CN108446830B - 一种基于移动设备端的户型日照分析方法 - Google Patents

一种基于移动设备端的户型日照分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于移动设备端的户型日照分析方法，包括：S1、户型数据测绘；S2、在草图绘制界面中绘制墙体线，并选取构件，设置墙体与构件参数，获得与现场户型匹配的户型平面图；S3、开启GPS定位权限，将移动设备端水平放置，使户型平面图与实际户型结构方向保持一致，获取户型朝向角度值；S4、处理墙体与构件之间的组合关系，获得3D户型模型；S5、建立光照分析模型，计算户型模型中各区域的光照强度；S6、设定各区域光照强度的阈值区间，根据实际光照强度与设定的光照强度阈值区间的对比值，返回对应步骤进行对应的模型修改，直至各区域的光照强度符合需求。本发明可实现现场户型绘制、现场光照分析，现场为客户呈现多种分格的方案与效果。

Description

一种基于移动设备端的户型日照分析方法
技术领域
本发明涉及户型分析领域，具体涉及一种基于移动设备端的户型日照分析方法。
背景技术
随着国家对房地产的调控进一步加强，房屋会逐渐回归到其本来的用途-住，因此，人们在对房屋进行装修设计时，会愈发地挑剔。为了使人们获得直观、形象的视觉感官，目前大多采用三维化的设计方案供客户参考。
然而，现有的三维化的设计方案，大多通过设计师的现场量房及后期制作而生成，绘制周期长，工作效率低，无法实现现场与客户的边沟通、边绘制、边评价。在后续，客户对方案提出修改意见时，设计师需要耗费大量精力进行修改。
同时，光照条件是直接影响居住品质的重要一环，目前，装修设计师在房屋装修工地现场测量完户型相关数据后，如果想要获取该房屋的日照情况，往往需要待上一整天的时间（日出和日落）去了解，这种工作效率极为低下且不合理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种种基于移动设备端的户型日照分析方法，其可实时生成3D户型模型，并据此生成光照分析结果以作为设计依据。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于移动设备端的户型日照分析方法，包括：
S1、户型数据测绘；
S2、在移动设备端中进入草图绘制界面，在草图绘制界面中绘制墙体线，并从构件库中选取构件，设置墙体参数与构件参数，获得与现场户型匹配的户型平面图；
S3、开启移动设备端的GPS定位权限，将移动设备端水平放置，并使户型平面图与实际户型结构方向保持一致，获取移动设备端内置的陀螺仪指南针所获取的户型朝向角度值；
S4、根据户型平面图中的墙体参数及构件参数，进行三维图形的构建与3D渲染，获得3D户型模型；
S5、建立光照分析模型，根据所述户型朝向角度值计算户型模型中各区域的光照强度；
S6、设定各区域光照强度的阈值区间，若某区域的光照强度高于所述阈值区间的上限或低于所述阈值区间的下限，则返回步骤S2中修改该区域所对应的户型平面图或改变步骤S4中的3D渲染的材质，直至各区域的光照强度落入对应的光照强度阈值区间中。
进一步地，步骤S1中，通过蓝牙测距仪测绘户型数据，移动设备端与蓝牙测距仪进行蓝牙连接，获得蓝牙测距仪所测绘的数据，并在蓝牙测距仪所获取的数据上加上对应的墙体的厚度的二分之一，以作为墙体线的绘制数据。
进一步地，步骤S2中，以初始入户门的一侧为绘制起点Ps，以初始入户门的另一侧为绘制终点Pe，依次拖拉绘制点以生成连续的N段墙体线；
当N≥2时，草图绘制界面中生成由最后绘制的那段墙体线的终点Pi至绘制终点Pe的1或多条潜在路径，并在各潜在路径上设有闭合标签，双击闭合标签即根据该闭合标签所对应的潜在路径绘制剩余的墙体线，生成封闭墙体线；
所述潜在路径的生成规则为：连接终点Pi与绘制终点Pe所用的墙体线的段数最少，同时，各墙体线与初始入户门呈垂直或平行的关系。
