[发明专利]一种虚拟建筑空间搭建与漫游方法

说明书

本发明涉及一种虚拟建筑空间搭建与漫游方法，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。

技术领域

本申请涉及虚拟现实领域，具体应用于建筑空间，为一种低细节水平模型与全景图实时结合的虚拟建筑空间搭建与漫游方法。

背景技术

虚拟现实技术因其自身特点，已在各个社会领域得到广泛应用。在建筑学领域中，除了常见的设计表达与效果体验类应用外，往往需要用该技术为那些规模巨大的、或者尚未建成的、或者难以到达的、或者难以进入的、或者难以控制的建筑空间构建一个虚拟副本，供各种相关实验来漫游使用。

如Andreas Frey等人(2006)在游戏平台上二次开发的心理学实验平台。苑思楠,张玉坤等(2012)制作的城市街道网络认知实验。胡映东等(2017)制作用以评估建筑空间效果的实验方法。Meilinger等人(2008)研究了虚拟城市场景中寻路与记忆能力的关联性。Brunye等人(2018)基于虚拟现实开展的寻路行为中的空间决策过程研究。徐磊青，张玮娜等人(2010)针对标识布置与寻路行为的关联基于地铁站环境在虚拟现实场景中开展了行为学研究。杨阳，孙澄等人(2019)结合CAVE系统和眼动仪则开展基于虚拟现实的商业综合体空间寻路实验。也有Kuliga S F.(2015)的实验中发现，对教学办公建筑内的一段固定路径运动，虚拟现实技术可以给使用者带来与真实空间中相似的氛围与情绪体验。Miller MS.等人(1999)实验中认为在虚拟现实与真实环境中对室外路径的空间记忆是可以继承，并具有相似效果的。Perver K.等人(2018)的实验中，利用全景图技术对公园环境与人员安全感的关系进行了研究和比较。Pedro Sánchez Luis等人(2013)利用了室内拍摄全景图对一栋教学楼内部进行了场景采集，并在互联网上进行了展示和发布。

以上在虚拟场景中的实验均获得了在现场实验无法达到的效果，它们使用的虚拟场景搭建与漫游方法无外乎两种：一种是基于三维环境建模技术的虚拟现实(百度百科)它通过建立场景的三维模型并为之赋予纹理贴图，由计算机对漫游者动态视野画面的实时渲染计算，实现连续的虚拟三维漫游(本申请简称“模型方法”)；另一种称为“基于图像绘制技术的虚拟现实”(百度百科)、或称为“虚拟现实摄影(virtual reality photography)”(维基百科)，即通过现场采集或计算机渲染的全景图像，并在图像上设置热区，定义不同全景图像各个热区间的链接关系，实现使用者可以在多个全景影像间的跳转漫游(本申请简称“图像方法”)。

模型方法：优点是漫游体验连续，且可以在三维场景中通过程序控制来插入以三维模型描述的实验对象，在实时渲染计算中与场景的其余部分形成正确的双目立体几何遮挡关系，即便于在实验中根据需要，实时调整场景内容；缺点是场景模型的建立、贴图的采集与对准都极其耗费人力，且受制于漫游时计算机实时渲染的能力限制，在大型建筑场景中漫游时，必须在流畅度与细节水平之间进行权衡，最终制约逼真程度，影响实验效果(Meilinger等，2008；Brunye等，2018；徐磊青，张玮娜等，2010)。

图像方法：优点是无论多大的场景，一次体验的总是一张全景图，在当下的计算机实时渲染能力的条件下可以很轻松的确保流畅。同时，目前精度达到4K甚至8K的单张全景图片已能展示大量的细节，让使用者产生逼真的体验感受；缺点是没有了模型的支撑后，难以在漫游过程中通过程序控制，实时插入新的实验对象(需要在搭建阶段对每张全景图针对新实验对象进行画面插入编辑，费时费力)，同时在漫游时空间体验跳跃、不连续，不适合那些需要连续空间体验的应用(Perver K.等人，2018，Pedro Sánchez Luis等人，2013)。