試析新型室內(nèi)水電裝修布線的三維設(shè)計(jì)

 

【論文摘要】室內(nèi)設(shè)計(jì)發(fā)展至今，早已突破了原有學(xué)科本位思想的束縛，把生態(tài)設(shè)計(jì)引入室內(nèi)設(shè)計(jì)，擴(kuò)展室內(nèi)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，將把室內(nèi)設(shè)計(jì)推向更高的層次和境界。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)成為當(dāng)前國內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文圍繞面向?qū)ο蟮男滦腿�維實(shí)體造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的問題進(jìn)行研究和探討，旨在為建立環(huán)保、廉價(jià)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用住房。

 

一、引言

 

當(dāng)今社會(huì)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。現(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?yàn)闆]有水電裝修布線圖紙，對(duì)原來的水管布置，電路走線不清楚的問題，導(dǎo)致裝修時(shí)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(zhǔn)確可靠的水電裝修布線信息，已成為一個(gè)迫切需要解決的問題。

 

二、新型室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究的背景、目的和意義

 

國內(nèi)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(cuò)，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(nèi)市場施工常用的布線設(shè)計(jì)以平面布線圖處理為主，接近工程設(shè)計(jì)人員的實(shí)際，有很好的應(yīng)用價(jià)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(duì)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(gè)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(shè)計(jì)不直觀、設(shè)計(jì)圖紙不協(xié)調(diào)、施工圖設(shè)計(jì)階段圖紙綜合會(huì)審困難等問題。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality），Delphi面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，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(shí)的水電布線圖紙保留下來，每次裝修的時(shí)候可以打開、編輯、存儲(chǔ)。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(gè)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(shí)，相關(guān)人員可以從數(shù)據(jù)庫中調(diào)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(diào)出所需墻面，修改和編輯相對(duì)應(yīng)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(shí)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(shí)水電布線的幾何對(duì)象，同時(shí)也是建筑物的基礎(chǔ)。由房屋模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以知道，對(duì)于復(fù)雜的房屋，其實(shí)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(gè)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(gè)個(gè)的單體狀態(tài)存在的，例如一間房間是由幾個(gè)墻面和一個(gè)屋頂組成。因此，簡化房屋模型在三維繪制時(shí)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(jié)構(gòu)的建立根據(jù)三維目標(biāo)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以分解為屋頂、墻面以及各個(gè)面的紋理數(shù)據(jù)。

 

房屋的可視化主要由房屋側(cè)面的可視化和復(fù)雜的房屋頂面的可視化構(gòu)成。房屋側(cè)面主要是由一個(gè)個(gè)四邊形構(gòu)成，可以用三角形組成的面片來表達(dá)。而對(duì)于房屋的頂面，一般是個(gè)復(fù)雜的多邊形結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮到三角形是最基本的圖形，適合圖形的顯示，所以對(duì)房屋屋頂?shù)亩噙呅畏指顬槿�角形進(jìn)行可視化，對(duì)于復(fù)雜房屋屋頂需要設(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)[2]。

 

對(duì)于建筑物和構(gòu)筑物幾何對(duì)象的模型建立的方法，國內(nèi)外對(duì)此有廣泛的研究，主要的研究重點(diǎn)是建筑物模型的自動(dòng)或半自動(dòng)的三維重建[3]，研究的主要內(nèi)容是建筑物屋頂模型的自動(dòng)提取與三維重建。這些研究主要重點(diǎn)都是集中在單個(gè)房屋模型的立體重建，對(duì)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(duì)象經(jīng)過模型化后，以數(shù)字的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，只有將其模型進(jìn)行可視化，才能看到虛擬的房屋。必須采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識(shí)，通過一定的算法，將房屋各模型通過計(jì)算機(jī)顯示出來，同時(shí)，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(nèi)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(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，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(shè)備進(jìn)行集中控制的電子系統(tǒng)。電路布線中，布線時(shí)線管盡量一根使用不要接頭，除特殊需要才截?cái)啵ū热玳L度小于2.8米），有底盒之間也是需要截?cái)嗟�。另外從使用安全上講布線時(shí)線管內(nèi)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(diào)插座必須4mm2（以上均為強(qiáng)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(jìn)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(duì)象模型表面逐個(gè)面進(jìn)行水電線路繪制時(shí)，在二維編輯器上先做好圖像，然后進(jìn)行貼圖，不僅可以節(jié)省繪制時(shí)間，同時(shí)可以增加模型的逼真性和現(xiàn)實(shí)性。貼圖是一個(gè)平面區(qū)域與指定的顏色或圖像區(qū)域之間的映射ξ:C→R。因此，平面區(qū)域上每一個(gè)點(diǎn)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(gè)顏色矩陣。因而為了取得正確的結(jié)果，必須建立顏色空間與幾何對(duì)象模型空間的正確的映射關(guān)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(biāo)系）之間的映射關(guān)系。對(duì)于三角形或四邊形只需要指定三個(gè)點(diǎn)之間的（（u）v），即可根據(jù)上述公式進(jìn)行求解，從而得出矩陣中的各個(gè)系數(shù)的數(shù)值大小。

 

對(duì)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(duì)于前一類數(shù)據(jù)使用屬性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，至于屬性數(shù)據(jù)的查詢與更新通過對(duì)象的標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。因?yàn)閹缀文Ｐ椭忻嫫�的屬性中保存了貼圖的名稱，因此在三維顯示時(shí)，能夠保證正確的貼圖映射結(jié)果。在三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，貼圖是其最為成功的技術(shù)之一，其是通過將圖像粘貼于幾何表面來增強(qiáng)圖形的真實(shí)感，既能增加繪制真實(shí)感又不影響幾何圖形本身的幾何復(fù)雜度。

 

五、三維模型在實(shí)體設(shè)計(jì)中的理論意義和環(huán)保效應(yīng)

 

房屋模型是三維的，而各個(gè)面上水電布線則在二維平面上進(jìn)行，并將水電布線圖粘貼到房屋三維模型對(duì)應(yīng)的面上，所以，系統(tǒng)必須解決人機(jī)交互和墻面拾取的問題。

 

但是房屋室內(nèi)水電布線三維可視化的理論和應(yīng)用的研究目前還處于研究與探索階段，一些實(shí)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(jié)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(duì)于單面墻的布線也能很好地調(diào)用、編輯、修改與存儲(chǔ)，解決了三維建模和二維圖片在三維物體上拾取、貼圖、存儲(chǔ)的問題。

 

另外，作為環(huán)境的創(chuàng)造者的室內(nèi)設(shè)計(jì)師，應(yīng)在具體設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)環(huán)保，水電布線應(yīng)充分考慮環(huán)保節(jié)能，其實(shí)是一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體：光、色、水讓人們能綜合地感受室內(nèi)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(shè)又必須和空間尺度、界面風(fēng)格相協(xié)調(diào)。

 

總之，水電布線是房屋使用的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，是“數(shù)字房屋”的重要組成部分，對(duì)其三維模型的可視化和空間分析的室內(nèi)裝修水電設(shè)計(jì)研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

 

【參考文獻(xiàn)】

 

[1]嚴(yán)勇《地下管線的三維可視化研究》，武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003。

 

[2]李志林，朱慶著《數(shù)字高程模型》，武漢大學(xué)出版社，2001.7。

 

[3]歐潮�！稖\談環(huán)境心理學(xué)與現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計(jì)——住宅室內(nèi)》[J]，《建筑知識(shí)》，2007（03）。

 

[4]耐特《建筑美學(xué)與能效設(shè)計(jì)——商務(wù)、工業(yè)及行政辦公建筑》[M]，遼寧科技出版社，2006。