更进一步地，双击闭合标签后，即在所生成的封闭墙体线中生成房间ID标识，双击房间ID标识即出现命名框以进行重命名，并在命名框上方或下方出现命名候选标签，命名结束后从构件库中选择房门并构建在墙体的对应位置，以房门为起点，开始下一区域的绘制。
进一步地，步骤S4具体为：
S41、三维图形构建：
根据墙体参数，将墙体线转化为空间坐标值，以进行面的绘制以形成墙体；
对墙体与构件的包含关系进行判定，根据构件参数，在墙体包含构件的位置进行镂空，并使用构件进行填充；
S42、3D渲染：对构件材质及墙体材质进行定义，渲染生成3D户型模型。
进一步地，当软件应用关闭时，以JSON数据格式将最后保存结果上传至云端，对于最后保存结果中涉及的墙体线、户型平面图及3D户型模型，仅上传对应的顶点信息；当在新的移动设备端开启软件应用时，新的移动设备端从云端获取JSON数据，并进行反序列化，加载生成相关图纸或模型。
更进一步地，若生成的户型平面图中包含弧形墙构件，则在上传的JSON数据中，将弧形墙构件以标准矩形墙的方式进行保存，即将弧形墙的两个端点视作矩形墙的两个端点，并保存弧形墙中点到矩形墙的距离，同时对保存结果赋予弧形墙标记；在反序列化过程中，遍历标记有弧形墙类型的对象，根据三点画弧法，将对应的矩形墙转化为弧形墙。
采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
本发明可快捷地进行户型绘制，同时，设置户型朝向，分析出户型中各区域的光照强度，并以三维方式呈现，更加直观。
本发明实现了基于移动设备端的现场户型绘制及光照分析，设计师可在现场直接与客户沟通、修改，以呈现多种分格的方案与效果，大幅节约了沟通成本。
附图说明
图1为本发明流程框图；
图2为根据距内墙面距离绘制的墙体线示意图；
图3为图2所对应的3D模型图；
图4本发明根据墙体中心线绘制的墙体线示意图；
图5为本发明草图绘制中的潜在路径示意图；
图6为本发明中构件的顶部边界点与底部边界点的示意图；
图7为本发明弧形墙的存储示意图；
图8为本发明的光照分析示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
请参考图1所示，一种基于移动设备端的户型日照分析方法，包括：
S1、户型数据测绘；
S2、在移动设备端中进入草图绘制界面，在草图绘制界面中绘制墙体线，并从构件库中选取构件，设置墙体参数与构件参数，获得与现场户型匹配的户型平面图；
S3、开启移动设备端的GPS定位权限，将移动设备端水平放置，并使户型平面图与实际户型结构方向保持一致，获取移动设备端内置的陀螺仪指南针所获取的户型朝向角度值；
S4、根据户型平面图中的墙体参数及构件参数，处理墙体与构件之间的组合关系，获得3D户型模型；
S5、建立光照分析模型，根据所述户型朝向角度值计算户型模型中各区域的光照强度；
S6、设定各区域光照强度的阈值区间，若某区域的光照强度高于所述阈值区间的上限或低于所述阈值区间的下限，则返回步骤S2中修改该区域所对应的户型平面图，直至各区域的光照强度落入各区域的光照强度阈值区间。
其中，步骤S1中，通过蓝牙测距仪测绘户型数据，移动设备端运用原生安卓接口通讯方法获取蓝牙测距仪型号和机器码，获取蓝牙测距仪的激光定位数值反馈，获得蓝牙测距仪所测绘的数据。
传统的测绘方法是采用装修标准，其所测绘的户型数据是以蓝牙测距仪到墙面的距离为准（即以内墙面为墙体线），根据其测绘数据，绘制出的草图如图2所示，生成的模型图如图3所示，可以看出，图2与图3并不匹配，图2中两个房间的共用墙体处出现两段平行的墙体线，不符合制图规范。
本实施例中，采用建筑标准进行图形绘制，在蓝牙测距仪所获取的数据上自动加上对应的墙体的厚度的二分之一（即以墙体中心线作为墙体线），以作为绘制数据，墙体厚度可自行进行设定。如图4所示，其两个房间的共用墙体处仅一段墙体线，符合制图规范，并在视觉上与图3保持一致。
步骤S2中，以初始入户门的一侧为绘制起点Ps，以初始入户门的另一侧为绘制终点Pe，依次拖拉绘制点以生成连续的N段墙体线。在拖曳绘制点时，草图绘制界面显示当前绘制墙体线的长度及与上一墙体线之间的角度值。
