基于unity的多人家装应用的设计与实现

家装设计为建筑业的一大分支，在美化室内环境、完善建筑方面有着重要作用。而家装行业在以往的传统装修过程中，需要家装客户和室内设计师进行反复的三维效果图的设计。如果家装客户的想法与之前的设计有新的想法时，三维效果图就需要重新设计，修改的频率过多时，就会消耗大量的时间和金钱。国内关于Unity3D技术的研究是迫在眉睫，但同国外发达国家相比，我国在此方向上的研究还有很长的路要走，随着我国高新技术飞速发展的速度越来越快，Unity3D技术已越来越被业界人员所重视，正逐渐地被社会所关注，并处于研究与应用中。同时也受到了国家的关注，并制定了关于开展Unity3D技术的研究工作。呼吁国内科研机构、企业以及高校纷纷投入到Unity3D技术的研究工作当中。在最近几年来nity3D技术的研究及应用都取得了蓬勃的发展。Unity3D技术在我国的发展更如雨后春笋般茁壮成长。应用也更加广泛，在军事、教育、医疗、培训、工程等各个领域中都有所应用[1]。

(二)家装设计软件在国内的现状

目前，在国内是以打扮家、91家居装修软件比较流行，其特点是操作简单以及功能强大，因此受到用户的青睐。该软件将设计、创造、分享集于一身，支持用户上传自己设计好的三维模型，同时具备光线渲染、素材库、户型库、一键生成户型功能等，但是存在渲染效果不佳，没有虚拟现实的真实感，无法沉浸于虚拟现实中。

当前国外最为流行的室内装修软件当属 Sweet Home 3D，Sweet Home 3D是一款免费的家装辅助设计软件。它能帮助用户通过二维的家居平面图来设计和布置家具，还可以用三维的视角浏览整个装修布局的全貌。该软件内置了很多户型提供给用户使用，只需拖拽到绘画区域就可以自动下载你需要的户型，给非专业的用户提供了自己设计户型的能力。与此同时，用户还可以进入到户型当中，进行第一人称视角的浏览，极大地增强了用户的体验度。国内外的家装软件，虽然能满足常见的场景渲染、场景漫游、户型绘制、模型操作等功能，但是，缺少场景的真实感，模型加载速度过慢、模型数量少、人机交互体验不友好等缺点。

(二)家装设计软件在国外的现状

通过几十年的研究实践证明,国外室内设计相对于与建筑结构、建筑体系打交道所花费的心思要多得多,也要求加强室内设计实践更有针对性、导向性。[1]从90年代至今,国外家装设计呈现出的一大特点就是改变空间感，而空间是室内环境的最大财富,要尽可能通过硬性或软性地处理手法来增加室内的空间感，换而言之,就是通过设计使室内空间看起来更舒服、更方便。[1]当前的室内空间装饰为彰显出人居环境特点,而需要追寻返璞归真,体现使用人与室内空间物体的原貌[1]。当前国外最为流行的室内装修软件当属 Sweet Home 3D，Sweet Home 3D是一款免费的家装辅助设计软件。它能帮助用户通过二维的家居平面图来设计和布置家具，还可以用三维的视角浏览整个装修布局的全貌。该软件内置了很多户型提供给用户使用，只需拖拽到绘画区域就可以自动下载你需要的户型，给非专业的用户提供了自己设计户型的能力。与此同时，用户还可以进入到户型当中，进行第一人称视角的浏览，极大地增强了用户的体验度。国内外的家装软件，虽然能满足常见的场景渲染、场景漫游、户型绘制、模型操作等功能，但是，缺少场景的真实感，模型加载速度过慢、模型数量少、人机交互体验不友好等缺点。

Unity3D的特色包括对DirectX和OpenGL拥有高度优化的图形渲染管道，内置的NVIDIA PhysX物理引擎，提供了具有柔和阴影与烘焙的高度完善的光影渲染系统，实时三维图形混合音频流、视频流等。这些强大的功能使Unity3D越来越普及，适用面越来越广。在该项目中，开发工作大部分是在 Unity3D中实现的。

需求分析是系统开发的一个重要的环节，需求分析是系统开发的依据，也是开发人员掌握用户需求的依赖场所，需求分析的好坏直接影响开发人员的开发进度和开发质量。随着人们对生活环境的要求越来越高时，如何设计一款能够满足大众对室内设计的系统成为关键。

