CN111008419A - 一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于软件设计技术领域，公开了一种基于建筑三维参数化模型的建筑空间开放感的信息处理方法，设定视域并向参数化模型中导入视域中包含有周边物质界面信息的视觉信息数据；基于视阈中视点与物质界面的位置关系、物质界面的几何造型是否完整、物质界面的材料设定是否完整评价该参数化模型的有效性；若无效则向用户要求重新设置参数化模型；选择衡量空间中的参数化模型对象，并设定对象材料；检查衡量对象的材料设置是否完整；输出建筑空间开放感的评价结果。本发明使得设计师能利用现有的建筑计算机模型，数值化地计算和比较某一空间中不同设计方案的开放感大小；无需大量用户参与，减少了评价过程的繁琐度以及复杂度，避免了数据泄露问题。

Description

一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法

技术领域

本发明属于软件设计技术领域，尤其涉及一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：在建筑设计、室内设计、城市设计等过程中，往往需要综合地对某一空间进行评价，其中一项重要评价指标为开放感，即空间看起来是大还是小。特别在复杂的空间设计中，需要一种设计师主观判断之外的、客观的数值化空间开放感评价方式，并能结合入目前设计师普遍采用的工作流程中。

目前，没有类似的能对空间开放感做出数值化评价的软件，其主要原因是在过去的研究中，虽然不同的研究课题帮助确定了可能影响开放感评价的元素，但由于过去的研究多采用问卷形式构成，而不同的研究课题因语言、文化、实验设置、采集对象用户等各种原因，采用的问卷不一致，导致过去的结论很难被整合到一个模型中，并未能将采集到的感知数据与参数化模型能测出的实际数据对应起来；在业内参数化模型应用越来越普遍的情况下，提供这样的解决方案有助于设计师更好地在设计早期阶段横向比较方案优劣，并进行方案优化。现有的数值化获取用户对空间开放感评价的技术，主要基于用VR模型、实体微缩模型、或空间渲染照片等，直接询问大量用户后获得评价。这样的过程在实际设计实践的过程中，因每一轮方案比选都需要组织大量用户参与，对每一用户也需要大量时间测试所有设计选项，不但耗时费力，而且因为设计师的项目可能涉及到商业保密内容等关系，实际实施中会受到各种如合同条款等的阻碍，不能被广泛应用到设计师日常的设计流程中。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中无类似的能对空间开放感做出数值化评价的软件；

(2)现有软件的数值化获取用户对空间开放感评价直接询问大量用户后获得评价，过程耗时费力；且需要组织大量用户参与，同时实际实施中会受到各种程序上的阻碍，不能被广泛应用到设计师日常的设计流程中。

解决上述技术问题的难度：上述问题要求我们换一个角度考虑开放感评价的问题，摒弃单纯收集主观感受数据的做法，转为将可能影响主观感受的因素与客观的空间模型及从中抽取的数值对应。当下日渐普及的参数化模型提供了基于模型进行可编程计算的可能性，加速了本技术问题的解决。

解决上述技术问题的意义：上述问题的解决，使设计行业从业者有了一个在全设计周期中都能借助参数化模型开展的、独立于用户群体的开放感评价比较解决方案。这使得设计行业从业者能客观地快速横向比较自己的空间设计选项，做出更好的空间优化决定。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法。

本发明是这样实现的，一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法，所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法具体包括：

步骤一，设定视点(阵)并决定视角宽度，向三维模型中导入视阈中包含有周边物质界面信息的视觉信息数据。

步骤二，基于每一视点与物质界面的位置关系、物质界面的几何造型是否完整、物质界面的材料设定是否完整评价该参数化模型的有效性；若无效则向三维模型中重新导入，若有效，则指定视域信息。

步骤三，选择衡量对象，并设定衡量对象材料。

步骤四，检查材料是否完整，若材料不完整，则重新设定衡量对象的材料，若材料完整则进行视域开放感模拟；同时用户也可根据自身需要重复上述过程。

步骤五，输出建筑空间开放感的评价结果。

进一步，所述步骤二中，视点与物质界面的关系，主要基于设定视点后的视频线高度截面上，视点是否被物质界面所包围；

物质界面的材料设定，主要包括透明度P及材质调整参数K。

进一步，所述步骤四中，视域开放感模拟需要模拟用户的视觉注意力分布。本方法中，假设了对于每一视点O，以视点O为终点，在根据设定的视角确认的三维角范围内，接收到来自视域内受评价模型表面的反射光线n条，在参数化模型内即表现为连接视点和受评价模型表面某点的线段L；