假定上一墙体线的端点为A（xa，ya）、B（xb，yb），当前绘制墙体线的端点为B（xb，yb）、C（xc，yc），则当前墙体线的长度为
Figure 728691DEST_PATH_IMAGE001
；当前绘制墙体线与上一墙体线之间的角度值为
Figure 951862DEST_PATH_IMAGE002
。
将草图中的离散线状数据进行线性化处理，同时结合墙间距、墙宽及墙厚数据，生成墙体平面图，墙体平面图提供完整的墙面信息数据；根据墙体平面图中的不同线段两点之间的位置、方向进行长度测量计算，并进行数值标注。
为提高绘制速率，如图5所示，当N≥2时，草图绘制界面中生成由最后绘制的那段墙体线的终点Pi至绘制终点Pe的1或多条潜在路径，并在各潜在路径上设有闭合标签，双击闭合标签即根据该闭合标签所对应的潜在路径绘制剩余的墙体线，生成封闭墙体线。
所述潜在路径的生成规则为：连接终点Pi与绘制终点Pe所用的墙体线的段数最少，同时，各墙体线与初始入户门呈垂直或平行的关系。
双击闭合标签后，即在所生成的封闭墙体线中生成房间ID标识，双击房间ID标识即出现命名框以进行重命名，并在命名框上方或下方出现命名候选标签（包括客餐厅、主卧、次卧、厨房、主卫、次卫、阳台以及衣帽间等），命名结束后从构件库中选择房门并构建在墙体的对应位置，以房门为起点，开始下一区域的绘制。
所述构件库中设有多种具有代表性的构件，包括房门/门洞/柱子/房梁/直窗/飘窗/分隔墙/弧形墙/栏杆/空调架/地标/墙标等。从构件库中选择对应的构件并拖曳至相关区域，双击某一构件可进入三维可视化编辑模式，对构件的长度、宽度、厚度及其它属性进行快速调整，存储到本地数据库，用户可以实时观察到构件修改过程中外形的变化。
步骤S4包括以下步骤：
S41、三维图形构建：根据墙体参数，将墙体线转化为空间坐标值，以进行面的绘制以形成墙体；对墙体与构件的包含关系进行判定：根据构件参数，在墙体包含构件的位置进行镂空，并使用构件进行填充。
具体地，根据墙体参数，将墙体线的端点P1、P2转化为空间坐标值，以墙体线为中心线，沿墙体线的法线的两个方向，通过墙体线的法线与二分之一的墙体厚度的乘积分别获取内墙线及外墙线，以生成墙体轮框线，获得墙体平面图数据。
将墙体平面图数据结合各个墙体的高度信息，获得在各墙体的墙顶部平面绘制顶点，即获得了内外墙面的顶部四个顶点，将所述的各个顶点，在同墙线的垂直面上，分别使用不重复的三个顶点逆时针连接，并进行三角面处理，所有三角面组成了构成墙体的三维模型。
最后，根据构件参数，对墙体进行分段处理，在构件所属的墙体上进行镂空，并使用构件进行填充，分别处理成构件墙体左部绘制，构件墙体中部绘制，构件墙体右部绘制。
构件墙体左部与构件墙体右部的绘制：将获取的分段墙体信息，结合造成分段的构件高度、宽度，生成分段墙体的起始绘制点，将通过底部绘制点与顶部绘制点进行逆时针连接，进行多边形分格化，可以得到由多个三角面集合构成的构件墙体左部与构件墙体右部。
所述构件墙体中部绘制：将造成分段构件的顶部边界点与中部墙体顶部边界点以及造成分段构件的底部边界点与中部墙体底部边界点逆时针连接，进行多边形分格化，得到由多个三角面集合构成的构件墙体中部。
如图6所示，构件顶部边界点（P1-P4）与底部边界点（P5-P8）的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
Figure 813508DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 930368DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 829054DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 929734DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 673699DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 910646DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 980233DEST_PATH_IMAGE011
