32.1.2 壁式框架结构室内装修设计系统 .72.1.3 SOA 标准 .102.2 技术内容 .122.2.1 信息采集的实现 122.2.2 虚拟现实技术的深入开发及应用 .232.2.3 对数据库操作的封装 .242.2.4 系统界面设计 252.3 关键技术及创新点 .28三、市场需求与风险分析
2、.293.1 市场需求分析 .293.2 风险分析与对策 .303.2.1 风险分析 303.2.2 风险对策 31四、经济效益与社会效益 .344.1 经济效益分析 .344.2 社会效益分析 .35五、总结 .361一 、 技术领域及研发必要性分析1.1 技术相关技术名称：壁式框架结构室内装修设计系统持有人：陈君、陈梅1.2 壁式框架结构室内装修设计系统的发展现状房屋结构一般是指其建筑的承重结构和围护结构两个部分。房屋在建设之前，根据其建筑的层数、造价、施工等来决定其结构类型。各种结构的房屋其耐久性、抗震性、安全性和空间使用性能是不同的。框架剪力墙结构其实就是壁式框架结构，主要承受水平地震
3、荷载，这样的水平荷载对墙、柱产生一种水平剪切力，剪力墙结构由纵横方向的墙体组成抗侧向力体系，它的刚度很大，空间整体性好，房间内不外露梁、柱楞角，便于室内布置，方便使用。壁式框架结构有较好的抗震性能，常可以做到大空间住宅布局，壁式框架结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。此时，房间的分隔墙和预应力厨房卫生间分隔墙可采用预制的轻质隔墙来分隔空间，此种方式为装修改造，带来了较大的方便之处，也深受广大住户欢迎。市场上各种各样的室内装修设计系统参差不齐，但针对壁式框架结构的室内装修设计系统比较鲜见，因此本系统的出现具有填补空白的意义。利用 X3D 组件的外部原型（EXTERNPROTO）技术、脚
4、本语言支持技术和户界面支持技术等实现基于X3D/VRML 的在线室内装修设计系统，该系统具有三维网页菜单功能，通过鼠标操作，可以方便而快速地完成地板、墙纸以及家具的变换，让用户体现三维装修效果的快速切换。21.3 技术必要性分析室内装修设计系统已经取得了很大的进展，广泛应用与家居、商铺、酒店等领域，但还未见有专门的壁式框架结构室内装修设计系统。我们在充分借鉴室内装修设计系统的基础上，将壁式框架结构的特点融合其中，开发出了本壁式框架结构室内装修设计系统。室内装修包括房间设计、装修、家具布置及各种小装点。偏重于建筑物里面的装修建设，不仅在装修设计施工期间，还包括住进去之后长期的不断装饰。另外应逐渐
5、树立“轻装修、重装饰” 的概念。装修时，使用的材料越多、越复杂，污染物可能越多。随着社会的发展专业的进一步完善这种情况会逐渐改善，也就会出现以下几种趋势：1） 、室内装修需回归自然化：随着环境保护意识的增长，人们向往自然，喝天然饮料，用自然材料，渴望住在天然绿色环境中。高度民族化，只强调高度现代化，人们虽然提高了生活质量，却又感到失去了传统、失去了过去。因此，现代室内设计的发展趋势就是即讲现代化，又讲传统。2） 、室内装修需整体艺术化：随着社会物质财富的丰富，人们要求从“屋的堆积”中解放出来，求各种物件之间存在统一整体之美。室内设计需高度现代化：随着科学技术的发展，室内设计师要学会采用一切现代
6、科技手段，使室内设计达到最佳声、光、色、形的匹配效果，实现高速度、高效率、高功能、创造出理想的值得人们赞叹的空间环境来。3） 、室内装修要高技术、高情理化：国际上工业先进国家的室内设计正在向高技术、高情感化方向发展。所以室内设计师需既重视科技，又强调人情味，这样才能达到高技术与高情感相结合。4） 、室内装修讲求个性化：大工业化生产给社会留下了干篇一律的同一化问题。为了打破同一化，人们追求个性化。服务方便化：城市人口集中，为了高效、方便，国外十分重视发展现代服务设施。室内设计师在设计的过程当中要更强调“人” 这个主体，以让消费者满意、方便为目的。新型材料广泛应用：随着新型建筑材料、室3内装饰材料
7、的快速发展，未来的家居将变得妙不可言。空间格局自由划分。随着人们生活水平的提高，住房的面积会呈大型化，原有小空间住房将逐步得到改造和重新装修。室内装修处处体现着文化，不仅满足了人们对于生活起居的基本需求，也体现着一种浓浓的温馨，给人一种别样的风情。因此本壁式框架结构的室内装修设计系统是顺应时代发展，开发满足人们生活需求的产品。二、内容与可行性分析2.1 技术基本原理2.1.1 系统概述2.1.1.1 系统需求随着家居生活环境的改善，人们对家居的装饰装修有着更高的要求，几年前，人们在家装风格上千篇一律，随着审美水平和装修水平的进一步提高，彰显个性，简洁大方，节能环保的装修风格已遍布千家万户。由于
