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三維空間范文第1篇

荷蘭設(shè)計師尤哈尼認(rèn)為，空間能力的釋放是情感以及肢體與設(shè)計畫面的觸碰，所表達(dá)的效果在于強烈的接觸性能。我國的設(shè)計大師陳逸飛曾說過“人們在設(shè)計時致力于打破視覺的局限，努力顛覆視覺效果，使設(shè)計更具有吸引力”。三維空間是一種在傳統(tǒng)設(shè)計層面上有凸出點、真實存在的空間效果，能夠通過平面感官，最大限度地刺激人與畫面之間的情感交流。因此，其拓展方向就在于搭建真實世界中的“平面感官”，如圖中的三維平面設(shè)計展示，設(shè)計師利用了鏡面效果以及圖片矛盾沖擊理念將廣場地面設(shè)計成了倒懸式真空效果，讓人走在這樣的場景上面體驗到了飄在語段的感覺，同時運用了反光影的技術(shù)效果，增強了設(shè)計的表現(xiàn)能力，最重要的一點是，這一設(shè)計從本身擺脫了二維平面設(shè)計的束縛，將設(shè)計理念活靈活現(xiàn)地添加在了真實場景當(dāng)中，依靠虛實結(jié)合的對比手法，設(shè)計出的場景更加真實，同時依靠真實人群以及建筑物的襯托，設(shè)計場景又富變幻效果，從不同的角度結(jié)合不同的設(shè)計理念，都能襯托出不同的效果，這便是人與三維平面設(shè)計結(jié)合的最好體現(xiàn)。

2拓展平面設(shè)計的趣味性

在設(shè)計創(chuàng)作中，有趣味的作品常常能吸引人的視線，產(chǎn)生較強的視覺沖擊力，從而達(dá)到信息高效傳達(dá)的目的。正如斯蒂芬·貝萊所言：“趣味是設(shè)計產(chǎn)品中最人類化、最直接、最能引起人們興趣的因素?！痹谄矫嬖O(shè)計中融入三維設(shè)計元素，可為設(shè)計的“趣味性”提供廣闊的施展空間，在表現(xiàn)形式和傳達(dá)功能上也拓展了平面設(shè)計的領(lǐng)域。設(shè)計師可以運用獨特的設(shè)計方式制造趣味性，為受眾創(chuàng)造動態(tài)的、立體的聯(lián)想與想象空間，引導(dǎo)他們充分發(fā)揮想象力，從而樂在其中。立體書《愛麗絲漫游奇境》已經(jīng)在世界各國創(chuàng)下銷售奇跡，該書是享有“紙的魔術(shù)師”盛名的美國藝術(shù)家羅伯特·薩布達(dá)之作，它被美國《紐約時報》評為最佳圖畫書，被美國《出版者》評為最佳讀物。

3打破慣性，增強新奇感與感官體驗三維平面設(shè)計的慣性

在于無法擺脫傳統(tǒng)二維平面的束縛，所以許多設(shè)計師從真正的空間與平面結(jié)合的角度出發(fā)，利用事物或者是人的行為動作創(chuàng)造新奇的感受。因此，近年來在許多3d藝術(shù)展上展出的設(shè)計畫面都參入了新奇與感官的效果，如圖中的3d設(shè)計，設(shè)計師的構(gòu)思是平凡人物與國際人物的零接觸交流，整幅畫面都設(shè)計在二維效果之中，唯有虛擬人物的手是“真實”的，同時依靠色調(diào)的明暗變化，以及搭建平臺的突出變化，使得整個畫面有了立體真實感，此時只需要人握住吐出來的“手”，就能通過雙向影響，完成虛實結(jié)合的效果，體現(xiàn)絕佳的空間能力。三維效果的拓展方向在于打破傳統(tǒng)的束縛，作者認(rèn)為對于傳統(tǒng)設(shè)計束縛的利用也是推動三維設(shè)計效果拓展的有利因素，如傳統(tǒng)設(shè)計中在乎運用明暗顏色、虛實對比等，這些設(shè)計手法并非是落后的手段，如果將其與真實效果結(jié)合，就能夠完整的凸顯出三維效果。因此，一切傳統(tǒng)設(shè)計空間中的元素一旦擁有了真實感，就會變成三維空間元素。其拓展重點根本在于真實性的塑造。所以筆者建議，將二維空間中的元素通過增加互動性、趣味性、新奇性等三大特性，利用虛實結(jié)合的手法，以“部分真實部分虛擬”的手段進(jìn)行提升，從而直接打破二維效果的束縛，解放空間能力，釋放平面張力，以此突出三維效果實現(xiàn)理念。

4結(jié)束語

三維空間范文第2篇

關(guān)鍵詞：立體構(gòu)成；制作；三維空間；空間思維

立體構(gòu)成是借助空間形態(tài)和實體形態(tài)共同制作出來的，所以，其是在應(yīng)用材料的基礎(chǔ)上，對力學(xué)、美學(xué)的綜合應(yīng)用。立體構(gòu)成的制作便是對學(xué)生所展開的基礎(chǔ)教學(xué)，讓學(xué)生通過對立體構(gòu)成制作的練習(xí)，來鍛煉自身的構(gòu)想力，使自身養(yǎng)成專業(yè)的三維空間思維，進(jìn)而可以更好的完成三維設(shè)計。

