CN105630378A - 基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配系统及方法 - Google Patents

基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配系统及方法，二维场景绘制单元，利用虚拟场景二维平面草图装配虚拟场景环境或直接在绘制面板绘制二维虚拟场景；三维场景显示单元，该单元与二维场景绘制单元的二维场景形成映射，通过数字建模的方式搭建虚拟环境，并在虚拟环境中绘制三维场景；漫游单元，通过触控屏幕在三维窗口的虚拟场景中漫游，观察虚拟场景装配效果；三维场景导出单元，用于对三维场景建模单元中搭建的场景进行指定格式的导出。该发明装配场景时的大部分操作都是基于水平的触摸屏，而三维场景的效果显示位于竖直的屏幕上，符合人体工学原理，降低了使用疲劳性，提高了场景装配效率。

Description

基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配系统及方法
技术领域
本发明涉及三维虚拟场景设计装配领域，尤其涉及一种基于双触摸屏的虚拟场景设计装配方法及系统。
背景技术
场景设计装配是将虚拟物体添加和放置到用于制作动画或游戏的虚拟场景中的过程。现在无论是在游戏、动画、广告宣传还是建筑设计等领域，场景装配与三维建模已经分成了两个相对独立的阶段，所以现如今业内都是基于一个已存在的对象库进行场景装配。
现在一般采用的场景装配方式有两种，一种是基于二维鼠标键盘界面进行操纵，这种方式有着大量的菜单、模式、部件需要切换，这对于初学者来说会有畏惧感。
另一种场景装配方式是利用触摸屏的高自由度进行3d操纵，但是都摆脱不了在触摸屏上进行三维直接操作的弊端，如手指的遮挡问题等。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配系统及方法，该系统将场景装配操作分别安排在二维和三维窗口上，分别位于两个屏幕上。二维窗口中显示场景对应的平面图，用户只需要在该窗口中使用简单的手势操作便可实现对物体的操作。三维窗口中实时显示二维窗口设计的三维场景，用户也可在其上进行摄像机手势操作，实现所见即所得。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配系统，包括：
二维场景绘制单元，利用虚拟场景二维平面草图装配虚拟场景环境或直接在绘制面板绘制二维虚拟场景；
三维场景显示单元，该单元与二维场景绘制单元的二维场景形成映射，通过数字建模的方式搭建虚拟环境，并在虚拟环境中绘制三维场景；
漫游单元，通过触控屏幕在三维窗口的虚拟场景中漫游，观察虚拟场景装配效果；
三维场景导出单元，用于对三维场景显示单元中的场景进行指定格式的导出，便于使用三维虚拟场景进行下一步的虚拟现实交互设计。
所述二维场景绘制单元包括：
墙壁绘制单元：用于对虚拟场景中的墙壁进行绘制，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对墙壁进行调整；
模型添加单元：用于对虚拟场景中的模型进行添加，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对模型进行调整。
地板添加单元：用于对虚拟场景中的地板进行添加，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对地板进行调整；
天花板添加单元：用于对虚拟场景中的天花板进行添加，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对天花板进行调整。
基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，包括：
步骤一：获得三维虚拟场景的场景平面设计图并作为场景设计装配的绘制模板；
步骤二：根据场景平面设计图在二维场景绘制单元中绘制或调整虚拟场景墙壁，实时在虚拟环境中生成三维墙壁；
步骤三；通过地板添加单元添加场景所需的地板；
步骤四：通过模型添加单元添加虚拟场景中的模型，并通过触控操作进行模型调整；
步骤五：通过天花板添加单元添加虚拟场景中的天花板；
步骤六：通过漫游单元使用触控屏幕在三维窗口的虚拟场景中漫游观察虚拟场景装配效果；如果虚拟场景的装配效果没有达到设定要求，重复步骤二到步骤五，直到达到指定效果；
步骤七：保存三维场景的二维设计图并导出三维场景。
所述步骤一的具体方法为：