8、土地资源的日趋紧张，人们只能向纵深向发展，充分利用每一寸土地，壁式框架结构的高层住宅成了当今设计的主流。根据中国建筑装饰行业“十二五”发展规划纲要的统计数字， “十一五”期间，全行业年工程产值总量由 2005 年的1.15 万亿元，提高到 2010 年的 2.1 万亿元，总体增长 82.6，年平均增长速度达到13左右，高于同期全国经济增长水平近 3 个百分点。行业规模的大幅度增长，表明行业仍然对宏观经济发展具有较强的拉动作用，并具有较强的增长性、持续性、稳定性。行业从业者总量由 2005 年的 1100 万人增加到 2010 年的 1500 万人，增长幅度达到 36.4左右。劳动力增长比行业规
9、模增长减幅在 45以上，表明行业的劳4动力生产水平有了较大提高。住宅装饰装修专业年工程总产值由 2005 年的 5500 亿元，提升到 2010 年的 9500 亿元，增长幅度达到 72.7，年平均增长速度达到11.16，表明住宅装饰装修产值增长依然强劲。建筑装饰行业的企业数量，由 2005年的 19 万家，下降到 2010 年的 14.8 万家，下降幅度为 23。企业数量在行业持续发展、市场快速扩张、就业人数持续增长的前提下大幅下降，表明行业的组织化、集中化程度提高。本文介绍的壁式框架结构室内装修设计系统运用计算机技术，打造出全方位的数字化室内装修模式，它以三维交互浏览为核心，为室内业主构建
10、一个高度科技化及人性化的展示方式，让业主借助三维科技自由、便捷、全面地了解室内的装修效果，还可以提供交互功能实时改变装修效果。2.1.1.2 总体设计1） 、室内装饰设计要满足使用功能要求室内设计是以创造良好的室内空间环境为宗旨，把满足人们在室内进行生产、生活、工作、休息的要求置于首位，所以在室内设计时要充分考虑使用功能要求，使室内环境合理化、舒适化、科学化；要考虑人们的活动规律处理好空间关系，空间尺寸，空间比例；合理配置陈设与家具，妥善解决室内通风，采光与照明，注意室内色调的总体效果。2） 、室内装饰设计要满足精神功能要求室内设计在考虑使用功能要求的同时，还必须考虑精神功能的要求（视觉反映心
11、理感受、艺术感染等） 。室内设计的精神就是要影响人们的情感，乃至影响人们的意志和行动，所以要研究人们的认识特征和规律；研究人的情感与意志；研究人和环境的相互作用。设计者要运用各种理论和手段去冲击影响人的情感，使其升华达到预期的设计效果。室内环境如能突出的表明某种构思和意境，那末，它将会产生强烈的艺术感染力，更好地发挥其在精神功能方面的作用。3） 、室内装饰设计要满足现代技术要求5建筑空间的创新和结构造型的创新有着密切的联系，二者应取得协调统一，充分考虑结构造型中美的形象，把艺术和技术融合在一起。这就要求室内设计者必须具备必要的结构类型知识，熟悉和掌握结构体系的性能、特点。现代室内装饰设计，它置
12、身于现代科学技术的范畴之中，要使室内设计更好地满足精神功能的要求，就必须最大限度的利用现代科学技术的最新成果。4） 、室内装饰设计要符合地区特点与民族风格要求由于人们所处的地区、地理气候条件的差异，各民族生活习惯与文化传统的不一样，在建筑风格上确实存在着很大的差别。我国是多民族的国家，各个民族的地区特点、民族性格、风俗习惯以及文化素养等因素的差异，使室内装饰设计也有所不同。设计中要有各自不同的风格和特点。要体现民族和地区特点以唤起人们的民族自尊心和自信心。壁式框架结构室内装修设计系统采用了 B/S 结构(见图一)，用户通过浏览器向服务器请求下载三维场景文件，然后利用插件显示三维场景，通过访问
13、X3D 文件，从而实现用户与三维场景的交互。服务器通过监听用户的对三维场景的操作事件,给用户提供事件操作所需要的文件或其他信息。X3D 是新一代面向 Web 的交互式三维图形规范 ,由 Web3D 联盟 1998 年底提出。X3D 继承了 VRML97 的工作并正式加入了先前规格中使用了多年的非正式的功能区域，这使 X3D 的组件中也可以增加其他的功能。X3D 的组件、层、概貌机制允许使用外部原型建立功能扩展组。X3D 是基于 VRML 发展起来的，它支持 VRML 的语法规则，同样 X3D 里面的节点、模块是可重用的，在文件格式方面使用了 XML语法体系，实际上 X3D 就是 XML 和 V
