CN108492382A - Vr可视化施工交底方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了VR可视化施工交底方法及系统，所述方法包括：搭建目标建筑的VR初始模型；对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。本发明通过目标建筑的模型搭建、场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的三维VR模型，施工人员可通过VR设备，方便实时查看目标建筑，以对工程细节有具体实时了解且，提高了交底工作效果及效率，降低了工作成本。

Description

VR可视化施工交底方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑施工交底技术领域，特别涉及一种VR可视化施工交底方法及系统。

背景技术

施工技术交底实为一种施工方法，在建筑施工企业中的技术交底，是指在某一单位工程开工前，或一个分项工程施工前，由相关专业技术人员向参与施工的人员进行的技术性交待，其目的是使施工人员对工程特点、技术质量要求、施工方法与措施和安全等方面有一个较详细的了解，以便于科学地组织施工，避免技术质量等事故的发生。

现有的建筑施工交底可通过召集会议形式进行技术交底，并应形成会议纪要归档；即通过施工组织设计编制、审批，将技术交底内容纳入施工组织设计中。

各专业技术管理人员应通过书面形式配以现场口头讲授的方式进行技术交底，其方法操作繁琐，施工人员对建筑设计结构缺乏现场立体感，而且通常还需要在项目建造及拆除实体工法样板，这样，不仅操作复杂，工作效率低，交底效果有限，且工作成本较高。

发明内容

本发明的目的是提出一种VR可视化施工交底方法及系统，能方便施工人员对工程细节有具体实时了解，提高交底工作效果及效率，降低工作成本。

为达到上述目的，本发明提出了一种VR可视化施工交底方法，包括：

搭建目标建筑的VR初始模型；

对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；

将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。

进一步，在上述的VR可视化施工交底方法中，所述通过搭建目标建筑的VR初始模型的步骤具体包括：

通过CAD软件分析目标建筑的图纸；

将目标建筑的图纸导入3Dmax软件中，通过3Dmax软件搭建目标建筑的VR硬装模型；

对所述VR硬装模型进行UV处理；

通过3Dmax软件将UV处理后的VR硬装模型转化为可编辑多边形得到VR初始模型，并以FBX的形式导出保存于预设的文件夹内。

进一步，在上述的VR可视化施工交底方法中，所述对所述UV处理具体包括贴图UV及光照UV。

进一步，在上述的VR可视化施工交底方法中，所述对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置的步骤具体包括：

通过UE4渲染引擎编辑并调节所述VR初始模型的相关属性，所述相关属性包括位置属性及碰撞属性；

通过UE4渲染引擎对所述VR初始模型进行材质贴图处理；

通过UE4渲染引擎对所述VR初始模型进行灯光渲染及光照烘焙。

进一步，在上述的VR可视化施工交底方法中，所述通过UE4渲染引擎编辑并调节所述VR初始模型的相关属性的步骤之前还包括：

通过UE4渲染引擎创建文件夹，并将所述VR初始模型模型导入UE4渲染引擎。

进一步，在上述的VR可视化施工交底方法中，所述对所述VR初始模型进行场景渲染的步骤还包括：

优化VR初始模型的工艺安装步骤。

进一步，在上述的VR可视化施工交底方法中，所述对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置的步骤还包括：

对渲染后的VR初始模型进行UI提示面板的调用、角色的控制与模型的拾取及特定功能的设置，生成目标建筑的VR模型，所述特定功能包括电梯的升降、模型的替换、角色的上升及射线拾取。

进一步，在上述的VR可视化施工交底方法中，所述通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动的步骤之前包括：

选择设定VR体验区；

将VR设备的定位器安装在设置好的房间的对角位置，并转动定位器，且使前面板朝向体验区中心；

将VR设备与PC端的连接，在PC端运行VR设备应用程序，运行房间设置，PC端设置活动有效区域。

另，本发明还提供一种VR可视化施工交底系统，包括：

模型搭建单元，用于搭建目标建筑的VR初始模型；

渲染交互单元，对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；

VR体验互动单元，用于将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。

本发明通过目标建筑的模型搭建、场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的三维VR模型，施工人员可通过VR设备，方便实时查看目标建筑，以对工程细节有具体实时了解且，提高了交底工作效果及效率，降低了工作成本。