(1-1)若有三维场景的二维平面设计图，将其导入并作为草图；
(1-2)若有之前通过本系统编辑保存过的设计图，打开设计图继续进行编辑；
(1-3)若无三维场景的二维平面设计图，也无已编辑的保存好的设计图，直接在系统中新建场景。
所述步骤二的具体方法为：
(2-1)墙壁草图的绘制：采用单线描图方式绘制场景二维平面图的墙壁，并利用橡皮筋技术和吸附技术提高绘制准确度；
(2-2)完成墙壁草图绘制后，选定二维平面图的墙壁顶点进行拖动调整，改变三维场景中的墙壁位置；
(2-3)绘制不规则的曲面墙壁时，通过调整二维场景中对应墙壁的直线进行调整。
(2-4)修改绘制好的闭合墙壁时，选择命令配合触摸手势进行操作。
所述步骤四的具体方法为：
(4-1)切换进入模型绘制模式；
(4-2)通过二维场景绘制单元打开已绘制好所有墙壁的二维场景平面图，选中模型库中或二维平面图中已有的模型对象进行操作，对该模型对象的操作同步至服务器上的三维场景建模单元。
所述步骤六的具体方法为：
(6-1)切换进入漫游模式；
(6-2)拖动二维平面图上出现的脚丫图片，改变三维场景中摄像机的位置；
(6-3)在三维窗口中执行上下、左右滑动的触摸手势实现在三维场景中抬头、低头及转头的模拟效果。
所述步骤(2-1)中绘制场景二维平面图的墙壁的具体方法为：
(21-1)按照墙壁顺序依次触摸绘制二维平面图的墙壁顶点，所述墙壁顶点为三维场景中两面墙之间的墙角；
(21-2)获取二维平面中每个触摸点的二维坐标，存入墙壁顶点列表；
(21-3)利用橡皮筋技术，在每个触摸点和上一个触摸点之间自动绘制二维墙壁(显示为两点间的一条线段)，并在三维场景中实时显示对应的三维单面墙壁；利用吸附技术，当触摸点与首次触摸点距离在一个阈值范围内时，两点自动吸附重合为一点，此时二维墙壁组成一个多边形，该墙壁顶点输入完毕。
所述步骤(2-2)中调整二维平面图的墙壁顶点的具体方法为：
(22-1)完成场景中所有墙壁的直线墙绘制后，选择移动顶点命令，此命令结束前不能对墙壁进行绘制操作；
(22-2)长按需要调整位置的二维墙壁顶点，该顶点进入编辑状态，拖动到需调整的位置后停止触摸即完成墙壁顶点调整操作，同时三维场景中的墙壁也会根据改动的顶点自动做出实时修改；
所述步骤(2-3)中绘制不规则的曲面墙壁的具体方法为：
(23-1)选择生成曲面墙命令；
(23-2)长按需要修改为曲面墙的墙壁对应在二维平面图中的边，待该边进入编辑状态时，拖动该边直到曲线边达到预期效果时松开；同时三维场景中的墙壁也会根据改动后的二维曲线边自动生成对应的曲面墙壁。
所述步骤(2-4)中修改绘制好的闭合墙壁的具体方法为：
(24-1)选择墙壁模式下的“删除单面墙”命令；
(24-2)在二维平面图中触摸选择要删除的单面墙，该面墙对应的二维平面图中的线条会清除，三维场景中对应的墙壁也会清除。
(24-3)再次进入绘制墙壁模式；
(24-4)默认以刚删除的墙壁的起点作为继续绘制墙壁的起点，单线描图至触摸点与被删除墙壁的重点重合，至此修改完毕。
所述步骤(4-2)中选中模型库中或二维平面图中已有的模型对象进行操作的具体过程如下：
(42-1)切换至模型操作模式，打开模型库，选中要放置在三维虚拟场景中的模型的二维表示图，拖动图片至模型放置位置；
(42-2)长按二维平面图中的模型表示图，待该图片周围出现模型调整面板后，松开原选中的图片，使用面板上对应的命令调出相应子级面板对该模型进行平移、缩放、旋转操作。
本发明的有益效果：
1为设计者提供基于多点触控的交互界面，交互性强。
2采用双屏笔记本电脑作为系统硬件载体，移动性强，不受时间地点限制。
3该发明装配场景时的大部分操作都是基于水平的触摸屏，而三维场景的效果显示位于竖直的屏幕上，符合人体工学原理，降低了使用疲劳性，提高了场景装配效率。
4该发明所搭建的三维虚拟场景可以导出为指定格式的模型文件，便于使用三维虚拟场景进行下一步的虚拟现实交互设计。
附图说明
图1为本发明最终效果示意图；
图2为本发明流程框架的示意图；
图3为本发明的二维场景绘制单元示意图；
图4为本发明单元框架图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
本发明对场景装配中的必要操作进行分类，保留三维的部分操作，将一些操作降低维度至二维上进行处理，以设计一种初学者易于学习，熟练者能提高工作效率的多点触控应用程序。
三维虚拟场景设计装配系统，如图4所示，包括：