传统的室内设计都是通过设计师设计草图，然后会制作出大概的施工效果图给户主看，但效果图也都是二维的，静态的。如果有的楼盘是精装修楼盘，为了吸引消费者，就会制作样板房，需要先将房屋内部装修实际做出来，然后让消费者上门看房，需要大量的人力物力财力。但是消费者是希望可以方便的观察到尽可能多的房屋装修的实际效果，并且免去反复的来回看房的复杂流程。而本系统开发的目的是减少传统方式的财务成本,所以具有可执行性。

本课题是基于三维设计和游戏软件的家装设计及其展示，涉及到人们日常生活家庭装潢中的样板房参观的情景。此次我的课题还融入了当下流行的虚拟现实技术。由于原来的传统样板房参观模式不仅需要费时费力搭建好样板房，客户参观时也受时间、地点的限制，浪费了人力、物力、财力的同时还极为不便。因此我认为可以将Unity的3D渲染技术运用到样板房参观系统中，这样不仅参观便捷，并且节省成本。设计房屋的主题包含各种各样的风格，更适合年轻家庭。我运用3DMax设计样板房模型，运用Unity3D技术模拟真实参观场景，使得参观者可以与我所设计的房屋模型进行人机交互，提高他们的参观体验。具有技术可行性。

室内家装系统采用Unity引擎使用C#语言进行开发，基于MVC框架进行设计，在开发上轻快、便捷，跨平台运行上也有Unity提供的现成方案，只需要在发布时选择不用的发布平台即可，不需要其他的软件的支持和辅助，极大的方便了开发者的使用和后期维护。

室内家装设计系统主要包括两个部分，分别是客户端和服务器端，室内家装设计系统通过系统客户端收集到用户填写的登陆信息，然和再与服务器端已存在数据进行比对判定。如表2-1主要构成表所示。

表2-1 主要构成表

家装系统的整体用例模型如图2-1所示。

图2-1系统整体用例模型图

基于Unit室内家装设计系统主要分为两个模块和七个子模块，下面对各个模块做具体说明：

1.客户端：

注册：用户首次进入本系统执行注册操作，在本系统申请个人账户，向服务器端发送个人账户信息。 

登录：用户在已有账户后，执行登录操作，向服务器端发送个人数据，核对信息。

新建场景：用户通过登录进入本系统后可以新建自己喜欢的房型。

创建家具：在新建场景后，用户可以在该场景中创建新的家具。

家具交互：用户在新建家具后，可以选择这些创建的家具，对他们进行操作，包括替换、删除、旋转、移动、更换材质等。

JSON数据：当用户即将退出新建场景后，本系统会提示是否保存当前场景的设计，如果保存，则将这些设计数据转换为JSON数据发送至服务器端进行保存。

样板间参观：新用户如果没有自己创建场景的需求，也可以参观本系统提供的样板间进行设计风格的选择。

2.服务器端：

注册：从客户端接收用户发送的注册信息，并将其保存至数据库。

登录：读取客户端发送的用户登录信息，在数据库中进行比对。

多人互联：接收不同客户端用户发来的数据，通过Socket将数据同步更新至每个连接的客户端，进行多人互联。

存档管理：读取用户要进入的存档，在该账户中查找JSON存档信息，将其解析发送至客户端，实现存档操作。

登录模块用例详细描述如表2-2所示。

表2-2 登录模块用例描述

注册模块用例详细描述如表2-3所示。

表2-3 注册模块用例描述

在实现系统功能之前，首先需要明确各游戏功能模块之间的关联和关系。遵循系统设计原则，合理的构建框架、设计场景、分离界面与业务逻辑，设计不同的模型的多种特性。

系统的总体设计包含客户端和服务端两个模块。服务端模块式主要分为两大部分:基础部分和数据管理部分。基础部分主要通过Socket 网络发送协议来达到客户端与服务端进行数据传输的目的，这部分内容负责基础网络通信和协议管理。而数据管理部分则是通过服务器和数据库相连，达到数据库和客户端互相传输信息的功能需求。

将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构及概念模型的过程就是数据库的概念结构设计,简称为数据概念设计,它的主要目的就是分析数据之间内在语义关联,在此基础上建立一个数据的抽象模型。错误!未找到引用源。