14、RML 相结合的产物。X3D 是面向对象和可扩展的，通过 XML，X3D 很容易整合到其他的应用程序里。X3D 是基于图像填充和图形建模这两种方式建构三维场景的，对形体结构的建立采用图形建模，对于外观则采用图形纹理填充，它还融合 ASP、JSP 等技术，可以通过各种的网络服务器发布三维网页信息。6图一、系统结构本系统的软件部分完全自主设计，是采用智能化软件，使用 WIN2000 操作系统（也可以使用 WINXP 操作系统） 。2.1.1.3 模块设计系统的设计思想是创建一个网上实时交互的系统，用户通过系统提供的纹理材料、装修品等能够主动而快速地改变场景中的效果，完成室内楼盘的地板、墙纸以及家具
15、的变换；同时用户可以在场景中进行漫游。通过此系统可以让用户选择到比较满意的室内装修效果，从而降低了设计成本，提高效率。系统包括以下几个方面的功能：1） 、视角漫游功能：通过用户和系统的交互实现三维漫游，使用户能从不同的角度来体现装修效果；2） 、菜单功能：在三维的场景里面实现二维的菜单功能；3） 、场景效果变换：通过菜单实现场景效果的变换，如墙纸、家具等的变换。外部程序操控功能：为方便第三方公司对系统进行外部控制，特别提供了与外7部程序的通信功能，可以按照第三方程序的指令要求，访问并显示指定的网站网页，极大的增加了第三方自动控制层析光谱分析应用程序设计的灵活性，满足用户的特殊需求。2.1.2
16、壁式框架结构室内装修设计系统2.1.2.1 壁式框架结构室内装修设计系统的基本原理X3D 场景中的模型由节点构成，节点又由域和事件构成,域定义节点的属性，事件定义用户与场景之间的交互，使虚拟世界具有动感，在节点间创建通道，通过发送一个事件使一个节点控制另一个节点。这种方法只能实现比较简单的交互，要实现比较复杂的交互功能，必须借助外部应用程序，调用外部程序的一种方法是使用Script 节点，它和其他的标准节点相似，只有一点不同，一个 Script 节点是由用户进行扩展的，到达字段的事件会自动移动到 Script 节点相关的程序中。在 VRML 内部可以通过 TouchSensor 和 TimeS
17、en2sor 传感器以及 JavaScript 程序直接完成对节点的参数改变。用户端场景调度初始状态时，节点参数首先进行初始化的工作本系统利用程序直接改变节点参数，从而实现对模型的贴图的变换。2.1.2.2 壁式框架结构室内装修设计系统的性能指标壁式框架结构室内装修设计系统的性能指标很多，下面介绍几个重要的指标。空间类型：室内空间设计是艺术与生活的完美结合，设计师的任务是使空间设计最大限度的实现其舒适目的。开敞空间是外向的，强调与周围环境交流，心理效果表现为开朗、活泼、接纳。开敞空间经常作为过渡空间，有一定的流动性和趣味性，是开放心理在环境中的反映。封闭空间是内向的，具有很强的领域感、私密性，
18、在不影响特写的封闭机能下，为了打破封闭的沉闷感，经常采用灯窗，来扩大空间感和增加空间的层次。动态空间引导业主从动的角度看周围事物，把人带到一个由时空相结合的第四空间，比如光怪陆离的光影，生动的背景音乐。在设计室内空间时，设计者要分析和解决复杂的空间矛盾，从而有条理的组织空间。总体来说，室内的空间设计应该生动、丰富，给人以舒适温馨的感觉。让人可以真正感受到放松8的气息，那么设计师就必须在装修设计上下足功夫。灯光设计：室内中的灯光设计也要求单纯，明确，这是指文字简练，构图清晰。现在的室内灯光设计呈现更广泛和复杂的表现形式，千篇一律的设计已经不能满足时代的要求，因此灯光创意和创新成为是室内设计中最重
19、要的。没有创意就谈不上创新，创意需要形式来表现，创新需要内容来填充，在室内灯光的设计中，形式与内容的结合仍然是最基本的法则。室内本身所承载的文化特色及室内装修设计的主题密切结合，并赋予它时代气息。有创意的设计无论从形式还是内容上总有它的独到之处，其“意”不是轻易可得，需在生活中挖掘并通过大量积累、总结才能完成。室内灯光设计的创新需要抓住室内的主要特点，并灵活地利用室内设计的相关因素。现在，人们对室内灯光的设计并不是单纯只考虑灯管怎样排，底板上什么色，带不带扫描，而是要注意整体造型上的新颖，合理。其中包括构图上主题突出且分配恰当，以及光源亮度，光色，光影对比的协调，位置的分布合理，直射，透射，漫