二维场景绘制单元，利用虚拟场景二维平面草图勾勒虚拟场景环境或直接在设计画布上绘制二维虚拟场景；所述二维场景绘制单元包括：墙壁绘制单元：用于对虚拟场景中的墙壁进行绘制及调整；模型添加单元：用于对虚拟场景中的模型进行添加和变换调整；地板添加单元：用于对虚拟场景中的地板进行添加及调整；天花板添加单元：用于对虚拟场景中的天花板进行添加及调整；
三维场景建模单元，该单元与二维场景绘制单元的二维场景形成映射，通过数字建模的方式搭建虚拟环境，并在虚拟环境中绘制三维场景；
漫游单元，设计者通过触控屏幕在三维窗口的虚拟场景中漫游，观察虚拟场景装配效果；
三维场景导出单元，用于对三维场景建模单元中装配的场景进行指定格式的导出，便于使用三维虚拟场景进行下一步的虚拟现实交互设计。
图1为本发明的实施实例的效果图。单元101为双屏笔记本水平屏幕上的二维场景绘制单元，用户通过图2中步骤四204和步骤五205对场景进行设计装配，搭建好的场景在三维场景显示单元102中三维展示。
图2为本发明的实施例的流程框架的示意图，201-207对应的为步骤一至步骤七。
在步骤一201中，若有提前获取的虚拟场景的二维平面图，用户可将其导入系统，为之后的三维场景装配过程提供一个绘制模板；若有之前保存好的虚拟场景草图，也可以直接打开进行编辑；若无三维场景的二维平面设计图，也无已编辑的保存好的设计图，可以直接在系统中新建场景；
在步骤二202中，用户通过二维场景绘制单元(如图3)按照事先导入的二维平面图绘制直面墙壁，之后通过切换墙壁模式下的各种命令来对墙壁进行相应的调整。在绘制墙壁及编辑墙壁的过程中，三维场景也会实时更新。
在步骤三203中，用户将二维场景绘制单元切换至地板模式，打开地板纹理库，单指选中需要的地板纹理图，拖动图片至二维画布区域内松开手指，即可完成地板纹理添加或替换。
在步骤四204中，用户将二维场景绘制单元切换至模型操作模式，打开模型库，单指选中要放置在三维虚拟场景中的模型的二维表示图，拖动图片至模型放置位置后松开手指，完成模型添加。长按二维平面图中的模型表示图，会出现模型调整命令菜单，选择相应的命令即可对该模型进行平移、缩放、旋转等操作。
在步骤五205中，用户将二维场景绘制单元切换至天花板模式，打开天花板纹理库，单指选中需要的地板纹理图，拖动图片至二维画布区域内松开手指，即可完成天花板纹理添加或替换。
在步骤二202到步骤五205执行的过程中，用户可实时通过三维显示单元观察搭建的三维虚拟场景。之后，可再通过步骤六206，利用触控屏幕在三维场景中进行漫游观察。如需修改场景，则重复执行步骤二202至步骤五205，直到确认场景搭建与预期相符，完成三维场景装配。
最后，在步骤七207中，用户可将二维场景平面图保存以便下次继续编辑，也可将三维虚拟场景按照指定文件格式进行导出。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配系统，其特征是，包括：
二维场景绘制单元，利用虚拟场景二维平面草图装配虚拟场景环境或直接在绘制面板绘制二维虚拟场景；
三维场景显示单元，该单元与二维场景绘制单元的二维场景形成映射，通过数字建模的方式搭建虚拟环境，并在虚拟环境中绘制三维场景；
漫游单元，通过触控屏幕在三维窗口的虚拟场景中漫游，观察虚拟场景装配效果；
三维场景导出单元，用于对三维场景显示单元中的场景进行指定格式的导出；
所述二维场景绘制单元包括：
墙壁绘制单元：用于对虚拟场景中的墙壁进行绘制，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对墙壁进行调整；
模型添加单元：用于对虚拟场景中的模型进行添加，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对模型进行调整；
地板添加单元：用于对虚拟场景中的地板进行添加，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对地板进行调整；
天花板添加单元：用于对虚拟场景中的天花板进行添加，及使用该单元的菜单提供的功能配合触控操作对天花板进行调整。
2.基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，包括：
步骤一：获得三维虚拟场景的场景平面设计图并作为场景设计装配的绘制模板；
步骤二：根据场景平面设计图在二维场景绘制单元中绘制或调整虚拟场景墙壁，实时在虚拟环境中生成三维墙壁；
步骤三；通过地板添加单元添加场景所需的地板；
步骤四：通过模型添加单元添加虚拟场景中的模型，并通过触控操作进行模型调整；
步骤五：通过天花板添加单元添加虚拟场景中的天花板；