本系统主要是为用户所服务的，因此，在系统设计时要将用户的需求放在第一位，保证用户信息的快捷安全，如图3-10所示：

图3-10家装系统数据交换ER图

在数据库的设计中，由于本系统对物品的操作会极为频繁，为了避免大量的增删改查操作，特地采用MySQL5.7版本以后新增的功能。MySQL5提供了一个原生的Json类型，Json值将不再以字符串的形式存储，而是采用一种允许快速读取文本元素的内部二进制格式，在Json列插入或者更新的时候将会自动验证Json文本，更方便的实现了用户存档的读取[2]。用户信息的数据库表如表3-1：

表3-1  用户表

本章节对室内家装设计系统的功能模块和数据库结构进行了设计，在需求分析的基础上，对本系统进行数据建模，将各个表之间的关联关系进行展示，为本系统的实现做准备。

室内家装设计系统的主要服务群体是广大对室内设计有需求的用户，随着互联网行业的飞速发展，学生生活水平的逐步提高，对居住环境有需求的人越来越多，给用户设计一个方便表述自己需求的室内设计平台逐渐成为一个发展趋势。

图4-1 系统流程图

为了用户能有良好的交互体验，场景会涉及大量的UI交互，所以，一个流程清晰且便捷的UI框架尤为重要。

在本系统中，采用了BasePanel结合PanelManager和UIManager、UITool共同组成的UI框架进行管理，此框架优点在于，易于管理和保证各个UI之间的独立性，同时也统筹了UI之间的共性，让代码的复用性更强。

BasePanel是各种和用户交互Panel的父类，这里采用了abstract抽象类，让后来扩展更多面板和更新资源面板也更加便利。

用户注册登录界面包括用户名、密码。用户注册，登录界面如图4-2所示：

图4-2 注册登录界面

在Base Panel里，编写了大部分UI都需要使用的功能，这里UITool是封装的工具类，使得大量繁琐的工作变得更加便捷。若子类Panel有自己的需求，可在父类BasePanel的基础之上进行重写父类方法。如需添加新的功能，可在子类重写方法中加入base.(重写的方法名),即可在父类功能的基础上添加功能和需求。UIType类是指定Panel面板唯一性的一个类，是通过加载路径进行确认。所以在构造BasePanel时是必不可少的。

主界面如图4-4所示：

图4-3 主界面

PanelManager是管理Panel面板出栈入栈和在出栈入栈时必须要进行的操作的一个管理类。在PanelManager类中，构建了一个面板栈用于管理UI的显示、隐藏和可交互性。这里使用栈来存储一是因为和Unity的渲染层级相关。这里需要注意的是，PanelManager只在场景加载时被构造一次，避免多个UI栈的出现，导致程序的复杂度升高和避免一条指令在多个栈中被执行导致程序异常的问题。

图3-5所示为PanelManager对UI设置面板进行入栈操作

图4-4 设置面板

本系统注册登录是在同一界面完成，处理过程一致，需录入两种信息，用户的个人账户和密码，当都符合本系统要求时完成登录与注册。其登录注册流程图如图4-5所示：

图4-5登录注册流程图

UImanager则是对所有UI负责执行具体操作的一个类，BasePanel和PanelManager都是在逻辑层面对UI进行操作，但要如何让用户能够感受和交互，则是UIManager类所管理的。

在UIManager类中，初始化了一个用来存储UI的字典，由于字典的特性，键值对是一一对应的，我们利用这一特点，避免了UI被重复打开的情况。而如何标识UI的唯一性，则是之前提到的UIType通过路径来进行判断唯一性的。字典将UIType作为键，映射到每一个被实例的对象GameObject上，当需要对这个实例进行具体操作时，即可通过字典拿到唯一的实例对象。

为了满足用户对于不同房型和风格的要求，在不同场景和房型之间切换是不可避免的，所以为了在场景切换时，不显得过于突兀，影响用户体验，设计了基于SceneState结合SceneSystem的场景切换系统。如图4-6所示为艺术摄影风格样板间：

图4-6 影棚风场景

用户在登陆本系统后，可选择已存档的场景继续设计，也可选择系统自带的场景作为参考设计，还可以新建场景重新设计，场景跳转流程图如图4-7所示：

图4-7场景跳转流程图

创建Socket，使用异步方式Connect服务器，然后调用BeginReceive()开始等待服务器数据的到来。

服务器数据到来后，触发回调函数ReceiveCallback()，然后将发送来的的消息转换为二进制，存储至二进制数组之中，然后继续调用BeginReceive回调方法，等待服务器消息，响应数据的接受。