一、立體構(gòu)成制作對三維空間思維的培養(yǎng)分析

空間構(gòu)想力首先要拋開原有的平面思維，平面是由輪廓曲線來決定的，而立體中既包括輪廓曲線，又包括量，舉例來說圓圈是一個平面，而在圓圈的基礎(chǔ)上加上量的話，就發(fā)生了立體上的很多可能性，比如說變成一個球體或是一個圓錐體。立體構(gòu)成的制作從形態(tài)上來說是千變?nèi)f化的，因為其有多個不同的視點基本構(gòu)成，所以，視點的表現(xiàn)不同，所展現(xiàn)出來的形體的狀態(tài)也就不同。立體的空間形態(tài)是制造出來的。對這一形態(tài)的制造需要綜合考慮多方面的因素，比如說對力學(xué)知識的應(yīng)用，對制造工藝的選擇，對結(jié)構(gòu)大體的布局，對模型材料的選擇等等，要完成一項立體構(gòu)成的設(shè)計，首先要考慮到這項設(shè)計的穩(wěn)定性，其次還要考慮到這項設(shè)計的心理穩(wěn)定和物理穩(wěn)定，所謂物理穩(wěn)定指的是每個支撐點、每個支撐面的重心一定要穩(wěn)，支撐點的重心垂線必須保證在支撐面內(nèi)，有了物理上的穩(wěn)定，再來追求心理動態(tài)的平衡，滿足人們的心理需求。

二、在培養(yǎng)三維空間思維中對立體構(gòu)成制作的運用

（一）三維空間思維在大腦中的生成訓(xùn)練

三維空間思維的生成訓(xùn)練是立體構(gòu)成制作中的一個環(huán)節(jié)。立體構(gòu)成是藝術(shù)與技術(shù)綜合訓(xùn)練的基礎(chǔ)，每一件立體構(gòu)成作品都是要用不同材料制作出來的，在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生去不喑⑹愿髦植牧系謀硐址椒ǎ啟發(fā)其對材料的認(rèn)知和由材料引發(fā)的重新構(gòu)想的能力，不斷尋求新的制作技法創(chuàng)造出更多的不同造型的獨特能力，并鍛煉其對造型的感受力和直觀判斷力。

教學(xué)中學(xué)生通過對物體形態(tài)及材料特征的了解，在數(shù)次反復(fù)的體驗中不斷提煉、升華，最終達(dá)到理想的形態(tài)構(gòu)成。這同時也是學(xué)生一次次對三維空間思維能力的不斷訓(xùn)練和對形式美的驗證。在立體構(gòu)成課的有限時間內(nèi)，把材料問題作為一個重要的課題來加以研究，其意義是顯而易見的。具體到教學(xué)中、首先是對材料的關(guān)注。篩選積累素材、收集資料也包括收集不同的材料，如石頭、木頭、玻璃、金屬、棉、麻、絲等的視覺教果、質(zhì)感、觸感等有什不同，只有了解了不同材料的性能才能作出選擇，設(shè)計不同的形態(tài)需要用什么材料，學(xué)生在選擇材料的過程中也是一次對美的發(fā)現(xiàn)和體驗，是對學(xué)生敏銳的觀察能力和三維想像力的培養(yǎng)。其次是對材料的加工和運用：不同的材料加工工藝也不一樣，只有掌握材料性能才能靈活運用多種方法加工出有創(chuàng)意的作品，在材料加工的研究學(xué)習(xí)中，可以使以單一材料為主的課堂鮮活起來，例如同是單一材料紙，不同的加工方法可制造出點、線、面、體等多種形態(tài)，多種材料的引入運用則為學(xué)生個性化的思考和構(gòu)想增加了新的通道。掌握材料的性能，可以使學(xué)生在創(chuàng)造形態(tài)的構(gòu)成中更加主動、積極和敏感三維空間想像能力。更好地讓學(xué)生積極地體察生活，培養(yǎng)學(xué)生在生活中觀察、分析、提煉的能力，并學(xué)會從材料中獲得靈感，進(jìn)而提升為有創(chuàng)意的行動。

（二）對學(xué)生三維空間思維的準(zhǔn)確表達(dá)訓(xùn)練

對學(xué)生三維空間思維的準(zhǔn)確表達(dá)訓(xùn)練的訓(xùn)練目的，是看學(xué)生對立體構(gòu)成的制作能否把大腦中的設(shè)計準(zhǔn)確地表達(dá)出來。把大腦中的設(shè)計表達(dá)的越充分、越準(zhǔn)確、精度越好，就表明學(xué)生的三維空間思維能力越強。教師可據(jù)此評判學(xué)生三維空間思維能力的水平。教師應(yīng)當(dāng)明白，學(xué)生對立體構(gòu)成進(jìn)行制作，不是為做模型而做模型，是以立體構(gòu)成制作為基本載體，培養(yǎng)學(xué)生的三維空間思維能力，因此，在立體構(gòu)成制作的每個階段中，教師應(yīng)重點關(guān)注學(xué)生的三維空間思維能力的具體情況，依照其學(xué)習(xí)的具體情況再對癥下藥，逐步的加深學(xué)習(xí)對三維空間的思維能力和判斷能力。