附图说明

图1为本发明VR可视化施工交底方法的流程示意图；

图2为本发明中VR硬装模型进行UV处理一实施例的具体示意图；

图3为本发明中VR硬装模型进行UV处理一实施例的另一具体示意图；

图4为本发明中VR体验区的具体示意图；

图5为本发明VR可视化施工交底系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明提供一种VR可视化施工交底方法，包括以下步骤：搭建目标建筑的VR初始模型；对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。这样，通过目标建筑的模型搭建、场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的三维VR模型，施工人员可通过VR设备，方便实时查看目标建筑，以对工程细节有具体实时了解且，提高了交底工作效果及效率，降低了工作成本。

请参阅图1，本发明VR可视化施工交底方法具体包括以下步骤：

步骤S11：搭建目标建筑的VR初始模型；

具体实现时，VR是虚拟现实Virtual Reality的缩写，其具体是指借助计算机及最新传感器技术和设备创造的一种崭新的人机交互手段。VR技术的原理是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

请参阅图2及图3，本发明采用CAD2016软件先分析目标建筑（本实施例以幕墙工艺为例）的图纸，确认目标建筑的各构件基准；再将CAD图纸导入3Dmax软件中，通过3Dmax软件搭建目标建筑的VR硬装模型（例如工艺构件和厂房模型）；对所述VR硬装模型进行UV处理，例如对已搭建好的VR硬装模型（以厂房支架为例）进行一次UV（贴图UV，请参阅图2）和二次UV（光照UV，请参阅图3）的处理，以此来保证后续模型贴图和模型纹理及细节的正常显示；通过3Dmax软件将UV处理后的VR硬装模型转化为可编辑多边形，并以FBX的形式导出保存于预设的文件夹内。

即所述步骤S11具体包括：

通过CAD软件分析目标建筑的图纸；

将目标建筑的图纸导入3Dmax软件中，通过3Dmax软件搭建目标建筑的VR硬装模型；

对所述VR硬装模型进行UV处理；

通过3Dmax软件将UV处理后的VR硬装模型转化为可编辑多边形得到VR初始模型，并以FBX的形式导出保存于预设的文件夹内。

步骤S12：通过UE4渲染引擎对所述VR初始模型进行场景渲染；

具体实现时，本发明采用UE4渲染引擎进行VR初始模型的场景搭建、美术处理及交互设置。在渲染引擎的选择上，与传统的Unity相比，虚幻引擎4（UE4)有如下优点：

①有专用的设计资源和优化公司，打造高端和沉浸式VR。

②可以使用蓝图进行可视化编程。

③可预先构建框架，快速创建环境和粒子系统，百万级渲染；

④有更好的画质，材质编辑器较好。

⑤引擎的源代码可以从Github开源社区下载，意味着开发者实质上可以修改任何东西，包括物理引擎、渲染和图形用户界面，比较方便。

具体地，打开UE4渲染引擎，创建并命名指定的文件夹名称，例：Mesh（模型）、Texture（贴图）、Material（材质），最后将保存的FBX模型文件整体或单独导入Mesh文件夹中；而将所述Mesh文件夹中的模型文件拖入UE4渲染引擎的大场景之中，编辑并调节所述VR初始模型的相关属性，包括：Location属性（位置）、Collision属性（碰撞）等；接着，根据目标建筑的实际效果图对相应的模型进行贴图处理，包括目标建筑的实物模型所具备的纹理法线、高光、粗糙度、颜色以及透明度等，切实还原目标建筑真实场景，以此打造现实版美观的虚拟世界。

对于搭建好的目标建筑模型，在赋予相应的模型贴图后，需要设置灯光来照亮整个场景，此时需根据所述VR初始模型的属性来调取相应的灯光（一般为静态光）。然后基于场景的实际灯光效果，通过调整太阳光，聚光灯，点光源的强度、光射角度、范围及反射球的反射范围和强度等参数，对场景进行合理化的灯光与反射布局；

所述VR初始模型的整个场景灯光设置完成后，对其进行灯光烘焙和实际渲染，然后根据烘焙后的效果与实际效果的差异进行相应的灯光或模型的调整。

所述步骤S12具体包括：

通过UE4渲染引擎编辑并调节所述VR初始模型的相关属性，所述相关属性包括位置属性（Location）及碰撞属性（Collision）；

通过UE4渲染引擎对所述VR初始模型进行材质贴图处理；

通过UE4渲染引擎对所述VR初始模型进行灯光渲染及光照烘焙。

其中，所述通过UE4渲染引擎编辑并调节所述VR初始模型的相关属性的步骤之前还包括：

通过UE4渲染引擎创建文件夹（须特定的命名※），并将所述VR初始模型模型导入UE4渲染引擎。

需要说明的是，所述对所述VR初始模型进行场景渲染的步骤还包括：

优化VR初始模型的工艺安装步骤。

具体地，工程类工艺构件的安装需要严格的工序和操作流程作为保障，目标建筑（幕墙工艺）的安装更是如此。从初始的构件搭建到最终的工艺安装完成，大大小小的工序将近60余项，但考虑到实际的工期要求、厂房以及设备的限制，我们结合工艺安装的安全性、易操作性、节时性及安装成本省去了不必要的安装工序，并对部分主要工序做了优化，将安装工序精简到30项左右，具体如下：

