[发明专利]基于AR的建筑风环境可视化方法

说明书

技术领域

本发明涉及AR的应用领域，特别涉及一种基于AR的建筑风环境可视化方法。

背景技术

数字化时代的到来掀起了对建筑形式意义的深层讨论。“性能化建筑”为这一话题提供了新的视角，提出了建筑中“形式意义”的转变——形式追随性能(Form Follows Performance)。多数研究和实践表明，设计初期阶段的决策对未来的建筑性能有着极其重要的影响。在这一阶段，将风速、风向与建筑形态、开口、朝向等参数纳入设计考量，发展出被动式风环境设计策略，可以有效地利用风的自然流动营造出舒适的微气候环境。

然而，风环境因其不可见性和复杂性，对于建筑师而言并不容易掌控。尽管随着科学技术的发展，人们可以通过传统的风洞实验和计算流体动力学(CFD)模拟对风环境进行评估，但是进行这些模拟需要相对专业的知识储备、复杂的模拟设定以及大量的时间和财力，这些限制导致对建筑风环境的模拟在建筑业只有不到1％的普及率，常用于标志性建筑的模拟。而且，这些模拟通常发生于设计中后期，在建筑几何形态和布局已基本确定的情况下，由专业人士进行“后评价”式的验证，它所能为设计流程带来的反馈通常相对有限。而在设计初期阶段，在概念方案迅速萌生的阶段，真正能够为建筑师所用的快速模拟工具少之甚少。

增强现实技术(Augmented Reality,AR)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供基于AR的建筑风环境可视化方法，以达到不仅可以展现真实建筑物的空间几何信息，同时可将虚拟的风环境同步显示出来，两种信息相互补充、叠加的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

基于AR的建筑风环境可视化方法，包括以下步骤：

1)建筑物的扫描识别与三维模型的重建，基于桌面上多位置多摄像头和深度摄像头进行实体建筑物扫描识别，获取建筑物的体型参数、相对旋转角度的朝向以及相对位置的信息，扫描信息借助后台软件处理，重建得到相对应的建筑数字模型；

基于Kinect v2对3D打印建筑物三维重建，Kinect v2能实时同步提供彩色和深度的图像；

2)模型数据与CFD开源软件的链接与环境模拟，基于OpenFOAM进行程序开发，其包括模型数据自动导入、自定义边界条件、添加湍流模型、建立求解器；CFD模拟数据需要在Unity3d引擎中开发数据转换层，使CFD数据能够导入引擎，模拟流体效果，中间层能够解析CFD模拟数据结果，转化成引擎使用数据；

效果通过Unity3d中的可视化功能开发完成，通过粒子运动，sprite的计算渲染，实现流体中质点的梯度，散度，旋度的运动模拟，场线模拟，最终对湍流粘滞力效果做到精确模拟；

3)模拟结果可视化反馈，经过快速迭代求解，其结果可分别显示在桌面级显示屏上与垂直薄膜显示屏上。

优选的，所述步骤1)中建筑数字模型的精度为1-10厘米。

优选的，所述步骤1)中对识别物体三维重建是基于多目照片和深度图的建筑重建，对场景模型的拓扑和材质贴图进行人工优化，作为进入引擎的预处理步骤。

优选的，所述步骤1)中还包括RGBD相机三维重建步骤，如下：a、相机姿态估计；b、纹理映射；c、提出RGBD特征描述。

优选的，所述步骤3)中桌面级显示屏上为水平面结果，垂直薄膜显示屏上为纵剖面。