[发明专利]一种虚拟建筑空间搭建与漫游方法

权利要求书

1.一种虚拟建筑空间搭建与漫游方法，其特征在于：

在搭建阶段，搭建出低细节水平模型，将其按漫游空间的几何特征划分出若干空间体验单元，并逐一为其采集、对准一幅全景图；

在漫游阶段，根据漫游者所在的视点位置，按照特定的调度算法，实时为各单元分配一副全景图并被从单元内的采集位置实时逆向投影回单元的三维模型表面来充当其纹理贴图；然后通过对所有单元的三维模型及其纹理贴图进行实时渲染计算，来得到双目立体视野中的动态画面及建筑空间的虚拟场景；

包括四大步骤，具体：

步骤一：在漫游区域内划分空间体验单元轮廓与设定采集投射点；

划分出若干空间体验单元，设每个单元的轮廓为封闭平面曲线S，其内有一个且只有一个用于后续采集与投射全景图的空间位置点V，V的地面投影为点O，前者位于后者正上方人视高度距离h处；

步骤二：搭建三维低细节水平数字模型；

首先，为整个建筑空间搭建低细节水平三维数字模型，描述与漫游者视线遮挡有关的建筑对象，然后，根据步骤一的单元划分，将上述整体模型划分为一系列独立的局部三维模型，以便于其独立承接全景图的逆向纹理贴图投射；

步骤三：采集每个单元的全景图并与其模型对准；

1)采集环节

为步骤二产生的每个独立空间体验单元，在其全景图采集与投射点V处采集全景图；实际采集时,周围建筑空间的各种细节特征均被投射到一个以V’为球心的承影球面上形成带色彩的点阵列，每个单元的实际采集点V’与步骤一划分时设定的点V之间，会因采集方式的不同，出现完全重合，或误差；

2)对准环节

对于通过计算机渲染获得的全景图，其在步骤一中设定的点V与实际采集点V’的位置与朝向完全吻合，无需对准；

对于通过现场采集获得的全景图，其在步骤一中设定的点V与实际点V’的位置存在操作误差，需要对准；

步骤四：实时调度空间体验单元模型上的全景图并实现漫游；

1)为每个空间体验单元模型实时调度一幅全景图充当起其纹理贴图：

首先，根据漫游者位置实时区分“近单元”与“远单元”，即以一个可调节的“自投影半径r”参数，计算出以当前漫游者所在位置P为圆心的圆形范围内，与哪些单元具有包含或相交关系即为“近单元”，哪些不具有上述关系即为“远单元”；

其次，对于“近单元”调度使用在其各自的实际采集投射点V’处获得的全景图，而对于“远单元”，以及漫游可达范围以外的其他模型部分，均调度使用当前漫游者所在单元的实际采集投射点V’处获得的全景图；

最后，对上述调度结果，即若干对“模型+全景图”，自动进行各单元模型纹理贴图的逆向投射生成，即每对中的全景图从其采集投影点V’，向四周投射全景图中的像素，投射至相应的模型表面，成为其纹理贴图；最终获得一系列带有纹理贴图的单元三维模型；

2)渲染一系列带纹理的单元三维模型；

所述带纹理的单元三维模型作为输入，通过计算机实时渲染计算技术，直接获得漫游者观看到的两眼动态画面，实现漫游。

2.根据权利要求1所述的虚拟建筑空间搭建与漫游方法，其特征在于：对于空间体验单元及采集投射点应满足四个条件：

1)采集投射点的地面投影点O对单元地面轮廓S的无遮挡原则；

每个空间体验单元的采集投射点在地面上的投影点O到轮廓S上任意点的连线不与轮廓的其他部分相交，即确保了在该单元中，以V点采集或投射全景图时，单元不会出现三维模型的自身相互遮挡；

2)单元轮廓S的线段产生原则；

每个空间体验单元轮廓S中的线段与建筑空间中附近的主要对象应保持重合、平行、垂直关系；

3)单元轮廓S的均匀原则；

每个空间体验单元轮廓S的长与宽应相近，且多个单元之间的面积大小也应相近；

4)所有空间体验单元组合在一起时，完全覆盖、不超漫游区域范围，且各自之间不存在重合。

3.根据权利要求1所述的虚拟建筑空间搭建与漫游方法，其特征在于：还包括开始步骤，先进行划定漫游可达范围，以形成符合实际应用的漫游区域，具体指收集拟建建筑空间的信息，划定允许漫游者踏足的地面范围作为漫游可达区域。

4.根据权利要求1所述的虚拟建筑空间搭建与漫游方法，其特征在于：步骤一所述划分方式，以下四个子步骤进行：

子步骤2-1：将整个建筑空间在地面以上的一般人视点高度分为墙地面与墙顶棚两部分；

子步骤2-2：对于墙地面与墙顶棚两者，根据能够对漫游者观察起到遮挡作用的对象的边界进行初次划分；其中墙地面部分的划分一般参考结构构件、墙地面突出构件、墙面悬挂构件、地面布设装置、高度与转折变化；墙顶棚部分的划分一般参考结构构件、墙面顶棚突出构件、墙面顶棚悬挂构件、高差与转折变化；

对于柱子、立杆、突出的拐角归类为“点”状对象，从“点”状的中心处向邻近的边缘或分割线，作垂线或连接直线段，以此获得新的单元边界；

对于板状标识、短墙面可以归类为“线”状对象，向两端延长其在地面上的投影线至邻近的其他边缘或分割线，从而产生新的单元边界；

得初次划分出的空间体验单元；

子步骤2-3：将墙顶棚和墙地面分别初次划分出的空间体验单元在平面上叠合，两者的单元边界可能存在包含或相交的情况，取重叠后的最小单元来作为最终的空间体验单元；

得最终划分出的空间体验单元；

子步骤2-4：将每个最终划分出的空间体验单元地面轮廓内的一点确定为其采集投射点V在地面上的投影点O；点O既确保其离单元地面轮廓的各条线段距离相近，又便于现场定位。