三、結(jié)束語

綜上所述，對學(xué)生三維空間思維的培養(yǎng)，可通過對立體構(gòu)造制作的全面應(yīng)用來取得學(xué)生空間思維能力上的提升，這一過程是緩慢的，初步的培養(yǎng)學(xué)習(xí)并不能起到立竿見影的效果，需要教師和學(xué)生都有很大的耐心，循序漸進(jìn)的使得教學(xué)效果獲得提升。通過本文對立體構(gòu)成的制作對三維空間思維培養(yǎng)的分析，希望能夠為學(xué)院教師的專業(yè)教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)提供一些指的參考的意見。

參考文獻(xiàn)：

三維空間范文第3篇

關(guān)鍵詞： 空間面積勾股定理 射影面積公式 三棱錐體積公式

空間面積勾股定理：如果三棱錐的三條側(cè)棱兩兩垂直，且三個側(cè)面積分別為S、S、S，底面面積為S，那么S+S+S=S.

在這個關(guān)系式中，蘊藏著豐富的幾何元素間的關(guān)系，既有明顯的三角形面積關(guān)系，又隱含著三角形的邊、高、角等關(guān)系.因此，定理不僅有著廣泛的運用，而且結(jié)合三棱錐體積公式、射影面積公式、三角形面積公式，能使解題思路自然，簡潔明快，表達(dá)利落.下面舉例說明.

1.求距離問題

例1：已知三棱錐P-ABC的三個側(cè)面互相垂直，它們的三個側(cè)面面積都是2，求P到平面ABC的距離.

解：易知PA、PB、PC兩兩垂直，設(shè)PA=a，PB=b，PC=c，則

ab=4ac=4bc=4?圯（abc）=4×4×4?圯abc=8

V=V=×abc=

由空間勾股定理得S+S，得：S=2.

又設(shè)P到平面ABC的距離為h，由三棱錐體積公式得：

×2h=

h=

此法有三巧：求體積，設(shè)而不求，妙不可言；求面積，直截了當(dāng)，干脆利落；求距離，避繁就易，簡捷明了.

例2：如圖1，在長方體ABCD-ABCD中，AA=a，AB=b，AD=c，求相鄰兩面內(nèi)對角線AC與BC1的距離.

解：連AD、DC，則BC∥平面ADC，則點D到平面ACD的距離h即為兩異面直線AC與BC的距離.由空間勾股定理得：

S=

又V=V=abc，由三棱錐體積公式得：

h×=abc

故h=

此法妙在：“不割不補，實為割補”.從整體，看部分，智求體積.

2.求角的問題

例3：三棱錐S-ABC的三條棱SA、SB、SC兩兩垂直，且SA=SB=a，SC=2a，求二面角S-BC-A.

解：設(shè)所求二面角S-BC-A為θ，由空間勾股定理得：

S==a，由射影面積公式得：

cosθ===.所求二面角為arccos.

此法優(yōu)點：求面積快速簡捷，過程精練；求角度，化難為易，立竿見影.

例4：如圖2，兩全等矩形ABCD和矩形ABEF所在平面互相垂直，且AB=a，BC=b，求異面直線AC和BF所成的角.

解：以矩形ABCD為底面，矩形ABEF為側(cè)面，作長方體ABCD-FEHG，連CG，則CG∥BF，∠GCA為兩異面直線AC與BF所成的角.

由空間勾股定理得：

S=S+S+S

即S=（b）+（ab）+（ab）

S=b，由三角形面積公式得：

AC•CG•sin∠ACG=S，即••sin∠ACG=b，

sin∠ACG=，

故異面直線AC和AF所成的角為arcsin.

此法特點：補全圖形，由部分看整體，一目了然.

3.求證幾何元素間的關(guān)系問題

例5：三棱錐V-ABC的三條側(cè)棱兩兩垂直，三個側(cè)面與底面所成的角分別為α、β、γ，求征： cosα+cosβ+cosγ=1.

證明：由空間勾股定理可知：S=S+S+S.

又由射影面積公式得：cosα=，cosβ=cosγ=.

cosα+cosβ+cosγ===1.

此法技巧：“死圖活看”，巧用射影面積公式.

例6：設(shè)三棱錐S-ABC，其側(cè)棱長分別為a、b、c，且三條側(cè)棱兩兩垂直，由其頂點S到底面的高為，求證：=++.

證明：由空間勾股定理得：S=

又V=abc

由V=V，得•h=abc.

h（ab+ac+bc）=abc，即=++.

此法技巧：“優(yōu)選底面”，靈活選擇底和高.

4.求最值問題

例7：如圖3，在平面α內(nèi)有一個以AB為直徑的圓，AB=2a，C為圓周上任意一點，PCα，且PC=a，求C在圓周上哪一位置時，PAB面積最大？

解：設(shè)AC=x，則BC=，由空間勾股定理得：

S=（ax）+（a）+（）

=-x+ax+a=-（x-2a）+2a，

當(dāng)x=2a即x=a時，S最大，也就是當(dāng)AC=時，（S）=a.

此法優(yōu)點：利用定理，求表達(dá)式，輕而易舉.

