趙昊磊 田宇哲 葉中文

基金項目：合肥工業(yè)大學(xué)2019年校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目資助（項目編號：X20191035953）。

摘 要： 我們針對裝配式建筑施工過程中，普通工人對于裝配式建造工藝了解不深，施工又缺乏相應(yīng)技術(shù)指導(dǎo)，學(xué)生在校缺乏學(xué)習(xí)裝配式建筑的輔助軟件等問題，將裝配式建筑建造工藝與VR技術(shù)相結(jié)合，利用3ds Max和MATLAB，開發(fā)了一個基于MATLAB的交互式軟件。

關(guān)鍵詞： 裝配式;建筑;VR技術(shù);交互式

【中圖分類號】TU201.4 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）04-0100-02

1 有關(guān)裝配式建筑的概述

裝配式建筑又稱預(yù)制裝配式建筑，即建筑的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，將構(gòu)件通過可靠的連接方式組裝而建成的建筑。

裝配式建筑的很多優(yōu)點隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步逐漸展露出來，如建造房子可以像機器生產(chǎn)那樣，成批成套地制作，只需把預(yù)制好的房屋構(gòu)件，運到工地裝配起來就成了，避免現(xiàn)澆混凝土養(yǎng)護(hù)問題，大大縮短了工期。目前我們國家的裝配式建筑尚處于初級階段，正處于普及的過程中，所以我們需要克服建造過程中的些問題，促進(jìn)發(fā)展裝配式建筑。

2 裝配式建筑領(lǐng)域中存在的一些問題

我們的項目，就是針對裝配式建筑中的一些問題提出解決方案。根據(jù)我們的調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)裝配式建筑在實際應(yīng)用中存在一些的缺點和不足之處。尤其在施工過程中，缺乏相應(yīng)技術(shù)人員指導(dǎo)施工，普通工人對于裝配式建造工藝了解不深，容易造成施工錯誤，甚至產(chǎn)生安全隱患。而且后備力量不足，學(xué)生在學(xué)校不能學(xué)習(xí)很多有關(guān)裝配式建筑的知識，缺乏一種生動形象的裝配式建筑施工教學(xué)方法。

3 預(yù)定的技術(shù)方案及途徑

經(jīng)過我們項目內(nèi)部討論，我們認(rèn)為VR技術(shù)（一種能夠創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術(shù)）能夠很好的解決當(dāng)下裝配式建筑領(lǐng)域的這部分問題。我們將裝配式建筑的建造過程與VR技術(shù)相結(jié)合，利用計算機生成一種交互式的三維動態(tài)視景，其實體行為的仿真系統(tǒng)可以進(jìn)行虛擬操作，用于建筑業(yè)可以更直觀的模擬施工過程，實現(xiàn)預(yù)施工，對建筑模型實施交互式控制。

3.1 技術(shù)方面

我們使用3ds Max、CAD、VRay、Premiere、MATLAB、MinGW、MATLAB Runtime這些軟件，進(jìn)行模型創(chuàng)建、動畫制作、場景渲染、后期剪輯、MATLAB GUI設(shè)計以及對該m文件的編譯。

3.2 模型創(chuàng)建

建模是一個難度大、耗時長的過程。3ds Max這款軟件對于初學(xué)者來說不容易上手，前期學(xué)習(xí)非常漫長。

我們在dwg格式的施工現(xiàn)場的平面布置圖，將各個功能區(qū)的實體模型創(chuàng)建出來，包括塔吊、未建成的樓、職工宿舍、生活區(qū)、預(yù)制構(gòu)件堆放區(qū)、施工人貨電梯等。

對于模型中的基礎(chǔ)設(shè)施部分，部分借用原有模型，如活動板房，但需這些模型一一拆開，再重新搭建起來，完成職工宿舍等模型的創(chuàng)建。對于預(yù)制構(gòu)件，盡量還原其最真實的樣子。并且對整個施工現(xiàn)場做了細(xì)節(jié)處理，如沙堆的起伏凸凹感、出入口設(shè)置員工實名制通道等，使得場景更為真實。