20、射的层次和方向以及强弱和炫光的安排，控制方式及程式方向，速度，与室内周围环境的融合，制作，安装的规范和方便，容易维修，造价合理，安全性高，符合有关标准，政策，法规等综合因素。进行室内灯光设计时，创意与创新必须通过一定方法来具体表现，而设计的图形就是最直接表达的基本方法，室内灯光图形创意可借助于礼觉思维和视觉传达，融合物理学，心理学，生理学，社会学，语言学，美学和哲学等多种学科的综合知识。室内灯光设计不是单一独立存在的个体，而是融合美学、光学等学问的综合运用，需要我们设计师在进行空间设计师不断琢磨。色系搭配：顶面一般要用浅色，浅色使人感觉轻，深色使人感觉重。通常房间的处理大多是自上而下，由浅到深
21、，如房间的顶棚及墙面采用白色及浅色，墙裙使用白色及浅色，踢脚线使用深色，就会给人一种上轻下重的稳定感，相反，上深下浅会给人一种头重脚轻的压抑感。另外还要根据房间的朝向、用途和形状来选择合适的色彩。在同一个空间中，要选择明度搭配起来和谐的颜色。比如，同一个房间，如果全部是明黄，明亮的蓝色，会显得很难受，但是如果选择给明黄色搭配明度较低的海军蓝色，整个房间看起来就会更舒服和谐。另外，从颜色的纯度来讲，色彩纯度要平衡，比如选择了非常纯的紫色，那就要用同样纯度的黄色来搭配，显得就很平衡，如果选择了纯度较低的橘红，最好就搭配同样纯度的黄绿色，这样纯度上就不会产生不平衡的感觉。9当代家装人群越来越广，人们
22、对美的追求也不远远局限于原始的几个模式，更多的家庭装修风格开始融入到家居装饰中。当然，室内装修设计时要以人为本，这样装修出的风格才能更好的凸显出室内的主题！2.1.2.3 壁式框架结构室内装修设计系统的特性壁式框架结构室内装修设计系统采用可插件化的业务组件，各个业务组件相互独立，又紧密集成，既可单独运行又可组合运行，并且当阶段性开发结束并交付使用后，假如要增加一些新的业务功能，可以在不修改原有的应用程序的情况下，将新增加的功能按照相应的规则开发并打包成为业务组件， “插入” 到系统中，这就是所谓的插件化，因此系统具有以下特点。系统的兼容性：设计采用微软系统进行开发。因为 Microsoft 作
23、为全球最大软件工业厂商，具备良好的数据库访问功能，可支持目前所有网络和数据库访问功能。系统的灵活性：由于所有业务内容，需要添加、查询、修改、删除，最终要汇总到数据库中进行统一管理，因此采用后台数据库管理，各表间既可以独立地操作也可以在表间相互关联。可靠性：系统提供了标准的数据库访问接口，以便于数据表与数据表、数据库与数据库之间相互关联，形成一套综合的数据库管理和操作平台，为数据的传输了安全可靠的保证。选择性：数据源访问数据库以便所调用的数据源与计算机名无关，用户所做的只需在客户机上添加一个指定名称的数据源既可，在配置本机数据源过程中再与指定服务服务器相连。即实现数据库的封装性。模块化：本方案中
24、我们暂设计了保存、修改、删除、查询、用户管理六个模块，具体的功能模块按用户的实际需求而定。102.1.3 SOA 标准2.1.3.1 SOA 主要内容SOA（Service-Oriented Architecture）作为新一代的体系结构，是解决异构系统整合、应用集成的最理想解决方案之一。基于 SOA 的业务平台不仅能够适应行业内不同企业业务发展的需求，从整体提升企业的信息化水平，而且能够提高 IT 资源的灵活性和复用率，为企业节约相当的成本。SOA 标准指定了在网络通信中的一套协议，所有声明为符合该标准的设备都要以该协议的要求来进行通信。它还指定了使用该协议通信时的命令和相关信息的语法和语义
25、。在介质通信中，为了便于访问存储介质中的相关信息，它指定了文件格式和目录结构及一套设备要遵循的介质存储服务。另外它还指定了对于一个声明为符合该标准的实现所需要提供的信息。下图描述了 SOA 标准的通用通信模型。该模型可用于网络通信（在线）和介质存储交换（离线） 。图中有两个边界，一个是 SOA 上层服务边界，它提供了独立于物理网络的通信支持和协议，例如对 TCP/IP 的支持。另一个是 SOA 基本文件服务边界，它提供了对独立于特定介质存储格式和文件结构的存储介质的访问。应用程序可以依赖任意一个边界来实现相应的功能。11图二 SOA 标准的通用通信模型2.1.3.2 SOA 文件的构造SOA