例8：如圖4，過球面上任一點M作互相垂直的三條弦MA、MB、MC，球的半徑為R，AB=a，

解：設(shè)MB=x，則MA=，又MA+MB=AB，

MC+AB=4R，MA+MB+MC=4R，

即MC=4R-MA-MB=4R-（a-x）-x=4R-a，

由空間勾股定理得：S=S+S+S，

S=（MA•MB）+（MB•MC）+（MA•MC）

=（a-x）x+x（4R-a）+（a-x）（4R-a）

=-x+ax+aR-a

=-（x-a）+aR-a

當(dāng)x=a即x=a時，S=a.

有趣的是不管M點在小圓上怎樣運動，此題蘊含兩個定值問題：

三維空間范文第4篇

關(guān)鍵詞:DirectX; 可移動平面; 三維移動; 鼠標(biāo)射線; 射線變換

中圖分類號:TP317.4;TP391.73文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

Arbitrary movement algorithm of objects in

3D space based on plane

SONG Jihong, LI Fenglong, XU Quansheng

(Info. Sci. & Eng. College, Shenyang Univ. of Tech., Shenyang 110178, China)

Abstract: To optimize the operation of movement of objects in virtual 3D management field and realize the process of using mouse to complete the object movement to any point in 3D space, the concept of movable plane is introduced into the study. A movable plane is built that is perpendicular to the projection of sightline in xz plane; a radial from camera position to mouse point is built and the mouse wheel is used to control the forward and backward movement of the movable plane along the sightline direction; the intersection point of the mouse radial and the movable plane can be moved to any position in 3D space by moving the moveable plane; the coordinate of the intersection point of the radial and the moving plane is calculated, taken as the new coordinate of the object to be moved which is added into the romance pipeline, and the object movement can be implemented. The application shows that the algorithm can ensure the movement accuracy and speed of the objects and reduce the input devices that help to move objects.

Key words: DirectX; movable plane; 3D moving; mouse radial; radial counterchange

收稿日期:2009-02-18修回日期:2009-05-08

作者簡介: 宋繼紅(1968―),女,遼寧?？h人,副教授,研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)通信、計算機網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制、虛擬現(xiàn)實技術(shù),

(E-mail)

0引言

在計算機技術(shù)高速發(fā)展的今天,虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)技術(shù)作為1門綜合計算機圖形、多媒體、傳感器、人機交互、網(wǎng)絡(luò)、立體顯示以及仿真等多種技術(shù)而發(fā)展起來的計算機領(lǐng)域的新技術(shù)正逐步走向成熟并得到廣泛應(yīng)用.[1]VR本質(zhì)上是1種先進(jìn)的計算機用戶接口,它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的感知交互手段,最大限度地方便用戶操作,從而減輕用戶負(fù)擔(dān),提高整個系統(tǒng)的工作效率.[2]因其在管理領(lǐng)域中所具有的獨特優(yōu)勢,近幾年VR正逐漸被應(yīng)用到各種管理領(lǐng)域.特別是在建筑、倉儲等管理領(lǐng)域中,傳統(tǒng)的窗口式管理軟件已不能滿足用戶需要,人們希望能對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理,從感觀上對倉庫中的物品進(jìn)行管理.因而,VR技術(shù)成為數(shù)據(jù)可視化管理的首選.當(dāng)VR技術(shù)應(yīng)用于建筑、倉儲等管理領(lǐng)域中時,實現(xiàn)物體在虛擬三維場景中的移動成為實現(xiàn)VR技術(shù)在該領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ).因為在三維環(huán)境中多了深度信息,反映到坐標(biāo)系上就增加了z方向的坐標(biāo)值,從而使得一些在二維空間交互的簡單問題到三維空間就變得非常復(fù)雜.[3]利用鼠標(biāo)、觸摸板等二維輸入設(shè)備得到的輸入信息只具有x和y方向的二維信息,要實現(xiàn)在三維環(huán)境下的物體移動,首先需要解決將二維屏幕上的鼠標(biāo)點坐標(biāo)變換為三維場景中的三維坐標(biāo).[4]但是,直接利用鼠標(biāo)獲取輸入點的高度信息十分困難.最初的三維空間物體移動方案利用鍵盤等輸入設(shè)備在三維空間通過在x,y,z 3個坐標(biāo)增加或減少1個固定值完成,這種方法不但耗費移動時間,而且因其在x,y,z軸上每次只可移動1個固定值,移動精度很難保證.因此,實現(xiàn)通過鼠標(biāo)控制完成二維屏幕的三維移動操作對VR技術(shù)應(yīng)用于虛擬三維管理工作上具有極其重要的意義.

1基于平面的三維空間物體任意點移動算法

在三維空間中建立垂直于視線在xz平面投影的可移動平面,并建立從攝像機位置,到鼠標(biāo)位置的射線.計算射線與可移動平面的交點,將其放入渲染流水線作為待移動物體的新坐標(biāo)值從而完成三維物體的移動.此算法可分解為以下5步:(1)建立可移動平面;(2)建立鼠標(biāo)射線;(3)拾取物體確定待移動物體;(4)對平面進(jìn)行移動;(5)計算射線與移動平面交點.

