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本文作者：董立巖1蔡觀洋1費(fèi)非2張賽楠1高洋1作者單位：1吉林大學(xué)2上海交通大學(xué)

3D智能家庭控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

該系統(tǒng)以實(shí)際別墅為載體，并且別墅內(nèi)部安裝定制的智能控制家電，如電冰箱，空調(diào)，電視和燈具等。因此實(shí)現(xiàn)過(guò)程中筆者使用3Dmax對(duì)實(shí)際別墅及內(nèi)部裝修物品進(jìn)行建模，使用戶(hù)可以在構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景中自由漫游，并且在漫游過(guò)程中，用戶(hù)可以對(duì)看到的智能家電實(shí)施控制，如控制電器的開(kāi)關(guān)，空調(diào)溫度的調(diào)整，電視的選臺(tái)等功能。使用戶(hù)通過(guò)此系統(tǒng)就能在一個(gè)位置控制整個(gè)別墅家電的狀態(tài)，方便用戶(hù)的生活。另外為使用戶(hù)能更直觀地了解整個(gè)別墅的布局情況，用戶(hù)可從別墅外面觀看別墅的剖面圖，達(dá)到用戶(hù)不走進(jìn)別墅內(nèi)部，從外邊就可以看到別墅各個(gè)房間的裝飾風(fēng)格以及家電的位置。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

系統(tǒng)采用3Dmax建模軟件構(gòu)建別墅模型，利用VS2010作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，基于DXUT框架完成了以上的系統(tǒng)目標(biāo)，用戶(hù)可以通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或觸摸屏與系統(tǒng)進(jìn)行交互［3］。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟如圖1所示。

漫游實(shí)現(xiàn)

1自由漫游

三維場(chǎng)景中的自由漫游，用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)，鍵盤(pán)，觸摸屏或其他的外接設(shè)備，可隨心所欲地在虛擬場(chǎng)景中查看各個(gè)角落的畫(huà)面?；驹?攝像機(jī)是漫游中一個(gè)重要概念，它像是人的眼睛，攝像機(jī)照到的地方就是用戶(hù)可以看到的地方。因此，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中將一些按鍵與功能相對(duì)應(yīng)，當(dāng)用戶(hù)按到相應(yīng)的鍵時(shí)，渲染模塊根據(jù)按鍵信息，調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)，功能函數(shù)完成相應(yīng)的攝像機(jī)參數(shù)和其他位置信息的設(shè)置，調(diào)用一些幾何變化，渲染模塊根據(jù)新的參數(shù)信息，重新渲染視角內(nèi)的模型，完成功能操作［4］。漫游的基本功能有:前后、左右移動(dòng)以及左右視角的旋轉(zhuǎn)。

2碰撞檢測(cè)

用戶(hù)在漫游過(guò)程中不能出現(xiàn)穿越墻壁的情況，為達(dá)到這種真實(shí)性，需要時(shí)刻對(duì)場(chǎng)景中的對(duì)象進(jìn)行碰撞檢測(cè)。而碰撞檢測(cè)就是檢測(cè)場(chǎng)景中不同對(duì)象是否發(fā)生了碰撞。從幾何上講，碰撞檢測(cè)表現(xiàn)為兩個(gè)多面體的求交測(cè)試問(wèn)題。常用的碰撞檢測(cè)算法有軸向包圍盒檢測(cè)算法，方向包圍和檢測(cè)算法，離散方向多面體檢測(cè)算法，時(shí)空包圍盒檢測(cè)算法等［5］。各算法有其自己的特點(diǎn)，根據(jù)人們的實(shí)際應(yīng)用，由于家電都是形狀比較規(guī)則的模型，基于包圍盒的檢測(cè)算法能快速準(zhǔn)確地計(jì)算出攝像機(jī)與其附近的模型的相交性。因此，筆者采用軸向包圍盒檢測(cè)算法，通過(guò)設(shè)置一個(gè)軸向長(zhǎng)方體將攝像機(jī)包裹起來(lái)，檢測(cè)此長(zhǎng)方體與模型是否相交［6］。項(xiàng)目中使用的碰撞檢測(cè)算法如圖2所示。

智能家電的交互

用戶(hù)在漫游過(guò)程中點(diǎn)擊家電，然后彈出對(duì)應(yīng)的家電控制面板，在面板中用戶(hù)設(shè)置家電的狀態(tài)，如開(kāi)關(guān)，空調(diào)的溫度、風(fēng)速和轉(zhuǎn)向等參數(shù)。點(diǎn)擊面板中的“確定”按鈕后，客戶(hù)端收集用戶(hù)的設(shè)置信息，將信息格式化后封包發(fā)送給服務(wù)器端;服務(wù)器端解析客戶(hù)端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求，控制家電讓其做出相應(yīng)的響應(yīng)，家用電器將響應(yīng)結(jié)果返回給服務(wù)器端;服務(wù)器端再將結(jié)果返回客戶(hù)端，客戶(hù)端將這些結(jié)果轉(zhuǎn)換為用戶(hù)可以理解的說(shuō)明信息反饋給用戶(hù)，用戶(hù)再根據(jù)這些反饋信息決定下一步操作，家電交互過(guò)程如圖4所示。