从每一视点O出发，在视角内控制反射光线的分布的方式为：设人视角为A，以视角中心代表的向量为法线，在距离视点O为d的距离形成视觉投影面，记以该投影为底面，以O为顶点，A为回转角的圆锥，其底面的半径为4σ，则在该圆锥底面上作点x，视点O与点x连线的延长线方向，作为反射光线的方向，其中x在投影面上分布的概率方程f满足以下正态分布关系：

对每一条光线，需要对该光线的长度进行极值限定，对于每一条光线长度x，其处理后的值S为：

根据反射光线的反射面透明度P及材料属性K，以及设定的室外光线加权Q，为视角内的每条光线进行加权统计，形成模拟值M：

进一步，所述步骤五中，在设定单一视点的场合，直接输出数值。在设定视点阵的场合，对于每一视点的数值，在取值范围内指定色彩渐变，形成数据可视化输出。

本发明的另一目的在于提供一种基于所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的基于三维模型的建筑空间开放感评价系统，所述基于三维模型的建筑空间开放感评价系统包括：

数据导入模块：与主控模块连接，用于向三维模型中导入视阈中包含有周边物质界面信息的视觉信息数据；

信息评价模块：与主控模块连接，用于从物质界面的远近、物质界面的复杂程度、物质界面的材料、物质界面的颜色及相关方面评价导入的视觉信息是否有效；

视域指定模块：与主控模块连接，用于指定视域信息；

对象指定模块：与主控模块连接，用于选择衡量对象，并设定衡量对象材料；

主控模块：与数据导入模块、信息评价模块、视域指定模块、对象指定模块、完整性检查模块、模拟模块、评价输出模块连接，用于利用单片机控制各模块正常工作；

完整性检查模块：与主控模块连接，用于检查材料是否完整；

模拟模块：与主控模块连接，用于进行视域开放感模拟；

评价输出模块：与主控模块连接，用于输出建筑空间开放感的评价结果。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的建筑设计控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的室内设计控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的城市设计控制系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明使得设计师能利用现有的模型数据，数值化地计算和比较某一空间中不同设计方案的开放感大小。

本发明无需大量用户参与，减少了评价过程的繁琐度以及复杂度，同时也有效避免了数据泄露等问题。

本发明提供了一种解决方案，使得空间设计师(包括建筑师、室内设计师等)能利用设计过程中使用的模型数据，数值化地计算和比较某一空间中不同设计方案的开放感大小，并根据收集的数据和经验调整比较的基准，以适应不同的空间设计方案类型和对象人群。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法原理图。

图3是本发明实施例提供的基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理系统的结构示意图；

图中：1、数据导入模块；2、信息评价模块；3、视域指定模块；4、对象指定模块；5、主控模块；6、完整性检查模块；7、模拟模块；8、评价输出模块。

图4是本发明实施例提供的模拟用户的在视域内的视觉注意力正态分布概率示意图。

图5是本发明实施例提供的为视角内的每条光线进行加权统计前形成反射光线长度x值的示意图。

图6是本发明实施例提供的对于每一视点的数值在取值范围内指定色彩渐变，形成数据可视化输出的示意图。

图7是本发明实施例提供的商业合作案例；

图中：图(a)是某主朝向为西面的办公楼立面示意图；图(b)是对几种不同的立面设计进行开放感横向对比；图(c)是案例建成示意图。

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。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法包括以下步骤：

S101：向三维模型中导入视阈中包含有周边物质界面信息的视觉信息数据。

S102：基于物质界面的远近、物质界面的复杂程度、物质界面的材料、物质界面的颜色评价导入的视觉信息是否有效；若无效则向三维模型中重新导入，若有效，则指定视域信息。

S103：选择衡量对象，并设定衡量对象材料。

S104：检查材料是否完整，若材料不完整，则重新设定衡量对象的材料，若材料完整则进行视域开放感模拟；同时用户也可根据自身需要重复上述过程。

S105：输出建筑空间开放感的评价结果。

进一步，所述S102中，视点与物质界面的关系，主要基于设定视点后的视频线高度截面上，视点是否被物质界面所包围；

物质界面的材料设定，主要包括透明度P及材质调整参数K。

进一步，所述S104中，视域开放感模拟需要模拟用户的视觉注意力分布。本方法中，假设了对于每一视点O，以视点O为终点，在根据设定的视角确认的三维角范围内，接收到来自视域内受评价模型表面的反射光线n条，在参数化模型内即表现为连接视点和受评价模型表面某点的线段L；

