智能家居虚拟仿真系统的设计与实现

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1、学校代码：10406分类号：TP311学号：120085208035南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）智能家居虚拟仿真系统的设计与实现硕士研究生：徐佳导师：杨国为教授申请学位级别：硕士学科、专业：电子与通信工程所在单位：信息工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学ThedesignandimplementationofSmartHomeVirtualSimulationSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnElectronicsandCommunicationEnginee

2、ringbyXuJiaUndertheSupervisionofProf.YangGuoWeiSchoolofInformationEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015摘要智能家居是目前众多技术结合下的新型居住理念，随着当代人对精神品质的追求越来越个性化，传统的二维设计理念已经满足不了现代人的需求。智能家居产品设备较为昂贵，通过具体的实物来展示功能特性，成本较高的同时也难以适应客户的个性化需求。本文运用三维建模技术，以住宅小区为例，对家居仿真系统方面的技术进行研究。通过收

3、集数据、使用Sketchup软件对仿真系统的模型进行建立、优化，构建出了逼真的家居场景模型。综合运用Unity3D渲染引擎，结合虚拟仿真系统技术，实现了家居内部功能的智能化仿真，使得用户在计算机上感受到真实智能家居控制带来的便利。该仿真系统方便携带，为智能家居宣传提供便利，同时与之前的家居控制实物设备相比本仿真系统耗资较少。本仿真系统发挥了虚拟现实中三维视景仿真技术的交互性和自主性，充分利用Unity3D渲染引擎结合内置的ShaderLab着色语言进一步提升渲染效果，营造出较为真实的白天、夜晚及室内外效果，增强了用户的沉浸感，并模拟实现家居中各种智能控制功

4、能。本文主要研究的内容如下：（1）在Sketchup中分别对室外和室内场景进行建立并进行模型优化。将建立好的模型导入Unity3D后，利用渲染引擎内置的天空盒构建天空，添加粒子系统进行落叶模拟、喷泉模拟。运用Unity3D中的创建植被功能，对整个场景进行植被的种植，并运用法线纹理技术，提高了树木的逼真度。运用图形学中的bezier曲线规划出室外场景交通模拟仿真中车辆的运行轨迹。（2）Unity3D构建室内家居：对每个家具都使用了层次细节技术，减少了计算机消耗，保证了系统运行顺畅；整个家居中不同位置添加的光源类型不同，整个场景开启了全屏抗锯齿功能，使得画面更

5、加平滑，提高了视觉效果；对整个房屋内部场景使用了高动态范围渲染，模拟了真实的自然光照射进来的效果。（3）利用虚拟仿真技术中的碰撞检测技术和Unity3D中的动画功能相结合来控制家居中门的自动开关。采用Unity3D中的动画组件对仿真系统家居中的窗帘、电视机洗衣机、太阳能板以及室外喷灌进行开关动画的制作，结合Unity3D中的I的菜单按钮制作系统在仿真系统界面上绘制出相应的控制按钮，可以通过点击按钮来实现相应的控制，达到家居控制的智能化开与关效果展示。（4）仿真系统使用Unity3D着色器功能实现了房顶、一层、二层透明化功能显示，为家居展示系统增添了创意。为

6、了保证仿真系统运行顺畅，添加了房屋以及家具的消隐显示，运用了Unity3D中的遮挡剔除技术，减少了计算机对非视野范围内物体的渲染。整个房子的每个房间、家具、地下管线等都添加了标注文字为用户的操作提供了指引，使得用户直观的看到家居中的房屋结构布局，家居摆放等。增加了文字变色功能呢，使得用户体验到家居控制中的乐趣。（5）融入了智慧城市节能减排理念，利用Unity3D动画功能形象模拟了房屋地下三种管线对家庭用水循环利用的工作状态，交互性很强。本系统不仅携带方便，同时不同的客户群体都可以身临其境的体验智能家居给带来的方便与快捷。（6）为了进一步增强整个程序的视觉效

7、果，使用Unity3D内置的着色语言实现了全屏幕抗锯齿、镜头光晕、高动态范围渲染(HDR)、雾等效果,使得画面更加平滑，提高了视觉效果。关键词：Unity3D；智能家居；虚拟现实；三维仿真IIAbstractThesmarthomeisanewlivingconceptwiththecombinationofmanynewtechnologies.Nowdays,moreandmorepeoplepursuethementalenjoyment.Thetraditionaldesignconcepthasfailedtomeetthedemandofmod

8、ernpeople.Theequipmentsofsmarthom