3.3 場景渲染

整個項目一共有七個部分的模擬動畫，包括樓梯的運輸，樓梯的放置，樓梯的起吊，樓梯的安裝，墻安裝，墻板安畫，墻板起吊。

利用3ds Max中VRay渲染器對原動畫視頻渲染。通過添加材質(zhì)，調(diào)整材質(zhì)參數(shù)，增加天空貼圖，將編輯好的材質(zhì)球賦予半球殼上，完成背景天空的設(shè)置。照明方面，采用VRaySun模擬太陽光。通過調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，特別是針對太陽光強度的設(shè)置，需要多次調(diào)整。初次發(fā)現(xiàn)整個場景顯示暗淡，通過多次嘗試后，改用VRayMtlWrapper包裹VRayLightMtl，并使天空背景僅發(fā)光而不影響周圍環(huán)境，進(jìn)而實現(xiàn)明媚的場景需要。

在模型、動畫、攝影機等一切準(zhǔn)備就緒之后，采用了VRay渲染器進(jìn)行渲染，每幀畫面渲染用時約1.5分鐘，動畫設(shè)置的是每秒30幀，所以對于一個十秒鐘的視頻渲染需要約8小時。渲染完成后輸出的視頻為avi格式，圖片為bmp格式。

3.4 MATLAB GUI設(shè)計及m文件編譯

在完成7部分的視頻剪輯之后，在MATLAB中輸入guide命令，創(chuàng)建一個GUI界面，添加7個按鈕，分別對應(yīng)這7個視頻。使用VideoReader、read、inshow、pause這幾個命令。采用VideoReader命令獲取視頻文件的每一幀，設(shè)置一個for循環(huán)并用read命令使MATLAB讀取所獲得的幀，inshow命令使每一幀顯示出來，pause命令設(shè)置幀與幀的間隔為0.01秒。將這些用于播放的代碼粘貼到GUI界面自動生成的代碼中相應(yīng)按鈕代碼下，尤其注意視頻的位置不能寫錯。

代碼編寫完成后運行，達(dá)到預(yù)期的目的，將這個m文件與fig文件合并生成exe文件，生成一個新的m文件，再進(jìn)行編譯。

運行編譯命令，要保證操作設(shè)備上有MinGW編譯器，選擇c++語言進(jìn)行編譯，生成一個exe文件，命名為achievement_export.exe。這個軟件在設(shè)備上就可以正常運行。

當(dāng)把這個軟件在其他設(shè)備上運行時，要安裝MATLAB Runtime軟件。這個軟件是一套獨立的共享庫，可以執(zhí)行已編譯的 MATLAB 應(yīng)用程序或組件。這樣就可以在任意一臺未安裝MATLAB的設(shè)備上使用該軟件。

3.5 視頻導(dǎo)出方面

導(dǎo)出的視頻中，在調(diào)慢了播放速度的片段，畫質(zhì)受損嚴(yán)重，是調(diào)慢了播放速度，每秒讀取的幀數(shù)變少，表現(xiàn)出來的效果是畫面模糊并且跳閃;還有同一個視頻文件因為反復(fù)導(dǎo)入導(dǎo)出，畫質(zhì)受損疊加，這個問題在后期才發(fā)現(xiàn)，視頻導(dǎo)出格式采用H.264，預(yù)設(shè) High Quality 1080p HD，長寬比為方形像素，時間插值為光流法等，以上這些問題都會影響導(dǎo)出視頻的畫質(zhì)。

4 成績和收獲

使用3ds Max制作施工動畫，并設(shè)計一個基于MATLAB編寫的軟件，通過點擊軟件里對應(yīng)的按鈕，可以查看不同預(yù)制構(gòu)件從運輸、擺放再到施工的全部流程，將裝配式建筑施工工藝與VR技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了人機交互式。

我們的軟件具有很強的實用性，操作簡單且受眾廣泛：

指導(dǎo)施工：施工人員可以針對性的查看裝配式建筑不同預(yù)制構(gòu)件在施工時的具體流程，使用起來較市面上的裝配視頻更加方便快捷。

教學(xué)功能：教師可以將此軟件運用于課堂，對學(xué)生進(jìn)行裝配式建筑教學(xué)，使課堂更加生動，有助于培養(yǎng)裝配式建筑行業(yè)相關(guān)人才。

現(xiàn)場演示：施工企業(yè)還可以運用此軟件進(jìn)行施工現(xiàn)場及各個細(xì)節(jié)的展示，便于監(jiān)督管理。

5 結(jié)語

裝配式建筑施工前進(jìn)行施工動畫模擬有助于推動建造工藝的巨大進(jìn)步，也對完善施工步驟、減少工程造價有重要作用。本文介紹了實現(xiàn)裝配式建筑預(yù)施工的一種可能和詳細(xì)的過程，對裝配式預(yù)施工起到一定的指導(dǎo)作用。

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