1.1建立可移動平面

通過3點可確定1個平面,該平面要滿足以下要求:(1)平面要通過物體重心;(2)平面垂直于xz平面;(3)平面垂直于視線在xz平面的投影.定義P1點為物體重心點,可通過查看物體的當(dāng)前位置信息獲得P1點.設(shè)該重心中點垂直上方點為P2, 其坐標(biāo)為(xP1,yP1+10,zP1).為使平面垂直于視線在xz平面上的投影,此時只需再在xz平面上找到1點P3,即可得到向量A(P1,P2)與向量B(P0Eye,P0vLook),使向量A與B滿足A×B=0(1)因P3點在xz平面上,所以yP3=0,又因P3點在x軸上的坐標(biāo)只要不與P1點在x軸重合,即可建立滿足要求的平面,所以設(shè)P3=(10 000,0,h), zP3為待求值.由式(1)得

(xP1-xP3)×(xP0vEye-xP0vLook)+

(zP1-zP3)×(zP0vEye-zP0vLook)=0

zP3=zP1(xP1-xP3)×(xP0vEye-xP0vLook)(zP0vEye-zP0vLook)

此時,由已確定的P1,P2和P3點可確定唯一平面.定義向量A,B,C:A=P2-P1;B=P2-P3.利用DirectX SDK庫函數(shù)D3DXVec3Cross()計算A和B所在平面的法向量: D3DXVec3Cross(C,A,B),所以過P1,P2,P3的平面方程為xc(x-xp1)+yc(y-yp1)+zc(z-zp1)=01.2建立鼠標(biāo)射線

當(dāng)按下鼠標(biāo)并移動到屏幕上的點S時,從屏幕上可想象出1條從攝像機位置到鼠標(biāo)點處的射線.然而,應(yīng)用程序不可能僅僅根據(jù)得到的屏幕點S的坐標(biāo)建立這條射線.[5]與二維圖形程序的顯示方式不同,三維圖形程序中的頂點要經(jīng)過世界變換、攝像機變換、投影變換、剪切以及視口縮放,才能在二維屏幕上顯示.[6]為獲取鼠標(biāo)按下點的造型空間坐標(biāo),利用造型空間和用戶空間之間的坐標(biāo)變換提取空間坐標(biāo).[7]設(shè)在投影窗口上與S點對應(yīng)的點為P,投影面為z=1.建立1條射線,使其從投影空間起點出發(fā)穿過點P.建立射線的算法可分解為以下3步:(1)捕捉屏幕上點S,確定S點對應(yīng)投影窗口上的點P;(2)建立1條從投影坐標(biāo)系原點出發(fā)穿過點P的射線;(3)將射線和模型變換到同一坐標(biāo)系中.

1.2.1屏幕到投影窗口變換

視口變換矩陣[8]為w2000

0-h200

00zmax-zmin0

x+w2y+h2zmin1投影窗口上的點P通過視口變換產(chǎn)生屏幕上的點S:xs=xpw2+x+w2(2)

ys=yph2+y+h2(3)z坐標(biāo)在視口變換以后沒有作為二維圖像的一部分存儲被存儲到深度緩存中.[9]因此,由式(2)和(3)得到計算xp的式(4)和計算yp的式(5).xp=2xs-2x-ww(4)

yp=-2ys+2y+hh(5)通常情況下,視口中的x和y為0,因此能更進(jìn)一步得到xp=2xsw-1(6)

yp=-2ysh+1(7)由定義可知,投影窗口就是z=1的平面,因此zp=1(8)投影矩陣縮放投影窗口上的點以適應(yīng)不同大小的觀察視野.為了得到被縮放之前點的值,必須通過縮放變換的逆運算來變換點.設(shè)P為投影矩陣,因為變換矩陣的P00和P11是點的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的縮放值,所以被縮放之前點的值為xp=2xw-11P00(9)

yp=-2yh+11P11(10)此時點P為屏幕上點S對應(yīng)投影窗口上的點.

1.2.2建立射線

射線可以表示為等式P(r)=P0+tu,其中,P0是射線的起點位置,u是用于描述射線的方向向量.在前面設(shè)定射線的起點為投影空間的起點,因此p0=(0, 0, 0).因為射線通過點P,所以方向向量u可表示為u=P-P0=(xp,yp,1)-(0,0,0)=P.采用上述方法在Direct3D中計算射線.首先定義射線結(jié)構(gòu)體RAY,

Struct RAY

{

D3DXVERCTOR3 Origin;

D3DXVERCTOR3 Direction;

}

創(chuàng)建RAY類型全局變量Ra,其中變量Origin和Direction分別用于存儲射線的起點和方向.定義函數(shù)GetRay(int x,int y)計算射線.在函數(shù)中聲明D3DVIEWPORT9 類型結(jié)構(gòu)體Viewport和D3DXMATRIX 類型矩陣Proj.用 pd3dDevice->GetViewport(&Viewport)將視口信息存儲于Viewport中,用pd3dDevice->GetTransform(D3DTS_PROJECTION, &Proj)獲取投影矩陣,并用Proj返回.根據(jù)式(9)和(10)計算出xp和yp,可得射線的起點為D3DXVECTOR3(0.0f,0.0f,0.0f),射線的方向為D3DXVECTOR3(xp,yp,1.0f),最后函數(shù)返回射線Ra.