①安全性：

项目工艺构件的安装采用半人工半智能的作业模式，在一定程度上提高了安装作业的安全性。

②节时性：

在下部垫片、螺母、支撑预埋件、拉索上部垫片的安装中，我们采用了首件安装后续相同构件自动生成的作业手法，大大的降低了安装工序的时间成本。

③易操作性：

在工艺的安装中，我们采用高效智能的识别有效区域自动安装的操作手法，让工艺的安装简单化。

步骤S13：对渲染后的VR初始模型进行交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；

具体实现时，在基本的场景烘焙之后，为了让用户更好的体验到和真实世界一样的效果，让场景更加逼真，更加真实的呈现出来，场景交互的嵌入是必不可少的，主要以蓝图设计交互（BluePrint）或者程序代码控制（C++）交互来实现。所述交互功能设置包括UI提示面板的调用、角色的控制与模型的拾取及特定功能的实现。

其中，UI提示面板的调用主要以蓝图控件为载体，创建必要的命令控件，再通过蓝图程序的编写来实现相关的功能；角色的控制与模型的拾取是指以蓝图设计的编译驱动为基础，体验者可以通过手柄控制器上的按键来触发角色上下、左右移动的程序命令，以及通过射线或者近距离吸附的方式来实现工艺零件的拾取和后期安装；而特定功能的实现是指除了基本的移动和模型拾取功能外，项目中也融合了部分有特定功能的交互，例如：电梯的升降、模型的替换、角色的上升、射线拾取。

所述步骤S13具体包括：

对渲染后的VR初始模型进行UI提示面板的调用、角色的控制与模型的拾取及特定功能的设置，生成目标建筑的VR模型，所述特定功能包括电梯的升降、模型的替换、角色的上升及射线拾取。

所述步骤S13还包括：对所述目标建筑的VR模型进行封装；

具体实现时，项目（目标建筑的VR模型）完成以后，需要对目标建筑的VR模型进行封装处理，以便于再次启用项目时可以更好的操作。封装要求一般如下：

1、项目设置中Default Maps要选择项目对应的项目Map。

2、项目设置中Default Modes选择对应的项目Mode。

3、项目设置中要勾选Star in VR。

4、以Windows 64bit 平台格式进行打包。

步骤S14：对VR设备进行安装设置；

具体实现时，VR项目是一项运用先进设备（HTC Vive、Oculus Rift）来满足用户需求的充满科技感的产品，它可以让用户在虚拟世界中体会现实的真实感和沉浸感。所谓沉浸感，就是使用户处于一个四维的虚拟世界之内，用户各种感觉器官、特别是视觉器官对虚拟世界发生适应性正向反馈。所述VR设备包括VR头盔、串流盒、操控手柄及定位器，本实施例中所述VR设备为HTC的Vive头盔。

请参阅图4，本发明VR设备在使用前，需要选择设定VR体验区，所述VR体验区即设定的VR设备（ Vive ）虚拟边界。用户与虚拟现实物体的互动都将在体验区中进行。Vive 设计用于房间尺度设置，但也可用于站姿和坐姿体验。 在选择设置前，请确保有足够的空间。房间尺度设置需要至少为 2 米 x 1.5 米的体验区；接着，再组装好VR设备的每个定位器，将定位器安装在设置好的房间的对角位置，并转动定位器，且使前面板朝向体验区中心。每个定位器的视场为120°应当将其向下稍微倾斜（30°~45°），最后接上电源线。再将VR头盔与PC端的连接，即将VR头盔接口对应连接，并与PC主机端对应的接口相连；最后将PC端下载vive安装驱动Steam VR，启动Steam VR，运行房间设置，PC端设置活动有效区域。

即，所述步骤S14具体包括：

选择设定VR体验区；

将VR设备的定位器安装在设置好的房间的对角位置，并转动定位器，且使前面板朝向体验区中心；

将VR设备与PC端的连接，在PC端运行VR设备应用程序，运行房间设置，PC端设置活动有效区域。

步骤S15：将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。

具体实现时，将所述VR模型导入VR设备后，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。

VR头盔（VR设备）：在原理上，通过头盔头部的陀螺仪，当人转动头部时，陀螺仪能够及时的通知图像生成引擎，及时的更新画面，从而使人感觉到，自己是在看一个环绕的虚拟空间，从而产生360度的三维空间感。

