三維交互式匯報技術及其在方案評審中的應用

何興富

(重慶市勘測院，重慶 400020)

1 引言

作為規劃設計的一個重要環節，匯報評審在整個規劃設計環節中占有重要的地位，是管理部門充分理解設計者意圖的主要渠道。因此，如何通過簡短的匯報讓管理者充分理解設計方案的全部信息，是規劃設計人員必備的一項技能。目前，廣泛使用的PowerPoint(PPT)文檔可以綜合文字、圖片、視頻等內容，展現設計方案的設計思路與各種細節，甚至一些簡單的交互操作。PPT演示已經成為當前各種評審匯報的主要形式。

然而，在面向規劃設計領域，由于大量采用三維仿真系統等三維可視化的方式輔助方案評審，以圖文為主的匯報材料與內容豐富的三維仿真系統之間出現信息的不對等。匯報內容是固定的，無法滿足現場專家提出的需求，如切換視角以觀察設計對象等。即使使用現場操作的方式來解決這一矛盾，仍然會出現匯報不連貫、操作不流暢等新問題，從而影響匯報的效果。在交互式匯報技術方面，成熟的解決方案主要從軟硬件集成上實現，如交互式白板［1］等，交互靈活，但成本較高。在軟件集成上，由于使用平臺的差異，未見通用的解決技術。

本文分析了規劃設計領域對當前以PPT為載體的匯報方式所帶來的新需求，提出一種以三維仿真系統為核心的交互式匯報演示技術，實現匯報內容與三維場景的實時互動，最后以規劃設計成果的方案評審匯報演示為例，闡述交互式匯報技術的使用方法及其帶來的優勢。

2 三維規劃設計管理對匯報方式的新需求

目前，三維數字城市方興未艾，國內大量城市已經建成面向規劃、電力、水利等領域的三維仿真平臺，如“廈門市城市規劃三維仿真系統”等［2］。利用三維仿真系統，可以真實模擬規劃設計方案及其周邊的現實環境，對規劃方案進行全方位的展示，實現在多個窗口中同時顯示多個備選方案進行對比，以選擇最優設計方案。三維仿真的天然特性使其成為城市規劃管理的最佳手段，三維仿真技術已越來越廣泛地應用于規劃審批輔助決策中［3］。目前，包括重慶在內的多個城市已經探索在三維規劃管理平臺上實現建筑方案建管環節和竣工環節的三維輔助審批流程［4］。

三維仿真為規劃管理帶來了新興的技術手段，同時也對方案的評審匯報帶來了新的挑戰。基于PPT文檔的匯報方式中，建筑方案的設計意圖、效果和分析結果只能通過文字、圖形和預先錄制的視頻等信息承載。預設的觀察視角往往不能滿足現場評審專家的多元化需要，無法實現多個方案分屏多角度對比，更無法實現其他復雜操作，如定點觀察、控高分析等。

針對上述問題，常用的解決手段包括在PPT文檔與三維場景之間來回切換，或先匯報后交互演示等。這些方式在一定程度上解決了展現和表達沖突，但也帶來新的問題:

(1)匯報過程不連貫。無論是先匯報后展示還是在匯報過程在PPT與三維場景之間進行切換，都會造成匯報過程的不連貫，從而影響設計人員的連續表達及與會者對匯報思路的掌握;

(2)操作過程不流暢。受操作人員的熟悉程度、現場環境等因素影響，現場操作無法保證應有的效率與精準程度，糟糕的演示不僅不能形成對匯報內容有益補充，甚至可能帶來反效果;

(3)演示時間難掌控。與第(2)點類似，過多的現場操作帶來的另一個問題是時間脫離掌控，而多數情況下方案評審對匯報時間會有一定的要求;

為解決這些問題，建立一種全新的基于三維場景的交互式匯報演示方案，本文從PPT到三維場景的動作映射及三維場景的自動操作兩方面進行研究。

3 基于三維場景的交互式匯報方案設計

交互式匯報演示的核心是將匯報內容與三維場景進行整合，實現匯報流程與表達內容的三維場景自動操作。一方面，匯報內容與三維場景并不始終是并列關系，而應根據匯報主線的需要動態調整，以更好地表達匯報者的意圖;另一方面，根據匯報內容的需求，在PPT文檔與三維場景之間建立一種聯動機制，實現PPT文檔動作(如翻頁)到三維場景動作(如切換視角)的映射。兩者的實現目的一致，可以使用相同的聯動機制實現，該過程如圖1所示。

圖1 PPT文檔到三維場景的聯動

3.1 PPT文檔結構解析

要實現對PPT操作動作的捕捉，需要先解析PPT文檔的結構，分析PPT二次開發API對文檔部件的描述及事件響應。一個PPT文檔可以包含多個頁面，每個頁面內部又包含文本、圖像等多種開關，是一種典型的樹狀結構，如圖2所示。

圖2 PPT文檔樹狀結構

文檔、頁面及形狀在二次開發API中都有對應的對象。其中，文檔為presentation，頁面為slide，形狀為shape［5］。通過API，可以實時獲取當前演示的頁面信息。

本文將PPT可用的操作簡化為三類:進入頁面(Load)、點擊(Click)和離開頁面(Leave)。因此，將PPT集成到三維場景時，每個頁面可以包含三個動作列表:LoadActions、ClickActions和 LeaveActions。列表如果不為空，將在文檔相應操作發生時，按列表中的動作順序向三維場景發送操作命令。