；
式中，C（x、y、z）为构件中心，S（x、y、z）为构件的空间大小。
S42、3D渲染：对构件材质及墙体材质进行定义，渲染生成3D户型模型。
步骤S5中，引入日照分析模型，根据设定的户型朝向，采用基于GPU的三维投影方式的图像分析法，以利用智能移动手机设备的GPU、电脑GPU或显卡的硬件加速能力，对户型的特定区域进行光照强度分析，模拟出早上6:00至晚上18:00日出日落真实环境。
如图7所示，将根据真实户型数据生成的3D模型，与标准的日照分析模型相比较，计算出比例因子，根据这个比例因子，对3D模型适配不同尺寸，让3D模型在日照分析模型中不会显得过大或过小。
光照强度定义：这里指的光照强度是我们用于确定场景平行光光源（代表太阳光）是否对户型内对象产生影响的一种方法。我们通过指定如下体积列表使光照（太阳光源）起作用，包含物体是否产生阴影、接受阴影，平行光光照体积列表和平行光光照排除体积列表。简单来说，位于光照体积列表中的任何平行光范围内的对象将会被照亮，而位于光照排除体积列表中的任何体积内的对象不会被照亮。
光照强度单位的英文名为Lux，中文名为勒克斯，1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上产生的照度，就是一勒克斯。
在整个日照分析系统中，相对观察者而言，最终光照结果是所有光照成分的总和=环境光(ambient)+自发光+sum(漫反射)+sum(镜面反射)。因此，对于房屋内设计师所处位置，实际光照强度I=环境光(Iambient)+漫反射光(Idiffuse)+镜面高光(Ispecular)。
环境光计算公式：Ambient = Aintensity * Acolor，其中，Aintensity表示环境光强度，Acolor表示环境光颜色。
漫反射光计算公式：Diffuse = Dintensity * ColorLight * Max(N * L, 0)，其中，Dintensity表示漫反射强度，Dcolor表示漫反射光颜色，N为该点的法向量，L为光源向量，其中N与L点乘，如果结果小于等于0，则漫反射为0。
镜面反射光计算公式：Specular = Sintensity * Scolor * (R.V)^，其中，Sintensity表示镜面光照强度，Scolor表示镜面光颜色，R为光的反射向量，V为观察者向量，n称为镜面光指数)。
步骤S6中，设计师通过光照强度判定太阳光线是否对该房间区域产生一定影响，若目标区域的光照强度过高，则返回步骤S2中进行遮光设计，或者进入步骤S4，改变墙体或构件的材质，降低漫反射光与镜面光；若目标区域的光照强度过低，则返回步骤S2中进行透明开窗或进入步骤S4提升漫反射光与镜面光等设计。
此处的光照强度包含平均光照强度值及指定时段的光照强度值可选，根据用户需求设定。平均光照强度值：统计并记录24小时内，户型内某个区域（例如主卧室）的光照强度。指定时段的光照强度值：统计并记录某个时段中，户型内某个区域（例如客厅）的光照强度。
为防止数据丢失，在草图绘制界面中，每操作一个步骤就会自动保存一次JSON数据到本地数据库，每次保存将以最新JSON字段覆盖方式写入到本地数据库。当软件应用被关闭时，以JSON数据格式上传最后的操作结果至云端。对于其中涉及到的图形信息（如墙体线、户型平面图或3D户型模型），仅上传对应的顶点信息，当在该移动设备端打开软件应用时，允许自动加载历史数据（从本地数据库中）以恢复上次操作界面，显示上次自动存储的草图绘制内容。当使用新移动设备登陆账号时，新设备从云端下载JSON数据，并进行反序列化，新移动设备根据各顶点信息在新移动设备上解析生成图形数据，如此，即有效降低了对网络的要求，对于常规的户型图，其所需的流量缩小至10KB以下。