从每一视点O出发，在视角内控制反射光线的分布的方式为：设视角为A，以视角中心代表的向量为法线，在距离视点O为d的距离形成视觉投影面，记以该投影为底面，以O为顶点，A为回转角的圆锥，其底面的半径为4σ，则在该圆锥底面上作点x，视点O与点x连线的延长线方向，作为反射光线的方向，其中x在投影面上分布的概率方程f满足以下正态分布关系(如图4所示)：

对每一条光线，需要对该光线的长度进行极值限定，对于每一条光线长度x，其处理后的值S为：

根据反射光线的反射面透明度P及材料属性K，以及设定的室外光线加权Q，为视角内的每条光线进行加权统计，形成模拟值M(如图5所示)：

进一步，所述S105中，在设定单一视点的场合，直接输出数值。在设定视点阵的场合，对于每一视点的数值，在取值范围内指定色彩渐变，形成数据可视化输出(如图6所示)。

如图3所示，本发明实施例提供的基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理系统包括：

数据导入模块1：与主控模块5连接，用于向三维模型中导入视阈中包含有周边物质界面信息的视觉信息数据。

信息评价模块2：与主控模块5连接，用于从物质界面的远近、物质界面的复杂程度、物质界面的材料、物质界面的颜色及相关方面评价导入的视觉信息是否有效。

视域指定模块3：与主控模块5连接，用于指定视域信息。

对象指定模块4：与主控模块5连接，用于选择衡量对象，并设定衡量对象材料。

主控模块5：与数据导入模块1、信息评价模块2、视域指定模块3、对象指定模块4、完整性检查模块6、模拟模块7、评价输出模块8连接，用于利用单片机控制各模块正常工作。

完整性检查模块6：与主控模块5连接，用于检查材料是否完整。

模拟模块7：与主控模块5连接，用于进行视域开放感模拟。

评价输出模块8：与主控模块5连接，用于输出建筑空间开放感的评价结果。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细的说明。

实施例1

本发明基于以下的基础原则实现：

1.当空间使用者在评价空间开放感时，主要是基于其视阈中的视觉信息。

2.根据视觉感知模型，空间使用者接收到的视觉信息主要来自于周边物质界面(如家具、墙壁等)的反射光，因此含有这些物质界面的信息。

3.对于空间开放感评价有效的视觉信息，主要包括物质界面的远近、物质界面的复杂程度、物质界面的材料、物质界面的颜色。

4.空间使用者对视阈中的信息，并不是平均地分散自己的注意力，而是在视线焦点周围集中更多的注意力，而更容易忽视视阈边缘的信息。

实施例2

本发明实施例提供的视域开放感模拟需要模拟用户的视觉注意力分布具体包括：

视域开放感模拟需要模拟用户的视觉注意力分布中，假设对于每一视点O，以视点O为终点，在根据设定的视角确认的三维角范围内，接收到来自视域内受评价模型表面的反射光线n条，在参数化模型内即表现为连接视点和受评价模型表面某点的线段L；

从每一视点O出发，在视角内控制反射光线的分布的方式为：设视角为A，以视角中心代表的向量为法线，在距离视点O为d的距离形成视觉投影面，记以该投影为底面，以O为顶点，A为回转角的圆锥，其底面的半径为4σ，则在该圆锥底面上作点x，视点O与点x连线的延长线方向，作为反射光线的方向，其中x在投影面上分布的概率方程f满足以下正态分布关系：

满足此公式生成的反射光线路径，从视点出发，其在空间中的分布如图(4)所示，即人在视平线即视觉中心点附近能注意到更多的环境信息，而在视域边缘注意到的环境信息较少。

对每一条光线，需要对该光线的长度进行极值限定，对于每一条光线长度x，其处理后的值S为：

因为针对不同大小的空间及设计方案产生的开放感，需要能够类比的值域才能起到对比方案开放感的作用，而不同空间中，反射光线长度x为取值范围变化最大的因变量，因此采用此公式，对长度x返回数值进行处理，限制每条反射光线长度返回的值，其取值在0-1之间，从而生成可类比的开放感数据结果。

根据反射光线的反射面透明度P及材料属性K，以及设定的室外光线加权Q，为视角内的每条光线进行加权统计，形成模拟值M：

此公式对因反射光线x产生的S值进行统计处理，材料的透明度P(以及相对的不透明度1-P)和材料属性K作为对S值的权重，而环境光线加权Q对视觉信息进行补充，最后取对所有S值的加权平均，产生某一视域中的开放感模拟值M。

