从技术视域解析住宅设计软件范文

1概述

针对我国村镇基层设计人员基础薄弱、单位技术力量不足、计算机辅助设计技术缺乏等问题，通过对不同生产方式和生活模式下村镇居住模式和典型住宅建筑的研究，以及对建筑设计标准以及建筑设计自身特点的研究，通过计算机辅助设计及决策支持系统的研究开发，为村镇住宅建筑设计人员提供简便、易于操作、功能强大、知识系统丰富的村镇住宅计算机辅助建筑设计的成套技术。在此系统中，三维建筑设计软件支撑系统平台是基础平台，其他知识库系统和设计系统均在这个系统支撑平台环境之上运行。本文结合课题的研发实践，对研发时遇到的关键技术问题进行探讨，并阐述系统平台的架构和实现方法。本系统平台超越了传统CAD的以点、线、面等基本几何信息为基础的单一图形技术，通过对参数化可编辑的建筑实体构件按建筑设计的要求进行逻辑搭建，利用计算机分析与计算功能自动生成建筑平、立、剖面图以及实时三维显示和渲染，并在此基础上实现自动/手工的图纸排布及满足一定深度要求的图片渲染与动画展示。本系统包含基本构件库和扩展构件库。基本构件库包含建筑通用的墙、梁、板、柱、屋顶、门窗、楼梯等基本构件;在基本构件库的基础上，结合不同传统与地域村镇民居所常用的一些构造单元、样式等形成扩展构件库。每一类构件包含多种样式，每一种样式都是一个参数化的智能物体，它包含了构件的系统逻辑属性、几何属性、材料属性、显示属性、生产制造与经济属性等综合信息。由于不同参数可以进行组合，每一种构件又可以衍生出多种不同形式的构件，不仅能够满足正常的设计需求，而且大大丰富了设计手段。不同构件在系统中放置后，通过系统内核的逻辑计算，生成仿真的三维建筑模型。再通过系统的自动识别与设计人员的指定，生成平、立、剖图纸。所有构件在放置后都可以进行参数与属性的修改，并自动体现在相关的模型与图纸上，以此完成对设计的修改。同时可以基于模型数据，通过系统内部的计算功能与人工设定，实现图像渲染等多种辅助功能。本系统利用计算机技术实现快速设计，关键要解决参数驱动下的模型自动生成的相关技术，其主要内容包括:参数化构件的开发与生成工具;参数驱动的图形生成与处理;图形识别;构件空间交接逻辑计算;三维模型与二维图形间的转化;模型视图联动;模型调用;文本加载与标注;图形绘制;图像渲染与动画及其他相关的CAD辅助设计技术。通过对多种技术的研究、计算机代码编制与集成应用，形成最终的可操作的三维系统平台。

2系统架构

本系统平台的系统架构如图1所示。本系统的主要功能是接收用户对图形的操作命令和参数，执行相应的图形处理。如:图形的平移、缩放、旋转、实时预览及3D环绕等;绘制平、立、剖图，3D轴测图、透视图，3D线框图，3D着色图等;把模型渲染为具有真实感的照片或动画;根据一段时间内的太阳变化模拟真实情况下的建筑色彩、阴影等变化(日照分析);对基本构件和扩展构件提供支持等。