26、标准使用 IOD（Information Object Definition）来表示具有相同属性的现实世界对象所组成的类的数据抽象。IOD 分为规格化 IOD（Normalized IOD）和复合IOD（Composite IOD） 。规格化 IOD 是表示 SOA 现实世界模型中的单个实体的IOD，复合 IOD 是表示 SOA 现实世界模型中相互关联的多个实体的 IOD。信息实体（Information Entity）是复合 IOD 中的信息块，它与 SOA 现实世界模型中的实体一一对应。模块（Module）是信息实体或规格化 IOD 中相互关联的一组属性，而属性（Attribute）是对现
27、实世界对象实例的性质的描述。因此一个复合 IOD 由多个信息实体组成，每个信息实体又由一个或者多个模块组成，每个模块中又包含一个或者多个属性。2.1.3.3 SOA 文件的归档DCM 文件的归档是将 DCM 文件通过网络存储到 SOA 服务器中。归档必须符合 SOA 标准。在 SOA 标准中有对应用实体之间通信的具体规定：应用实体之间的通信首先要进行关联协商，然后根据具体的命令来进行通信，最后将关联释放，完成通信。应用实体之间的通信都是通过 PDU（Protocol Data Unit）来完成的。系统通过 EXTERNPROTO 在 VRML 三维空间里创建一个二维空间，然后我们在这个二维空间
28、里通过 VRML 的一些节点构造菜单。系统通过 floor-menu 来响应用12户操作，Touch Sensor 通过接口把信息传给 Script 节点，再由 Script 节点通过接口改变下拉菜单的 which Choice 的参数或者改变地板节点的 Image Text ure 节点的属性达到显示和隐藏下拉菜单或者是改变地板贴图的效果。内部节点的信息交换如图三。图三、节点的信息交换2.2 技术内容2.2.1 信息采集的实现2.2.1.1 系统标准随着计算机科学技术的飞速发展，人们已不再满足于纯文字的信息，而由声音、图形、信息组成的超文本和多媒体信息，以其直观的形象、绘声绘色的表演越来越受
29、到人们的重视和喜爱，在多媒体世界中扮演着重要角色。然而，对于应用程序开发者来说，为了支持在程序中显示和操作信息是要付出很大的代价的。他们需要创建用户界面，并对各种可用的信息设备进行控制。当他们刚准备好支持一种给定的设备时，往往又要面对随着新功能和特性的出现设备升级的局面。应用程序开发者发现他们必须不断地更新他们的程序才能保持不被淘汰。13信息采集设备开发者和应用程序开发者都意识到需要在信息设备和应用程序之间建立一种统一的通信标准。这个标准使开发者受益匪浅的同时也让用户更好的使用产品。它可以使设备生产厂商的产品被更多的应用程序访问，同时可以使应用程序生产厂商的产品可以访问各种设备的数据，而不必关
30、心设备的种类和特性。由于一致性和简化性的需要，系统标准很好地解决了这一问题，并得到了业界的广泛支持。它使得硬件厂商的信息获取设备可以被更多的信息处理软件所使用，而信息处理软件的开发商也不用再考虑各种硬件的特性，只需通过一个标准的软件接口就可以获取信息数据。在系统标准中有三个主要元素，他们分别是：（1）应用程序软件应用程序（2）源管理器软件该软件管理应用程序和源的接口，免费和应用程序或源一起发行。（3）源软件该软件用来控制信息采集设备，是由设备开发者提供并符合标准规范。图四、系统标准中的软件元素14系统标准的体系结构如图，可以分为 4 层，分别是：最上层的应用层：用户的应用程序在该层执行。应用程
31、序开发者描述了关于用户如何访问和选择源用户接口的指导方针，而不用关心应用程序如何实现，也不会对应用程序中可能会用到的应用程序之间的通信方案有任何影响。应用层下面的协议层：协议所使用的“语言” 和“语法”。它实现了传输数据所需的指令。协议层包括：（1）应用程序中提供应用程序和接口部分。（2）系统提供的源管理器。（3）包括从源管理器接收指令的源设备和回传数据以及返回码的软件。协议层下面的采集层：源主要驻留在这一层。用来控制采集的软件元素称为源。采集设备可以是物理的（如扫描仪或者数码相机）或者逻辑的（如信息数据库） 。源使用源和应用程序都支持的格式和传输机制，来传输数据给应用程序。源一般会提供一个内
