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新型室內水電裝修布線的三維設計論文
【關鍵詞】三維空間；房屋模型；水電裝修布線設計
【摘要】室內設計發(fā)展至今，早已突破了原有學科本位思想的束縛，把生態(tài)設計引入室內設計，擴展室內設計的內涵，將把室內設計推向更高的層次和境界。隨著計算機圖形學的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實成為當前國內外的一個研究熱點。本文圍繞面向對象的新型三維實體造型設計系統(tǒng)中的問題進行研究和探討，旨在為建立環(huán)保、廉價的經(jīng)濟實用住房。
一、引言
當今社會隨著人民生活水平的提高，購房后一次裝修和舊房子再次裝修非常頻繁�，F(xiàn)在裝修房屋，尤其是在二手房重新裝修中裝修師傅往往面臨著因為沒有水電裝修布線圖紙，對原來的水管布置，電路走線不清楚的問題，導致裝修時經(jīng)常出現(xiàn)水管或電線損傷，給裝修帶來不必要的麻煩。所以為施工單位提供準確可靠的水電裝修布線信息，已成為一個迫切需要解決的問題。
二、新型室內設計系統(tǒng)研究的背景、目的和意義
國內也有一些公司致力于水電布線管理或施工軟件的開發(fā)，但大多數(shù)系統(tǒng)是2D或者2.5D的[1]。墻壁的水電布線縱橫交錯，用平面來表示并不充分，無法體現(xiàn)房屋布線后的三維整體狀態(tài)，沒有直觀的效果。目前國內市場施工常用的布線設計以平面布線圖處理為主，接近工程設計人員的實際，有很好的應用價值，但是開發(fā)者不是從房屋用戶角度出發(fā)的，房屋用戶對圖紙理解困難，安裝起來比較麻煩，而且不是三維的，無法給人一個房屋三維布線的立體感受，而且安裝工程中經(jīng)常出現(xiàn)二維設計不直觀、設計圖紙不協(xié)調、施工圖設計階段圖紙綜合會審困難等問題。采用虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality），Delphi面向對象編程技術，將隱藏的水電布線清晰、直觀地從三維角度呈現(xiàn)在用戶面前，并將裝修時的水電布線圖紙保留下來，每次裝修的時候可以打開、編輯、存儲。具備這樣功能的軟件，不僅適合裝修公司使用，還適合施工人員和屋主來使用，為他們提供很大的方便， 有著極大的市場潛力。
施工人員在裝修初期，建立房屋三維模型，選取具體施工的各個墻面，把水電安裝圖紙輸入電腦，并保存在數(shù)據(jù)庫中。再次裝修時，相關人員可以從數(shù)據(jù)庫中調出圖紙，以房屋三維的狀態(tài)顯示，做到水管的布置及電路的走線一目了然，然后根據(jù)本次裝修的具體情況，調出所需墻面，修改和編輯相對應的原施工圖紙，并再次保存到數(shù)據(jù)庫中。這樣不僅能幫助施工人員合理的安排好水管和電路的走向，還可以為再裝修留下可供參考的依據(jù)，再次裝修時房屋的水電分布心中有數(shù)。
三、房屋裝修水電布線的模型化與可視化
房屋是裝修時水電布線的幾何對象，同時也是建筑物的基礎。由房屋模型的數(shù)據(jù)結構可以知道，對于復雜的房屋，其實也是由許多簡單的部分組成的，每一部分都占據(jù)一定大小的空間范圍，而且房屋的每一個面都可能具有不同的顏色或紋理的屬性特征。其次，在大多數(shù)情況下，房屋模型是一個個的單體狀態(tài)存在的，例如一間房間是由幾個墻面和一個屋頂組成。因此，簡化房屋模型在三維繪制時可以減少幾何數(shù)據(jù)的容量提高三維顯示速度。房屋模型場景樹結構的建立根據(jù)三維目標模型的數(shù)據(jù)結構，可以分解為屋頂、墻面以及各個面的紋理數(shù)據(jù)。
房屋的可視化主要由房屋側面的可視化和復雜的房屋頂面的可視化構成。房屋側面主要是由一個個四邊形構成，可以用三角形組成的面片來表達。而對于房屋的頂面，一般是個復雜的多邊形結構，同時考慮到三角形是最基本的圖形，適合圖形的顯示，所以對房屋屋頂?shù)亩噙呅畏指顬槿切芜M行可視化，對于復雜房屋屋頂需要設計算法實現(xiàn)[2]。
對于建筑物和構筑物幾何對象的模型建立的方法，國內外對此有廣泛的研究，主要的研究重點是建筑物模型的自動或半自動的三維重建[3]，研究的主要內容是建筑物屋頂模型的自動提取與三維重建。這些研究主要重點都是集中在單個房屋模型的立體重建，對于三維模型的編輯與交互操作方面的研究存在一定的欠缺，如:模型的形狀改變、分析功能的開發(fā)等。