3扩展构件定义

系统平台的核心数据结构可分解为整体建筑模型数据和构件数据。整体建筑模型数据包括模型位置、层高等信息;而每个楼层的数据则是由构件信息组成的，每种构件的定义则存放在构件库中。系统平台的构件库从技术实现的角度看，可分为基本构件和扩展构件。所谓基本构件，是指在系统内部实现的梁、柱、墙、板等构件;而扩展构件是指在存放在扩展构件库中的、可以由用户根据需要自行添加的构件。在课题项目中，扩展构件被用于表现村镇民居使用的一些建筑构件，如有地域特色的栏杆、屋顶装饰等。构件与系统平台的各个部分都有关系。为了显示构件的三维模型，每个构件在定义时都要将自身分解为可以用点、线、面等基本绘图元素表达的图形对象。例如矩形截面的直线梁构件，在显示时需要将其分解为4个侧面和2个端面，如图2所示。对于二维图形(平面图)的绘制，不是简单地生成三维图形的二维投影，而是要根据建筑制图标准的要求，另行绘制。对于以上处理，基本构件是在系统平台内部实现的;扩展构件则是在定义构件时实现的。因此，对于每个扩展构件，都必须将其分解为点、线、面等基本图形元素，以便让底层3D图形库能够绘制出构件的3D模型;应该能够自定义2D图形的绘制方法，如果没有定义，则按照投影的方法自动生成2D图形。为了实现以上要求，我们将扩展构件设计成为若干属性和程序脚本的集合。每个构件都有它自己的属性，这些属性是用户可以自行定义的。每个构件的3D和2D绘制方法都可以通过程序自行定义，这些程序脚本以构件的属性作为参数，系统平台会在使用扩展构件时调用这些程序脚本，如图3所示。需要注意的是，2D图形绘制程序脚本是用于绘制平面图的，而3D图形绘制程序脚本同时用于生成立面图和3D图形，即立面图属于3D视图中的一种。为了在系统平台中支持扩展构件，系统平台中包含了程序脚本解释器，采用类似Basic语言的脚本语言。然后将底层图形函数库中的几何造型、数学运算等功能封装成为脚本语言的功能函数。当需要绘制扩展构件的平面图时，调用其2D图形绘制程序脚本;当需要绘制扩展构件的三维或立面图时，调用其3D图形绘制程序脚本。图形绘制脚本语言的功能函数概览如图4所示。

4图形交互子系统

本子系统用于与用户进行交互，接收用户输入的命令、设置的参数等，包括平移、缩放、环绕(旋转)、行进模式、3D浏览器预览、绘图控制等。

5图形绘制子系统

对于每一种构件(如梁、墙、柱、板、屋顶、楼梯、门窗等)，均可根据其材质、填充类型、颜色等，将每个构件描述成基本图元(点、线、面、多边形、多边体、图像等)。每个构件都有若干显示状态，如表1所示。绘制时可设置以下基本绘制参数:

(1)平面图显示参数显示楼层(所在楼层、所有楼层、与之相关的上下楼层、所有相关楼层等)，显示方式(剪切、投影、仅轮廓等)，对于投影显示，还可设置其投影范围。

(2)结构表现形式剪切填充类型(用于剖面图)，优先级(用于构件重叠部分的消隐处理)。

(3)剪切面参数前景填充画笔、背景填充画笔、剪切线类型、剪切线画笔等。

(4)轮廓显示参数顶部线类型、顶部线画笔、未剪切线类型、未剪切线画笔等。

(5)2D符号显示参数线类型、线画笔等。

(6)3D模型材质不同构件可能不同的面需要不同的材质贴图，可以对不同的侧面设置不同的材质。

(7)相关参数设置某些构件主要显示其文字描述的信息，需要有关于文字标注信息相关的参数设置:如字体样式、字高、文本画笔等。本系统的基本图形绘制规则如表2所示:对于2D的视图，每种构件的都有其特定的表现形式，例如在平面图中，梁用其中线表示，柱用其横截面轮廓及填充表示，如图5所示。对于3D视图，则提供线框图、消隐线框图和着色图三种表现形式，如图6所示。在投影方式上，可以选择轴测图和透视图两种方式。

6图形渲染子系统

本系统平台可提供模型的渲染图，其参数包括渲染结果的照片的大小、照片背景、渲染图像亮度、渲染范围、渲染光源、光线和材料效果等。渲染流程如图7所示。本系统平台还支持飞过动画渲染。首先创建一系列的平行投影或透视投影，在投影之间创建一个动画转换;然后在创建的投影处重建模型，生成关键帧;最后应用一些技术生成中间画面。7结束语基于建筑信息模型的设计方式正在逐步取代传统的以点、线、面为基础的绘图软件，而本系统平台直接将基本建筑构件内置于系统中，并提供可扩展的构件库，为《村镇住宅建筑设计模块化技术与软件开发》课题提供了良好的支撑。