3.2 功能封裝

三維場景對PPT操作的響應分為兩類，一是對窗口本身的操作，如調整PPT窗口與三維場景窗口之間的比例關系;一是對三維場景的操作，如定位、環視、按路徑瀏覽等。針對不同的動作，必須能夠以一種簡單的方式實現動作的響應，而且是易于使用和編輯的，否則將會對集成使用造成困難。

本文將窗口操作和三維場景操作抽象為一個動作響應接口ResponseInterface，它有兩個函數DoAction()和DoAntiAction()。前者表示執行動作對應的操作，如“環視”，后者表示執行與動作相反(或停止類型)的操作，如“停止”。基于此接口，定義一系列響應類，每個響應類代表對窗口或三維場景的一個操作。將這些類封裝為一個程序集，稱為動作程序集，它是實現三維自動操作的基礎。

3.3 動作映射

程序截獲在PPT操作的動作后，通過一個映射表將動作映射到動作程序集中的動作響應類，系統調用該動作響應類，以實現三維仿真系統的實時響應，這一步稱之為動作映射。

通過以上兩個步驟，已經得到一個可用的動作列表和程序集合。為了便于理解動作的含義與集成，關聯到PPT中的動作是以命令行的方式存儲的，即一個動作由一個字符串表達，因此，必須建立一個機制，讓程序識別這些命令的含義。反射機制的出現可以很好解決這一問題［6］。當PPT發出動作時，程序分離出動作的類型和參數信息，通過反射獲取動作類型所對應的操作類，操作類根據參數信息執行操作，從而完成動作的響應。這一過程如圖3所示。

圖3 PPT動作到系統操作的響應流程

4 系統實現及應用

4.1 系統集成

為實現方便友好的應用，本文開發了一個用于將PPT文檔集成到三維仿真系統中，并提供可視化關聯的集成工具。工具界面如圖4所示。

圖4 集成工具

在集成工具中，可以通過可視化和交互式的方式對PPT文檔的每一頁設置動作，包括進入頁面動作、點擊頁面動作和離開頁面動作。每個動作都需要一定的參數，如“飛到位置”指飛到場景中的一個指定位置，雙擊列表中的該動作，可以直接在場景中點擊以自動獲取場景坐標作為參數。

動作設置完成后，將與PPT一起打包，生成一個自定義文件KPT。系統支持打開KPT文件以進行編輯，支持PPT的更新等。

4.2 應用示例

在三維仿真系統中，打開集成工具打包的KPT文件，將以分屏的方式同時顯示PPT窗口與三維場景，可以手動調節窗口分屏比例，也可以在PPT頁面關聯的動作中提前預設，以得到一個比較滿意的比例關系。當匯報人員點擊右側的PPT窗口時，PPT頁面關聯的動作將直接反映在左側的三維場景中。演示系統如圖5所示。

圖5 三維交互式演示系統

可以在進入、點擊和離開頁面三個環節定義所需的動作。以道路多方案匯報為例，當進入頁面時，加載當前匯報的方案三維成果，并沿路線自動飛行，在匯報人員進行總體介紹時讓與會專家了解設計的效果。在匯報過程中，介紹到重要關注點時，可以以多個預定視角進行觀察。一個方案介紹結束后，關閉當前方案。通過這一流程，形成一個自動的，完整的交互操作，匯報人員可以專注于匯報的內容，而不必糾纏于操作的細節。

本文目前封裝的部分動作及其含義如表1所示。

PPT常用動作列表 表1

5 結論

基于三維仿真系統的交互式匯報技術以匯報人員為中心，以三維仿真系統為載體，解決了當前以三維仿真系統為管理平臺的規劃設計方案評審、管理，與以二維內容為主的匯報方式之間信息不對等的問題。通過定義一系列常用的操作與分析，可以以精確定位、按路徑瀏覽、實時標注、實時分析等三維仿真系統的功能輔助匯報者準確地表達設計的整體思路、設計意圖、設計成果效果和細節等現場專家關注的問題。既充分利用了三維仿真系統在展現上的優勢，又避免了花費精力在操作上致使匯報的連續性受到影響。

目前，該技術的原型實現已經在道路設計、建設方案審批、城市用地設計等規劃設計成果匯報中得到了應用，新穎的交互式匯報方式有力地促進了設計人員與管理層、與會專家之間的溝通。但由于研究時間較短，下一步仍需在細節深入、友好交互、通用定義等方面進行研究，以使該成果得到更廣泛的應用。

［1］交互的精彩－基于投影的交互式演示系統［EB/OL］.http://www.projector－ window.com/others/board/smartboard/smart－080319.htm

［2］廈門建五大輔助決策平臺，率先實現全城三維［EB/OL］.http://news.3snews.net/industry/20111110/16977.shtml

［3］曾航，周宏文，張敏等.特大山地城市三維仿真規劃管理應用與實踐［J］.規劃師，2011(10):60～64.

［4］李淑榮，張秋.重慶市規劃管理進入三維仿真時代［J］.城市勘測，2012(2).

［5］王萍，桂福坤.VBA編編程在PowerPoint課件中的應用［J］.浙江海洋學院學報·自然科學版，2007，26(4):464～469.

［6］反射機制［EB/OL］.百度百科.http://baike.baidu.com/view/3454964.htm