32、建的用户界面来控制设备。应用程序也可以重写这个用户界面，提供自己的用户界面来控制源的操作。位于最下层的设备层：传统的低级设备驱动程序在这一层。设备驱动程序将指定设备的命令转换为设备的特定硬件命令和动作。由于驱动程序是源的一部分，所以使应用程序不再需要发行驱动程序。源向应用程序隐藏了设备层，它提供了操作和使用源用户界面进行的交互，翻译成发给驱动程序的导致设备进行所希望的相应动作的等同命令。2.2.1.2 使用系统标准的好处应用程序开发商的受益：（1）开发商通过简单的方式处理信息，不用离开当前的应用程序。（2）不再需要为信息获取设备编写支持或移植设备驱动程序。15（3）应用程序能够访问任何符合规范
33、的信息外设，只要简单地通过给应用程序接口修改一次程序代码即可，可不需要产品的自定义。（4）由开发商决定一个信息获取设备能提供的性能参数，然后应用程序能够限制此信息源，以提供只符合应用程序需求和能力的那些性能。（5）应用程序开发商不需要提供用户界面来控制信息获取过程，用户界面由每一个符合规范的信息源设备来处理。当然开发商也可以为获取过程提供一个用户界面。最终用户的受益：用户获得了一种简单的处理信息的方式，他们能以更少的步骤来存取信息，因为不用离开应用程序。2.2.1.3 系统仿真原理壁式框架结构室内装修设计系统可以对建筑物及场景进行真实感显示及动态模拟。首先要利用世界坐标系、设备坐标系、窗视变换
34、、透视投影等多项图形学的基本概念和原理，在一个平面绘图区域内对三维建筑物体及其场景模型进行绘制，之后再利用光学、数学等学科知识对模型进行赋材质纹理、设置配景、制作动画等一系列仿真描述，从而得到最后的仿真结果。1） 、窗视变换为了把世界坐标系中的窗口内的实际图形显示到屏幕空间中的视区内，就必须把窗口内的图形做一个变换，使其显示到指定的视区内，此变换成为窗视变换。设世界坐标系有一个窗 VI，其左下和右上角点坐标为（ Xwmin，Y wmin） ，（X wmax，Y wmax） ，屏幕上一个视区，其左下和右上角点坐标为（X vmin，Y vmin） ，（X vmax，Y vmax） ，由相应的比例关
35、系可得如图五所示窗视变换结果。16图五、窗视变换2） 、透视投影本系统利用透视投影的原理对三维物体模型在各个投影平面及轴测位的线框图及 OpenGL 透视图进行显示。在三维计算机图形学中，将投影中心与投影平面的距离是有限的投影变换称为透视投影。相应的投影中心被称作视点或眼点。透视投影有如下几个基本特征： “近大远小” ，即“离视点较近的物体要比远物体显得更大些” 。 一组平行于投影平面的平行线的投影仍保持着平行，而一组不平行于投影平面的平行线的投影则会聚焦在一个点。3） 、真实感显示原理自然界中，能够看到物体的形状、明暗及颜色，是由于物体发出的光反射到人眼的结果，根据这一基本的光学原理，将物体
36、上每一个可见点“发出”的光亮和色彩，转化成显示器上相应像素的亮度或者色彩值，即可得到物体的真实感仿真显示。图六所示，为一个常用的简单光反射模型。图中显示的不透明物体表面 P 向眼点 反射的光强度为：17图六、漫反射与镜面反射式中 Iad 为环境光的漫反射，I ld 为点光源在 P 处的漫反射，I ls 为镜面反射，I a 为环境光强度，k d 为漫反射系数，I p 为电光源 L 的发光强度，单位法矢 L、N 表示从L 光源处到 P 处的单位矢量， 为反射角，d 表示 P 距离光源 L 的距离，d 0 为适当选择的常数(d 00)。应用程序的目的是从源采集数据，然而应用程序不能直接和源通信，所有
37、的对数据、功能信息和错误信息的请求都要通过源管理器来完成。应用程序为每个请求操作指定最终的目的地，是源或者源管理器。应用程序与源管理器通过入口点函数来通信，该入口点是源管理器的唯一入口点。182.2.1.4 系统架构应用程序、源管理器和源必须通过通信来管理数据的采集。这些处理必须以一定的次序来进行。为了确保按照次序正确的执行，源管理器和源在任何时刻只能处于一种状态。壁式框架结构室内装修设计系统首先是一个计算机辅助设计系统，采用面向对象的思想进行设计和开发，充分考虑现今流行软件 AutoCAD、3dMax 等的操作及使用风格，使得熟悉这些软件的设计者可以轻松介入，同时本系统又是一个具有虚拟现实功
38、能的仿真系统，可以制作出形象逼真的三维真实感效果图及高质量的路径动画，不仅有助于设计人员探讨设计方案，进行视觉资源管理及环境影响评价，也有助于客户直观形象地领会设计意图，做出最后的选择。本系统大致可分为基本建模、专业建模、施工图、工程量统计、渲染及动画制作几大模块，系统的整体架构如图七所示。图七、系统架构在程序中使用相应的三元组来调用入口点函数，来改变源管理器和源的状态，19从而实现信息采集。2.2.1.5 系统的数据传输方式源向应用程序传输数据可以采用三种方式：内存直接传输方式（Native） 、磁盘文件传输方式（Disk File）和内存缓冲方式（Buffered Memory） 。1、内