实施例3

本发明业已部分被设计行业从业人士采用并已有商业合作案例。在某主朝向为西面的办公楼立面(如图7a)设计过程中，由于其轻质混凝土立面既需要对西晒封闭，又需要维持室内的空间开放感，设计团队即将标准层进行网格化划分，对整个标准层的每个网格都使用本方法，并将数值可视化，对几种不同的立面设计进行开放感横向对比(如图7b)。本案例的应用中，未采取透明度、材料属性及室外光线加权值。本案例已建成(如图7c)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法，其特征在于，所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法具体包括：

步骤一，设定视域并决定视角宽度，向三维模型中导入视域中包含有周边物质界面信息的视觉信息数据；

步骤二，基于视域中每一视点与物质界面的位置关系、物质界面的几何造型是否完整、物质界面的材料设定是否完整评价该参数化模型的有效性；若无效则向三维模型中重新导入；

步骤三，选择衡量对象，并设定衡量对象材料；

步骤四，检查材料是否完整，若材料不完整，则重新设定衡量对象的材料，若材料完整则进行视域开放感模拟；同时用户也可根据自身需要重复上述过程；

步骤五，输出建筑空间开放感的评价结果。

2.如权利要求1所述的一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法，其特征在于，所述步骤二中，视点与物质界面的关系，主要基于设定视点后的视频线高度截面上，视点是否被物质界面所包围；

物质界面的材料设定，主要包括透明度P及材质调整参数K。

3.如权利要求1所述的一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法，其特征在于，所述步骤四中，视域开放感模拟需要模拟用户的视觉注意力分布；

本方法中，假设对于每一视点O，以视点O为终点，在根据设定的视角确认的三维角范围内，接收到来自视域内受评价模型表面的反射光线n条，在参数化模型内即表现为连接视点和受评价模型表面某点的线段L；

从每一视点O出发，在视角内控制反射光线的分布的方式为：设人能最大合理分配注意力的视角为A，以视角中心代表的向量为法线，在距离视点O为d的距离形成视觉投影面，记以该投影为底面，以O为顶点，A为回转角的圆锥，其底面的半径为4σ，则在该圆锥底面上作点x，视点O与点x连线的延长线方向，作为反射光线的方向，其中x在投影面上分布的概率方程f满足以下正态分布关系：

此处，x为每条光线与视域中视线正对方向μ的夹角，μ正态分布中的期望值，设为0，σ为以视点O为顶点，以人能最大合理分配注意力的视角A为顶角、视线在距离视点O为d的距离上形成的视域圆锥体地面直径的1/4，在该正态分布公式中为标准差；

对每一条光线，对该光线的长度进行处理，使用sigmoid方程对数据进行极值限定，对于每一条光线长度x，其处理后的值S为：

其中l_max和l_min分别为针对该视点A及该视角设定下所有光线长度返回的最大值和最小值，e为自然对数函数的底数；

根据反射光线的反射面透明度P及材料属性K，以及设定的室外光线加权Q，为视角内的每条光线进行加权统计，形成模拟值M：

4.如权利要求1所述的一种基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法，其特征在于，所述步骤五中，在设定单一视点的场合，直接输出数值；在设定视点阵的场合，对于每一视点的数值，在取值范围内指定色彩渐变，形成数据可视化输出。

5.一种基于应用权利要求1所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的基于三维模型的建筑空间开放感评价系统，其特征在于，所述基于三维模型的建筑空间开放感评价系统包括：

数据导入模块：与主控模块连接，用于向三维模型中导入视阈中包含有周边物质界面信息的视觉信息数据；

信息评价模块：与主控模块连接，用于从物质界面的远近、物质界面的复杂程度、物质界面的材料、物质界面的颜色及相关方面评价导入的视觉信息是否有效；

视域指定模块：与主控模块连接，用于指定视域信息；

对象指定模块：与主控模块连接，用于选择衡量对象，并设定衡量对象材料；

主控模块：与数据导入模块、信息评价模块、视域指定模块、对象指定模块、完整性检查模块、模拟模块、评价输出模块连接，用于利用单片机控制各模块正常工作；

完整性检查模块：与主控模块连接，用于检查材料是否完整；

模拟模块：与主控模块连接，用于进行视域开放感模拟；

评价输出模块：与主控模块连接，用于输出建筑空间开放感的评价结果。

6.一种应用权利要求1所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的建筑设计控制系统。

7.一种应用权利要求1所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的室内设计控制系统。

8.一种应用权利要求1所述基于三维模型的建筑空间开放感的信息处理方法的城市设计控制系统。

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