步骤六：通过漫游单元使用触控屏幕在三维窗口的虚拟场景中漫游观察虚拟场景装配效果；如果虚拟场景的装配效果没有达到设定要求，重复步骤二到步骤五，直到达到指定效果；
步骤七：保存三维场景的二维设计图并导出三维场景。
3.如权利要求2所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤二的具体方法为：
(2-1)墙壁草图的绘制：采用单线描图方式绘制场景二维平面图的墙壁，并利用橡皮筋技术和吸附技术提高绘制准确度；
(2-2)完成墙壁草图绘制后，选定二维平面图的墙壁顶点进行拖动调整，改变三维场景中的墙壁位置；
(2-3)绘制不规则的曲面墙壁时，通过调整二维场景中对应墙壁的直线进行调整；
(2-4)修改绘制好的闭合墙壁时，选择命令配合触摸手势进行操作。
4.如权利要求2所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤四的具体方法为：
(4-1)切换进入模型绘制模式；
(4-2)通过二维场景绘制单元打开已绘制好所有墙壁的二维场景平面图，选中模型库中或二维平面图中已有的模型对象进行操作，对该模型对象的操作同步至服务器上的三维场景建模单元。
5.如权利要求2所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤六的具体方法为：
(6-1)切换进入漫游模式；
(6-2)拖动二维平面图上出现的脚丫图片，改变三维场景中摄像机的位置；
(6-3)在三维窗口中执行上下、左右滑动的触摸手势实现在三维场景中抬头、低头及转头的模拟效果。
6.如权利要求3所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤(2-1)中绘制场景二维平面图的墙壁的具体方法为：
(21-1)按照墙壁顺序依次触摸绘制二维平面图的墙壁顶点，所述墙壁顶点为三维场景中两面墙之间的墙角；
(21-2)获取二维平面中每个触摸点的二维坐标，存入墙壁顶点列表；
(21-3)利用橡皮筋技术，在每个触摸点和上一个触摸点之间自动绘制二维墙壁，显示为两点间的一条线段，并在三维场景中实时显示对应的三维单面墙壁；利用吸附技术，当触摸点与首次触摸点距离在一个阈值范围内时，两点自动吸附重合为一点，此时二维墙壁组成一个多边形，该墙壁顶点输入完毕。
7.如权利要求3所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤(2-2)中调整二维平面图的墙壁顶点的具体方法为：
(22-1)完成场景中所有墙壁的直线墙绘制后，选择移动顶点命令，此命令结束前不能对墙壁进行绘制操作；
(22-2)长按需要调整位置的二维墙壁顶点，该顶点进入编辑状态，拖动到需调整的位置后停止触摸即完成墙壁顶点调整操作，同时三维场景中的墙壁也会根据改动的顶点自动做出实时修改。
8.如权利要求3所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤(2-3)中绘制不规则的曲面墙壁的具体方法为：
(23-1)选择生成曲面墙命令；
(23-2)长按需要修改为曲面墙的墙壁对应在二维平面图中的边，待该边进入编辑状态时，拖动该边直到曲线边达到预期效果时松开；同时三维场景中的墙壁也会根据改动后的二维曲线边自动生成对应的曲面墙壁。
9.如权利要求3所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤(2-4)中修改绘制好的闭合墙壁的具体方法为：
(24-1)选择墙壁模式下的“删除单面墙”命令；
(24-2)在二维平面图中触摸选择要删除的单面墙，该面墙对应的二维平面图中的线条会清除，三维场景中对应的墙壁也会清除；
(24-3)再次进入绘制墙壁模式；
(24-4)默认以刚删除的墙壁的起点作为继续绘制墙壁的起点，单线描图至触摸点与被删除墙壁的重点重合，至此修改完毕。
10.如权利要求4所述的基于双触摸屏的三维虚拟场景设计装配方法，其特征是，所述步骤(4-2)中选中模型库中或二维平面图中已有的模型对象进行操作的具体过程如下：
(42-1)切换至模型操作模式，打开模型库，选中要放置在三维虚拟场景中的模型的二维表示图，拖动图片至模型放置位置；
(42-2)长按二维平面图中的模型表示图，待该图片周围出现模型调整面板后，松开原选中的图片，使用面板上对应的命令调出相应子级面板对该模型进行平移、缩放、旋转操作。
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