39、存直接传输方式内存直接传输方式是每个源都必须支持的传输方式。它是缺省的传输方式，是最容易由应用程序实现的传输方式。然而，它却受到许多限制，如只可传输DIB（Device-Independent Bitmap）形式的数据，信息的容量受限于内存的容量。在这种方式下，源分配一个内存块并将信息数据写在该内存块，然后向应用程序传送一个指向该内存块的指针，完成传输后由应用程序将内存块释放。该方式的最大优点是，编程简单，传输速度快，一次完成整个信息数据的传输。在这种传输模式下，DSM_Entry 函数的数据参数指向一个 TW_UINT32 类型的变量。在 Windows 操作系统中，指向一个内存中的 DIB
40、 句柄变量。Native 传输模式要求以 RAM 中一个巨大的块的方式来传递数据，因此常常会面对内存不足的问题。当采用 Native 传输模式时，应用程序不能中断数据源的工作。数据源的用户界面可以允许用户取消传输，但应用程序却不能，即使是使用自己的用户界面。2、磁盘文件传输方式磁盘文件方式是源可选的方式，源可以不支持该方式但是仍建议支持。在该方式下，由应用程序创建一个文件，源来读写这个文件。在状态 4，应用程序可以通过和源进行功能协商来确定源支持哪种文件格式。接下来应用程序就可以指定相应的文件格式和文件名来用于传输。当信息数据较大时，使用原始方式由于内存受限而无法实现，这时可采用磁盘文件方式。
41、磁盘文件方式比下面要介绍的内存缓冲方式要容易实现。但是，磁盘文件方式要比内存缓冲方式的传输速度慢。当采用磁盘文件传输模式时，应用程序不能中断数据源的工作。数据源的用户界面可以允许用户取消传输，但是应用程序却不能这样做，即使是使用自己的用户20界面。3、内存缓冲传输方式内存缓冲方式是每个源都必须支持的传输方式。在该方式下，传输是由一个或者多个缓冲区来实现的，缓冲区的分配和释放由应用程序完成。数据是按照未格式化的位图来传输的，应用程序必须使用在传输过程中的可用信息来确定每个缓冲区并正确的解释这个位图。当使用原始方式和磁盘文件方式时，传输是一次完成的，但是在内存缓冲方式中，应用程序要循环地读取缓冲区
42、数据。内存缓冲方式在数据采集和控制方面提供了最大地灵活性，但却是最难实现的方式。在这种传输模式下，当数据源传输数据带时，由应用程序分配与释放所用的缓冲区，但是数据源应该推荐适当的缓冲区大小，并且检查应用程序是否遵照推荐值。当数据源传输数据块时，由数据源分配缓冲区，应用程序负责释放内存。2.2.1.6 系统中重要的技术手段壁式框架结构室内装修设计系统可以说包含了两个层面的内容：建模和装修。需要先构造出被设计的建筑物的型 ，然后对这个型进行修饰。对于这样一个融众多功能于一体的系统而言，编制过程中必然会涉及到很多计算机图形学领域的重要算法和内容，这里就几个重点的内容进行详细剖析。1） 、工作基面从视
43、觉感官上讲，屏幕绘图区域是一个平面，在这个平面区域中我们要绘制、编辑三维实体，用动态拉伸手段模拟建筑造型设计中的孔洞添挖过程。当鼠标落在屏幕某一点上时，这一点可能会同时贯穿很多面，具体应该被定位在哪一个平面上，决定着下一步的操作方向，因此工作基面对于仿真系统来说尤为重要。该系统的一个技术重点就是工作基面的捕捉及在任意空间基面上进行绘图、编辑等操作。建筑造型复杂多变，在一个大场景设计中可能绘制出成千上万个面片，那末当鼠标点击到场景中的某一位置时，如何快速准确地从众多面片当中筛选出需要的图素，能充分体现出一个计算机辅助设计系统的性能。本系统首先在水平方向上屏蔽21掉场景中视口以外的面片，缩小筛选范
44、围，然后利用 zBufer 深度缓存算法对 Z 方向即深度方向的面片进行排序，设定优先级，从而快速定位出鼠标落点所捕捉到的面片来作为当前的工作基面，并进行高亮显示。接下来的绘制、编辑等操作就被锁定在这个空间工作基面上来进行，如图八所示，当前工作基面用黄色边框突出显示，并且在左下角显示此工作基面的坐标轴 XY，之后的绘制操作即在此面内进行。图八、工作基面2） 、布尔运算布尔运算一直是计算机图形学领域探讨的重要内容之一。二维特别是三维布尔运算是三维建模过程中的一个重要而强有力的手段。同时也是最复杂、最困难的运算。本系统中开发的布尔运算算法可以在任意的二维三维实体之间进行操作，并且已经经过大量用户的