房屋表面幾何對象經(jīng)過模型化后，以數(shù)字的形式存儲在計算機中，只有將其模型進行可視化，才能看到虛擬的房屋。必須采用計算機圖形學的知識，通過一定的算法，將房屋各模型通過計算機顯示出來，同時，通過有效的數(shù)據(jù)處理、LOD算法、多分辨率的圖像處理和逼真的紋理貼圖，來優(yōu)化房屋三維模型系統(tǒng)[4]。
四、室內水電裝修布線的綜合布線系統(tǒng)
水電改造屬于裝修的隱蔽工程，也是裝修的前奏工程。因此，在裝修過程一定要考慮周全。具體在施工過程中也需嚴格把好質量關，以免留下遺憾。水電安裝的綜合布線系統(tǒng)是指將水線、電器等設備進行集中控制的電子系統(tǒng)。電路布線中，布線時線管盡量一根使用不要接頭，除特殊需要才截斷（比如長度小于2.8米），有底盒之間也是需要截斷的。另外從使用安全上講布線時線管內是一條線到底的，中間不能有接頭，一般照明和一般插座2.5m㎡就夠了，廚房電器和空調插座必須4mm2 （以上均為強電）。水路布線改造完后必須打壓測試，通過打壓測試后方可封槽進行下一工序。具體到水電布線三維模型圖上，首先考慮水電布線圖映射模型：
將水電布線圖映射到房屋三維模型上，用的是貼圖的方法。在房屋幾何對象模型表面逐個面進行水電線路繪制時，在二維編輯器上先做好圖像，然后進行貼圖，不僅可以節(jié)省繪制時間，同時可以增加模型的逼真性和現(xiàn)實性。貼圖是一個平面區(qū)域與指定的顏色或圖像區(qū)域之間的映射:C→R。因此，平面區(qū)域上每一個點都有自己的顏色值。由于貼圖只是離散的圖像表示，它只是記錄了一個顏色矩陣。因而為了取得正確的結果，必須建立顏色空間與幾何對象模型空間的正確的映射關系。
一般情況下通過仿射變換的方法建立二維的紋理數(shù)據(jù)（像素空間）與三維的物體空間（三維物方坐標系）之間的映射關系。對于三角形或四邊形只需要指定三個點之間的（（u）v），即可根據(jù)上述公式進行求解，從而得出矩陣中的各個系數(shù)的數(shù)值大小。
對于屬性數(shù)據(jù)的管理，在數(shù)字表面房屋三維模型中，可以把屬性數(shù)據(jù)分為貼圖數(shù)據(jù)和幾何模型的語意描述數(shù)據(jù)兩大類型。對于前一類數(shù)據(jù)使用屬性數(shù)據(jù)庫進行管理，至于屬性數(shù)據(jù)的查詢與更新通過對象的標識碼進行關聯(lián)。因為幾何模型中面片的屬性中保存了貼圖的名稱，因此在三維顯示時，能夠保證正確的貼圖映射結果。在三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，貼圖是其最為成功的技術之一，其是通過將圖像粘貼于幾何表面來增強圖形的真實感，既能增加繪制真實感又不影響幾何圖形本身的幾何復雜度。
五、三維模型在實體設計中的理論意義和環(huán)保效應
房屋模型是三維的，而各個面上水電布線則在二維平面上進行，并將水電布線圖粘貼到房屋三維模型對應的面上，所以，系統(tǒng)必須解決人機交互和墻面拾取的問題。
但是房屋室內水電布線三維可視化的理論和應用的研究目前還處于研究與探索階段，一些實際的問題還需要解決，將三維建模和圖形圖像處理較好地結合在一起，使水電布線在三維表現(xiàn)上得到較好的體現(xiàn)，而且對于單面墻的布線也能很好地調用、編輯、修改與存儲，解決了三維建模和二維圖片在三維物體上拾取、貼圖、存儲的問題。
另外，作為環(huán)境的創(chuàng)造者的室內設計師，應在具體設計中充分體現(xiàn)環(huán)保，水電布線應充分考慮環(huán)保節(jié)能，其實是一個有機聯(lián)系的整體：光、色、水讓人們能綜合地感受室內環(huán)境，光照下界面和家具等是色彩和造型的依托“載體”，燈具、水管陳設又必須和空間尺度、界面風格相協(xié)調。
總之，水電布線是房屋使用的物質基礎之一，是“數(shù)字房屋”的重要組成部分，對其三維模型的可視化和空間分析的室內裝修水電設計研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。
【參考文獻】
[1]嚴勇《地下管線的三維可視化研究》，武漢大學碩士學位，2003。
[2]李志林，朱慶著《數(shù)字高程模型》，武漢大學出版社，2001.7。
[3]歐潮�！稖\談環(huán)境心理學與現(xiàn)代室內設計——住宅室內》[J]，《建筑知識》，2007（03）。
[4]耐特《建筑美學與能效設計——商務、工業(yè)及行政辦公建筑》[M]，遼寧科技出版社，2006。
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