若生成的户型平面图中包含弧形墙构件（如图8所示），则在步骤S2中生成的JSON数据中，将弧形墙构件以标准矩形墙的方式进行保存（存储矩形墙的两个端点以及弧形墙中点距矩形墙的距离），同时将其标记为弧形墙；在步骤S41的反序列化中，遍历标记有弧形墙类型的对象，根据三点画弧法，将标准矩形墙转化为弧形墙，从而不必存储上传弧形墙的多段线信息，提高算法效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于移动设备端的户型日照分析方法，其特征在于，包括：
S1、户型数据测绘；
S2、在移动设备端中进入草图绘制界面，在草图绘制界面中绘制墙体线，并从构件库中选取构件，设置墙体参数与构件参数，获得与现场户型匹配的户型平面图；
S3、开启移动设备端的GPS定位权限，将移动设备端水平放置，并使户型平面图与实际户型结构方向保持一致，获取移动设备端内置的陀螺仪指南针所获取的户型朝向角度值；
S4、根据户型平面图中的墙体参数及构件参数，进行三维图形的构建与3D渲染，获得3D户型模型；
S5、建立光照分析模型，根据所述户型朝向角度值计算户型模型中各区域的光照强度；
S6、设定各区域光照强度的阈值区间，若某区域的光照强度高于所述阈值区间的上限或低于所述阈值区间的下限，则返回步骤S2中修改该区域所对应的户型平面图或改变步骤S4中的3D渲染的材质，直至各区域的光照强度落入对应的光照强度阈值区间中。
2.如权利要求1所述的一种基于移动设备端的户型日照分析方法，其特征在于：步骤S1中，通过蓝牙测距仪测绘户型数据，移动设备端与蓝牙测距仪进行蓝牙连接，获得蓝牙测距仪所测绘的数据，并在蓝牙测距仪所获取的数据上加上对应的墙体的厚度的二分之一，以作为墙体线的绘制数据。
3.如权利要求1所述的一种基于移动设备端的户型日照分析方法，其特征在于：步骤S2中，以初始入户门的一侧为绘制起点Ps，以初始入户门的另一侧为绘制终点Pe，依次拖拉绘制点以生成连续的N段墙体线；
当N≥2时，草图绘制界面中生成由最后绘制的那段墙体线的终点Pi至绘制终点Pe的1或多条潜在路径，并在各潜在路径上设有闭合标签，双击闭合标签即根据该闭合标签所对应的潜在路径绘制剩余的墙体线，生成封闭墙体线；
所述潜在路径的生成规则为：连接终点Pi与绘制终点Pe所用的墙体线的段数最少，同时，各墙体线与初始入户门呈垂直或平行的关系。
4.如权利要求3所述的一种基于移动设备端的户型日照分析方法，其特征在于：双击闭合标签后，即在所生成的封闭墙体线中生成房间ID标识，双击房间ID标识即出现命名框以进行重命名，并在命名框上方或下方出现命名候选标签，命名结束后从构件库中选择房门并构建在墙体的对应位置，以房门为起点，开始下一区域的绘制。
5.如权利要求1所述的一种基于移动设备端的户型日照分析方法，其特征在于：步骤S4具体为：
S41、三维图形构建：
根据墙体参数，将墙体线转化为空间坐标值，以进行面的绘制以形成墙体；
对墙体与构件的包含关系进行判定，根据构件参数，在墙体包含构件的位置进行镂空，并使用构件进行填充；
S42、3D渲染：对构件材质及墙体材质进行定义，渲染生成3D户型模型。
6.如权利要求1所述的一种基于移动设备端的户型日照分析方法，其特征在于：当软件应用关闭时，以JSON数据格式将最后保存结果上传至云端，对于最后保存结果中涉及的墙体线、户型平面图及3D户型模型，仅上传对应的顶点信息；当在新的移动设备端开启软件应用时，新的移动设备端从云端获取JSON数据，并进行反序列化，加载生成相关图纸或模型。
7.如权利要求6所述的一种基于移动设备端的户型日照分析方法，其特征在于：若生成的户型平面图中包含弧形墙构件，则在上传的JSON数据中，将弧形墙构件以标准矩形墙的方式进行保存，即将弧形墙的两个端点视作矩形墙的两个端点，并保存弧形墙中点到矩形墙的距离，同时对保存结果赋予弧形墙标记；在反序列化过程中，遍历标记有弧形墙类型的对象，根据三点画弧法，将对应的矩形墙转化为弧形墙。
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