基于虚拟仿真技术的建筑工程虚拟化勘测系统

冯乃熙 王平 李丽新 秦浩健 张天锜 康腾飞 曾其帅

摘要：当下的社会正处于一个信息科学技术飞速发展的时期，随着科学技术的发展，虚拟3D空间越来越容易实现和使用，这种方式使得用户通过人体的感知达到真实环境模拟的效果，在人为的干涉子下，引起虚拟空间环境的变化，达到现实生活中难以达到或者不可能达到的目的。用虚拟技术研究建筑工程施工，不会因自然环境等因素影响测量，将创造高效率的施工和促进技术的进步。本文就此测量方面的实现和作用进行研究探讨。

关键词：虚拟仿真、测量、3D技术

引言：日常的测距的方法通常是使用全站仪和标尺进行测量，当建筑物的结构复杂时，比如人员无法到达的狭窄空间等，会使得测量效率较低，而且由于测量工具比较笨重，久而久之，容易导致工人劳动强度较大、测量数据无法保证高准确性和高效性、打击工作积极性导致工作效率较低等。在生活中我们还能遇到买来家具搬不到室内的情况，和洗浴室水管破裂漏水不能及时发现的问题，我们小组便想通过一个虚拟系统来解决上述问题，使得上述问题可以通过简单的方式解决，在保留使用者所需不发生改变的情况下，能够降低成本，简化操作难度，使得它能够被多数用户接受。所以我们打算开发一款可以在虚拟3D空间中测距的软件，对以上问题进行全方位的解决。后来利用Unity开发了虚拟仿真建筑测距系统。此测量系统相对于传统的测量方法具有可操作性强，易上手，劳动强度小等优点。极大的解放了人们的双手，在降低劳动强度的同时一方面提高了安全性另一方面增加了数据的精确性。填补了虚拟仿真技术在测距方面的空白。

一、系统实现的关键方法

测量系统主要利用Unity引擎的射线和物体碰撞点技术，获取建筑物的表面，在获取两个点之后就可以进行距离的计算以及其他功能的实现。系统功能的模块如表1所示。

模块	功能
控制模块	通过不同的输入实现使用者控制的组件的位置的移动和旋转。
声音模块	根据水管是否破裂或水管开关的控制和是否正在使用物体修补作为判定，播放不同的声音。
文本显示	通过计算使用者想要测量的距离，将信息显示在空间的文本中，并可以透视一切看到文本。
灯光模块	根据键盘输入判断打开手电筒还是在指定位置添加光源，根据鼠标输入决定手电筒朝向，添加光源运用了克隆组件的技术。
开关模块	为输水管道的控制开关起伏以及水的存在，配合声音模块使用。
拖动物体	利用空间射线和鼠标拖动方法将空间中的物体拖动到指定位置。
测量模块	将鼠标右键按下和按住分别作为两个条件，用来确定使用者想要测量的两端。配合文本显示模块使用。
颜色模块	运用动态改变模型材质的方法，方便用户观察是否拖拽到相应物体。

表1系统功能模块

二、系统介绍及操作方法

测量的技术为鼠标右键按下和鼠标右键按住分别作为两个条件，用来定位用户想要测量的两端的定位点。进而对距离进行计算。这种建筑测量方法,其特征在于：在建筑物之上设置定位点，将虚拟激光与定位点连接，进行测量调整获取最新的距离数据，能够实时刷新距离的变化，直观性强。具体如图1所示。

图1 测距展示

对于一些常用的地点灯光不足的现象，可以在此处添加一个固定灯光，这采用了组件的复制技术，将其他有灯光的地方的灯复制过来达到添加灯光的目的。如图2和图3对比所示。

图2未添加灯光 图3 添加灯光后

为了能够解决更多的视野不够明亮的问题，我们准备了移动光源，让光源跟随用户移动，使得该系统在一些环境光达不到的地方也能正常运行，能够满足更多的情景，此技术利用了脚本对各种组件的控制通过设置灯的活跃状态来控制灯的开关。如图4所示。

图4 移动光源展示

拖拽的立方体利用鼠标拖动方法和射线封装类的方法，当鼠标对物体进行拖动时，立方体会移动到射线和任意物体相交的点处。此系统中射线和物体的交点就在拖拽的物体之上，
所以物体可以拖拽移动。可用于家居装修时进行家具的摆放。如图5所示。

图5 物体拖动展示

操作方法为W：向前移动 S：向后移动 A：向左移动 D：向右移动

Q：向左旋转 E：向右旋转 L：打开手电筒 K：添加灯光

R：将目前测量的数据固定位置

LeftCtrl：向下移动 LeftShift：向上移动

鼠标移动：激光落点移动

按住鼠标左键并移动：拖拽物体 按住鼠标右键并移动：进行测量

X：测量时锁定X方向 Y：测量时锁定Y方向 Z：测量时锁定Z方向

三、结语

此工程以建筑工程测勘技术与虚拟仿真相结合，为建筑测量项目的实施建立一个满足跨组织、跨专业、跨地域、跨时间等需求的高效、统一、准确、科学的系统。使得大部分理论工作只需在计算机中进行，对于很多不方便人工实地测量以及测量困难的地方都可以通过系统做到。极大地减少了物力和人力的消耗，操作时只需1～2人，一方面提高了工作效率，一方面降低了测量成本。真正的将建筑测量的沉重劳动解放了出来，实现了办公地点到目标建筑的零距离。

基金项目：吉林建筑大学大学生创新创业训练计划项目； 项目编号：202110191077