45、实践验证，算法准确可靠。如图九，为一曲面墙体与三个圆柱体做布尔减操作前后的图示。22图九、布尔运算另外，在壁式框架结构室内装修设计系统中，造型是可以揪或者推出来的。例如：要在一面墙体上创建门洞或者门上方的挑檐，可以先在相应的位置画出轮廓线，然后沿着墙面法线的方向推或者揪轮廓线，系统自动进行条件判断，同时执行相应的布尔加减运算。整个造型过程是随着鼠标的移动动态改变的，设计者是可以看到的。当鼠标停止时，屏幕上显示的造型就是设计者最后需要的结果。如图十所示，大门和挑檐就是经过上述操作生成的。这种建模风格更直观、更形象、更简洁。由此用户可以随意创建出各种复杂的建筑实体。图十、动态拖拽造型3） 、虚拟现
46、实和仿真设计23壁式框架结构室内装修设计系统完成了建筑实体的造型设计，但是这时的建筑物体并不真实，只看到了它的轮廓，视觉效果中只有型 ，而颜色、质感、纹理、环境等等还体会不到。这就需要对三维模型做进一步的修饰，构造虚拟环境，达到仿真的效果。壁式框架结构室内装修设计系统提供了完善的 OpenGL 虚拟现实技术及渲染和动画仿真功能。完成创建对象后，设计者需要为场景布置光源、调整视点、设置相机，给对象赋材质和纹理等，并且对整个设计过程即时显示。为了达到更进一步的仿真效果，本系统可以对上述操作结果进一步操作，选择当前视图或者相机视图进行三维渲染，制作出精美逼真的效果图。还可以任意设置动画路径，及时预览
47、动画效果或者录制生成可反复播放的动画片，这样就仿佛置身在一个虚拟的三维世界之中，对建筑物本身及周边的环境进行全方位动态浏览。2.2.2 虚拟现实技术的深入开发及应用2.2.2.1 三维渲染效果图是设计成果的重要展示手段之一，较上述虚拟现实的过程显示方式来说，渲染技术可以达到更精细的显示效果，并且它可以对结果进行保存和再现，真实感更强。在进行渲染之前需要先对模型及其环境进行修饰和布置，对相关的参数进行调整和设置，已达到理想的渲染结果，主要分为以下几个方面：1） 、设置材质：选择材质，设置贴图坐标计算方式，调整环境光、高光、漫反射、透明度、折射虑等相关参数信息，给相关的实体进行材质纹理的赋质。并且
48、对每一个实体的材质信息还可以通过修改器等工具进行后期的调整。2） 、设置光源：本系统提供点光、锥光、平行光、柱光、面光五种光源，根据场景需要，选择光源类型，设置光源位置，完成光源的布置。3） 、设置视点和相机：设计者在设置观察角度时需放置目标相机，在最佳的位置设置视点，突出要渲染的主体对象，并注意环境场景的效果表现，为渲染成图做好构图的准备。244） 、设置配景：生成渲染图时，通常需加入配景，如：人、车、标牌等，以达到更真实的效果。系统配景库中的图片，可直接按实际尺寸，插人入渲染图中进行使用。做好上述前期工作，就可以启动渲染引擎，对整个设计场景进行渲染。2.2.2.2 动画设计本系统在动画制作
49、方面，采用多视窗交互方式设置折线或 Bezier 曲线相机路径，输人路径各关键点的参数，完成较为复杂的相机动画及场景切换效果。系统提供OpenGL 动画及渲染动画两种方式来进行场景浏览模拟，采用 MPEG 压缩算法并扩展了 MPEG 图形标准，能够完成较高分辨率的动画制作。最终录制生成avi 文件，可通过外部播放器程序进行播放浏览。动画制作的流程如图十一所示。25图十一、动画制作流程2.2.3 对数据库操作的封装面向对象思想已经出现了 20 多年，各种成功的实践告诉我们它是软件开发的必然趋势。面向对象编程(OOP)的一个关键原则之一就是封装(encapsulation) ，把暴露的数据封装起来，尽可能的让对象管理它们自己的状态，因为过多的依存性会造就紧耦合(highlycoupled)系统，使得任何一点小小改动都可能造成许多无法预料的结果。而数据隐藏/封装机制是一个控制对象数据和状态强而有力的方法，它对外部世界隐藏其内部细节，这就意味着每一个对象都应该尽可能少的了解系统的其他部分或者被其他部分所了解，这样一来一旦发生了变化，需要了解这一个变化的对象会比较少，因此变化也就相对容易地进行。VC+是一种基于 C+语言的开发工具，而 C+是一种面向对象的语言。因而在软件的设计中可以方便的实现对数据库操作的封装，以获得封装所