1.2.3射線變換

在第1.2.2節(jié)中計算出來的射線是在投影空間中描述的.為了完成射線與第1.1節(jié)中建立的移動平面相交,射線和移動平面必須在同一坐標(biāo)系內(nèi).與其將移動平面轉(zhuǎn)換到視圖空間中,不如將射線轉(zhuǎn)換到世界空間.[10]通過變換矩陣來改變射線P(r)=P0+tu中的起點P0和方向u,進(jìn)而實現(xiàn)對射線的變換.定義函數(shù)TransformRay(Ray*ray, D3DXMATRIX* T)變換射線.其中,采用函數(shù)D3DXVec3TransformCood變換射線起點,第4個分量缺省為1;采用函數(shù)D3DXVec3TransformNormal變換射線方向,第4個分量缺省為0.這里,起點作為1個點變換,方向作為1個向量變換.至此,在待移動物體所在的世界坐標(biāo)系中可得到1條從攝像原點出發(fā)并經(jīng)過鼠標(biāo)在世界坐標(biāo)系下對應(yīng)點的射線Ra.

1.3拾取物體確定待移動物體

通過第1.2節(jié)計算得到的射線原點與方向向量,利用DirectX SDK D3DXIntersect()函數(shù)逐一判斷場景中的物體是否被拾取,以確定待移動物體.函數(shù)原型為: D3DXIntersect( pMesh, &vPickRayOrig,&vPickRayDir,&bHit,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL) [11]; 通過bHit返回值是否為1判定物體是否被拾取.利用該函數(shù)可以一次性拾取到射線所穿過的幾個物體,此時可通過提取物體在三維場景中的位置信息Place[i],并計算找出距攝像機距離最小的物體為拾取物體.

1.4對平面進(jìn)行移動

前面建立的平面只能實現(xiàn)物體在1個平面上移動,要實現(xiàn)物體在整個三維空間移動需要讓該平面在視線方向上向前或向后移動.如圖1所示,在xz平面內(nèi)可移動面可表示為1條直線.要把可移動面從面1位置移動到面2位置只須讓面1中的各點分別在z軸和x軸方向上移動1個單位即可.圖中視線的方向向量OE=(P0vEye-P0vLook);角α為向量OE與x軸的夾角;d為移動距離.由圖可得Δx=d cos α,z=d sin α所以移動后P1,P2,P3的點坐標(biāo)分別為P4=(xp1+d cos α,yp1,zp1+d sin α)

p5=(xp2+d cos α,yp2,zp2+d sin α)

p6=(xp3+d cos α,yp3,zp3+d sin α)再將P4, P5, P6賦值給P1, P2, P3.

圖 1可移動平面變換

采用上述方法在Direct3D中計算.首先定義函數(shù)PlanMove(int i),在此函數(shù)中完成以上功能,其中參數(shù)i用于控制平面向前移動還是向后移動.該函數(shù)響應(yīng)鼠標(biāo)滾輪事件WM_MOUSEWHEEL,當(dāng)向前滾動時,使移動距離d>0,反之d

由于第1和2節(jié)已建立從攝像原點到鼠標(biāo)在世界坐標(biāo)系對應(yīng)點的射線和垂直于視線在xz平面上投影的可移動平面,所以下一步只要計算射線與可移動平面的交點,得出交點值,將其作為世界坐標(biāo)系下待移動物體的新坐標(biāo),裝入渲染流水線即可完成對物體的移動.交點值的計算過程如下:

xc(x-xp1)+yc(y-yp1)+zc(z-zp1)=0

x=xOriginRa+xDirectionRa×t

y=yOriginRa+yDirectionRa×t

z=zOriginRa+zDirectionRa×t

式中:t為參數(shù)方程的參數(shù).解方程得t=xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa

x=xOriginRa+xOriginRa×xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa

y=yOriginRa+yOriginRa×xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa

z=zOriginRa+zOriginRa×xc(xp1-xOriginRa)+yc(yp1-yOriginRa)+zc(zp1-yOriginRa)xc×xDirectionRa+yc×yDirectionRa+zc×zDirectionRa此交點值為鼠標(biāo)射線與移動平面的交點坐標(biāo),即待移動物體的新坐標(biāo)值.將該點裝入渲染流水線作為待移動物體的坐標(biāo),到此完成物體在三維空間中的移動.

2實驗結(jié)果

上述算法在PC機(AMD Athlon 64 Processor 3000+處理器,1 GB內(nèi)存,NVIDIAGeForce 6600LE顯卡)上利用Direct3D 9.0c (AGU2006)圖形庫實現(xiàn).在場景中,當(dāng)物體被拾取到后,通過拖動鼠標(biāo)可以使物體在初始移動平面上自由移動.當(dāng)滾動鼠標(biāo)滾輪,物體可在新建立的移動平面上自由移動從而達(dá)到通過鼠標(biāo)使物體在三維空間中作任意位置移動的目的.圖2為相關(guān)示例.

圖 2算法實踐

3結(jié)束語

為改進(jìn)物體在三維空間的移動操作,從建立可移動平面和鼠標(biāo)射線出發(fā),通過移動可移動平面,使鼠標(biāo)射線與可移動平面的交點可以到達(dá)三維空間中的任意位置,而后將該位置坐標(biāo)作為待移動物體新坐標(biāo)放入渲染流水線,完成物體移動.該算法能保證移動的速度與精度,同時也可減少因移動所需的輸入設(shè)備.實際應(yīng)用證實該方法切實可行.