在VR项目体验中，就是通过头盔的转向来控制场景镜头的角度，以此来模拟现实生活中真实的角色转动。

VR设备的左右控制器（手柄）：在原理上，通过左右控制器上的功能按钮（扳机、触摸盘方向轴、手柄侧键）的程序驱动，用户用一系列的动作、手势、语言等人类自然的方式与虚拟世界进行有效的沟通，从而得到来自虚拟世界的反馈，这也就形成了所谓的交互。

手柄代替了鼠标和键盘，这样用户体验的时候就可以自由行走了，带来极大的方便性。

在VR项目体验中，用户通过左右控制器功能按钮可以实现角色的左右、上下、前后移动；由控制器程序驱动引发的抛物线形式的瞬间移动。在交互方面，用户通过控制器引发的射线可以实现UI面板模式的选择、功能面板的切换、物体的拾取；也可以通过控制器的碰撞属性实现电视开关、电梯升降的触发、玻璃的安装等等。

另，请参阅图5，本发明还提供一种VR可视化施工交底系统，包括：模型搭建单元10，用于搭建目标建筑的VR初始模型；渲染交互单元20，对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；VR体验互动单元30，用于将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。

相比于现有技术，本发明VR可视化施工交底方法及系统通过目标建筑的模型搭建、场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的三维VR模型，施工人员可通过VR设备，方便实时查看目标建筑，以对工程细节有具体实时了解且，提高了交底工作效果及效率，降低了工作成本。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.VR可视化施工交底方法，其特征在于，包括：

搭建目标建筑的VR初始模型；

对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；

将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。

2.根据权利要求1所述的VR可视化施工交底方法，其特征在于，所述通过搭建目标建筑的VR初始模型的步骤具体包括：

通过CAD软件分析目标建筑的图纸；

将目标建筑的图纸导入3Dmax软件中，通过3Dmax软件搭建目标建筑的VR硬装模型；

对所述VR硬装模型进行UV处理；

通过3Dmax软件将UV处理后的VR硬装模型转化为可编辑多边形得到VR初始模型，并以FBX的形式导出保存于预设的文件夹内。

3.根据权利要求2所述的VR可视化施工交底方法，其特征在于，所述对所述UV处理具体包括贴图UV及光照UV。

4. 根据权利要求 3所述的VR可视化施工交底方法，其特征在于，所述对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置的步骤具体包括：

通过UE4渲染引擎编辑并调节所述VR初始模型的相关属性，所述相关属性包括位置属性及碰撞属性；

通过UE4渲染引擎对所述VR初始模型进行材质贴图处理；

通过UE4渲染引擎对所述VR初始模型进行灯光渲染及光照烘焙。

5. 根据权利要求 4所述的VR可视化施工交底方法，其特征在于，所述通过UE4渲染引擎编辑并调节所述VR初始模型的相关属性的步骤之前还包括：

通过UE4渲染引擎创建文件夹，并将所述VR初始模型模型导入UE4渲染引擎。

6. 根据权利要求 5所述的VR可视化施工交底方法，其特征在于，所述对所述VR初始模型进行场景渲染的步骤还包括：

优化VR初始模型的工艺安装步骤。

7. 根据权利要求 5所述的VR可视化施工交底方法，其特征在于，所述对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置的步骤还包括：

对渲染后的VR初始模型进行UI提示面板的调用、角色的控制与模型的拾取及特定功能的设置，生成目标建筑的VR模型，所述特定功能包括电梯的升降、模型的替换、角色的上升及射线拾取。

8.根据权利要求1所述的VR可视化施工交底方法，其特征在于，所述通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动的步骤之前包括：

选择设定VR体验区；

将VR设备的定位器安装在设置好的房间的对角位置，并转动定位器，且使前面板朝向体验区中心；

将VR设备与PC端的连接，在PC端运行VR设备应用程序，运行房间设置，PC端设置活动有效区域。

9.一种VR可视化施工交底系统，其特征在于，包括：

模型搭建单元，用于搭建目标建筑的VR初始模型；

渲染交互单元，对所述VR初始模型进行场景渲染及交互功能设置，生成目标建筑的VR模型；

VR体验互动单元，用于将所述VR模型导入VR设备，通过所述VR设备对所述VR模型进行查看互动。