Unity的Update方法根据设定从二进制消息队列取出指定数量的信息，将其转换为自己想要的数据类型后，将其分割，信息里包含协议名，通过反射机制，调用对应协议名的函数来处理消息内容。其流程图如图4-11所示：

图4-11 服务器连接流程图

图4-12 数据库连接流程图

该章节详细的介绍了室内家装设计系统的各个功能模块的实现和其效果展示，还有服务器端的数据传输实现思路与方法。

本章节将对已实现的功能模块进行黑盒测试，主要目的是发现系统所存在的问题和测试用例是否达到预期要求。

系统测试是本系统开发的最后一个环节，也是不可或缺的一部分，系统测试保障了本系统的完整性和完备性。良好的系统测试能发现在设计时出现的缺陷和功能开发时遗漏的差错，不断地修复，最终达到用户满意的效果。同时，通过的不断的系统测试，可以保证室内家装设计系统上线后的产品质量。

一般情况下，软件测试是由第三方的小组或者第三方的成员进行测试的，在测试的过程中要严格的按照测试计划进行测试执行，对测试的结果进行详细的记录，最终生成测试报告。系统测试的目的是尽可能多的找出室内家装系统中存在的问题，在室内家装系统系统开发完成后，就必须按照测试用例进行系统的测试。根据软件的测试流程，得到软件测试的结果，通过技术分析与国家的标准进行全方位的比对，保证系统在合法的情况下交由用户进行使用。

在室内家装系统的测试执行之前，要进行系统环境的准备的工作，一个良好的测试需要建立在稳定的测试环境之上，才能进行测试内容和测试方法的选择。求职信息管理系统在测试的过程中，主要使用功能测试进行界面问题的发现，如界面的提示信息等。在功能测试没有问题后，对室内家装系统进行压力测试，如对登录接口进行压力测试，保证接口的稳定使用。

用户注册测试用例如下表5-1所示。

序号：01；

目的：检测系统的注册功能是否可以正常的使用。

前提：输入账号用户名“lh”，输入密码为“lh123”。

表5-1 用户注册模块测试用例

场景跳转测试用例如下表5-3所示。

序号：03；

目的：检测系统在场景切换间是否可以正常的跳转；

前提：用户登录。

表5-3 场景跳转模块测试用例

家具交互功能测试用例如下表5-4所示。

序号：04；

目的：检测系统的家具交互功能是否可以正常的使用；

前提：用户登录。

表5-4 家具交互模块测试用例

本章对室内家装系统测试的必要性进行了详细说明，并对室内家装系统的每一个测试点进行详细的记录。

基于Unity3D 的家装设计系统是一款旨在满足用户家装设计的系统，它的提出也是基于Unity 技术的发展和人民物质生活水平的提高。如何更加高效的帮助用户挑选合适且舒心的居家环境是这款装修平台面对的难题。本课题进行了界面需求和模型需求等分析，实现了各模块的功能和需求。

本文的主要工作成果有以下几点:

1、从课题的选题背景出发，对用户环境需求，装修的需求、以及当前室内设计存在的问题做了分析，得出开发一款灵活性强，表现真实的设计平台的重要性。综合当前Unity技术的快速发展和其具备的优良特性和方便的开发步骤，为室内家装平台的设计和实现制定出以 Unity 技术为基础的解决方法。

2、以课题背景和背景分析为基础，提出了系统的需求分析，由此将系统细分为单独模块，并且在划分数据文理模块，用户交互模块，物品交互模块，模型展示模块和多人家装模块的基础上明确了系统任务要求和设计原则。

3、根据需求分析和功能设计，在各个模块之间进行了实现的讨论，包括具体功能的实现和框架的设计以及嵌套的设计模式等。在此基础上展示了功能实现的效果图，基本满足了预先制定的设计需求。室内家装系统的实现在 Unity3D中进行，使用C#和 XLua语言编写脚本。

总体而言，基于Unity的家装设计系统能够满足一定范围的需求，但鉴于开发时间较短和个人水平的限制，当前的系统还存在很多的问题，在以后的工作中，还需要不断的改进和提高，以满足更多的需求。