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三維空間范文第5篇

第一節(jié) 博物館導(dǎo)視系統(tǒng)人文作用與價值

博物館導(dǎo)視系統(tǒng)的人文作用主要體現(xiàn)在“以人為本”的同時，還要融入該館的專屬特色，當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情、民族文化特色。每個地區(qū)都有各自的文化，它們會利用音樂，繪畫、食物、語言等多種載體來形成不同的文化特性，而導(dǎo)視系統(tǒng)的人文作用就要承載這些文化特性。最明顯的體現(xiàn)在于導(dǎo)視系統(tǒng)的功能能夠通過建筑物主體設(shè)計、戶外的設(shè)計表現(xiàn)出來，博物館導(dǎo)視系統(tǒng)的價值就是將人、自然、文化三者結(jié)合起來，達(dá)到三者和諧統(tǒng)一的狀態(tài)。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)的更多體現(xiàn)在人文價值、思想文明、藝術(shù)的相互融合上。無論是從標(biāo)識的設(shè)計，還是顏色、圖形的設(shè)計都能夠顯示出導(dǎo)視系統(tǒng)的設(shè)計理念與文化特點。

第二節(jié) 博物館導(dǎo)視系統(tǒng)設(shè)計的特點與創(chuàng)新

博物館導(dǎo)視系統(tǒng)的特點主要體現(xiàn)在導(dǎo)向指示與環(huán)境的融入程度。導(dǎo)視系統(tǒng)是整體環(huán)境中的一部分，那么在設(shè)計時就必須考慮與環(huán)境相互融合，同時也要服務(wù)于環(huán)境、升華文化建筑所蘊含的精神內(nèi)涵，并且不能與環(huán)境割裂，讓人覺得是兩個生硬并存的系統(tǒng)。因為導(dǎo)視系統(tǒng)在環(huán)境中起到引路作用，始終居于人們目光聚焦點上，容易成為人們的關(guān)注點，所以設(shè)計的重點集中在圖形、顏色、字體等設(shè)計方面。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)的造型相對來說針對的人群都是具有一定文化修養(yǎng)的。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)應(yīng)該不拘泥于重要通道和功能的指示牌上，要突破傳統(tǒng)導(dǎo)視系統(tǒng)的設(shè)置框架，利用不同的材料來打造獨特的導(dǎo)視系統(tǒng)。這樣才能在起到基本導(dǎo)視系統(tǒng)功能的同時，在設(shè)計感上營造一種由視覺感上升到精神審美內(nèi)涵的意境。

一、導(dǎo)視系統(tǒng)的實際功能性、導(dǎo)向性

所有的導(dǎo)視系統(tǒng)根本目的在于傳達(dá)信息、指引受眾到達(dá)目的地，博物館導(dǎo)視系統(tǒng)也不例外，準(zhǔn)確、醒目、規(guī)范的導(dǎo)視系統(tǒng)是場館秩序的保證。博物館導(dǎo)向標(biāo)識系統(tǒng)是運用地標(biāo)、標(biāo)識、路徑和環(huán)境線索，幫助觀眾在這個陌生的的環(huán)境快速找到和使用具體空間的信息傳達(dá)系統(tǒng)，基本功能是幫助人在空間內(nèi)更方便活動，因此導(dǎo)向標(biāo)識系統(tǒng)的、持續(xù)的利用各種元素和方法為觀眾傳達(dá)空間信息。根據(jù)博物館內(nèi)空間的不同屬性，空間信息通過圖形、文字、色彩進(jìn)行規(guī)劃、組合等各種手段傳達(dá)，所以形成適合具體空間的信息體系。觀眾通過信息系統(tǒng)獲得指引信息之后能夠順利到達(dá)目的地，達(dá)到在博物館中無障礙活動。

二、空間環(huán)境中的系統(tǒng)性

博物館這一文化場館它的導(dǎo)視系統(tǒng)與公共空間導(dǎo)視系統(tǒng)、商業(yè)環(huán)境導(dǎo)視系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)性是其特征之一?？梢哉f，系統(tǒng)性是所有導(dǎo)視系統(tǒng)的基本屬性之一。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)的設(shè)計需要營造一種特殊的文化氛圍，讓觀眾走進(jìn)博物館時就能感受到文化帶來的愉悅心情。在一定程度上讓導(dǎo)視系統(tǒng)的設(shè)計成為博物館的藝術(shù)品。每個導(dǎo)視系統(tǒng)中所有的設(shè)計元素：圖案、數(shù)字、文字、箭頭、顏色、物料等，都該圍繞博物館功能特點進(jìn)行設(shè)計。無論是室內(nèi)還是室外的標(biāo)識設(shè)計。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)在設(shè)計上要符合大眾的基本審美規(guī)律的同時，還需讓導(dǎo)視系統(tǒng)設(shè)計元素在設(shè)計上富有審美的價值特征，讓整個導(dǎo)視系統(tǒng)在尺寸、文字、色彩上滲透出不一樣的文化氣息。

三、給人身心感受的視覺性

說到導(dǎo)視系統(tǒng)的視覺性，必須要有其鮮明的設(shè)計特征：標(biāo)識牌的尺寸、圖形的淺易性、陳設(shè)的位置、不同層次分類、顏色的差異、字的粗細(xì)、字距與間隔、部位的高低等。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)這些設(shè)計的基本要求，而且還要有一定程度的審美價值，這是博物館，美術(shù)館這些展館的導(dǎo)視系統(tǒng)與其他導(dǎo)視系統(tǒng)區(qū)別最大的地方。一個設(shè)計出色的博物館導(dǎo)視系統(tǒng)，應(yīng)該具有容易讀懂、在瞬間閱讀便一目了然、準(zhǔn)確傳達(dá)信息，且不造成任何疑惑的特點，并且讓人在視覺上感覺到導(dǎo)視系統(tǒng)不是獨立于建筑設(shè)計的，與室內(nèi)設(shè)計、建筑外形，乃至于室外標(biāo)識等相融合，在設(shè)計上能與其他設(shè)計領(lǐng)域融為一體。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)在設(shè)計上的要求上使很大的，它們不僅僅局限于基本的傳遞信息功能，要與周邊建筑、博物館的主題相結(jié)合。博物館導(dǎo)視系統(tǒng)的視覺性在于幾個方面：字體的統(tǒng)一性、顏色的規(guī)范性與多樣性、圖形的通用性、形態(tài)的一致性、版式的嚴(yán)謹(jǐn)性、位置的準(zhǔn)確性，以及設(shè)計的欣賞價值。

四、富有專屬特色的獨特性

所有的導(dǎo)視系統(tǒng)設(shè)計都是相對獨立的。對于博物館導(dǎo)視系統(tǒng)，在需要增加樣式的變化的同時在設(shè)計上又要強調(diào)統(tǒng)一性。博物館的獨特性與統(tǒng)一性應(yīng)該相輔相成，博物館除了具有最基本的導(dǎo)向功能以外，也需要強調(diào)樣式與圖形上的創(chuàng)新，在材料、形態(tài)選擇上，都有可做之處的。博物館的導(dǎo)視系統(tǒng)中蘊含的文化特性，只要是在利用各種表現(xiàn)手段，傳達(dá)文化內(nèi)涵，而它的獨特性是把創(chuàng)新的、個性化的形態(tài)用在導(dǎo)視系統(tǒng)中，用字體的選用、色彩的對比配置、圖形創(chuàng)意、形態(tài)的獨特樣式呈現(xiàn)給觀眾的。

第三節(jié) 博物館導(dǎo)視系統(tǒng)與博物館空間整體的關(guān)系

博物館空間的方向、深度、大小、形狀、材料、質(zhì)感都是觀眾所能直接感知的基本元素，它們營造出來的空間氣氛和視覺環(huán)境，會直接影響觀眾情感和思維。這種從整體到局部，從局部到整體的心里感知使人們對整個博物館空間留下一定程度的感受。但是當(dāng)我們置身其中，所能感知到最多的是局部的細(xì)節(jié)感，并會把這些小局部與細(xì)節(jié)有意識拼湊在一起，讓頭腦中得以一個完整和深化。空間里的導(dǎo)視系統(tǒng)做出的指示和表達(dá)就是對這一過程的最佳指引，此時導(dǎo)視系統(tǒng)促進(jìn)了觀眾對空間整體和內(nèi)部細(xì)節(jié)印象復(fù)原與結(jié)合，這個過程呈現(xiàn)的是人們與空間中導(dǎo)視系統(tǒng)之間互相的依賴關(guān)系。環(huán)境視覺標(biāo)識設(shè)計在復(fù)雜的空間環(huán)境中可以起到信息傳遞和信息溝通的橋梁作用。1在環(huán)境中設(shè)置平面標(biāo)識或者立體標(biāo)識，它的目的就是利用特別的造型確立建筑的視覺形象。主要是在于光影、色彩、比例與尺度的關(guān)系。

光影可以說是隨著自然光線的變化而變化的視覺元素，在設(shè)計中對自然光的有效利用，可以讓整個博物館的空間環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。色彩是導(dǎo)視系統(tǒng)里較難的問題，“因為人們的色彩偏好更多地受到民族習(xí)慣、知覺經(jīng)驗、情緒狀態(tài)以及社會時尚的影響，因而不同的民族、地域、不同的個體，對色彩的偏好都有很大的差距”。2我們可以根據(jù)色彩的冷暖和變化去指導(dǎo)設(shè)計。其導(dǎo)視系統(tǒng)也主要運用顏色、質(zhì)地以及版式來區(qū)分博物館不同樓和展區(qū)的。每層樓都有單獨的配套識別系統(tǒng)，有自己的編碼和身份的標(biāo)志符號。

導(dǎo)視系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用于空間中時，首要目的是它的功能性，當(dāng)然同時也要遵循空間環(huán)境的特點。所以，導(dǎo)視系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)從博物館空間本身的比例和尺度出發(fā)，制定相統(tǒng)一、融合的尺度標(biāo)準(zhǔn)和自身比例。合適的尺度與比例它能快速的傳達(dá)信息，有助于展現(xiàn)美感。在應(yīng)用比例中，主要可以從內(nèi)部比例和外部比例兩方面進(jìn)行考慮。而尺度則是某種比例關(guān)系給人的視覺感受，它與空間尺度息息相關(guān)、高度融合，向人們展示了一種不一定與實際尺寸相符合的視覺感受。

參考文獻(xiàn)