三维交互式汇报技术及其在方案评审中的应用

何兴富

(重庆市勘测院，重庆 400020)

1 引言

作为规划设计的一个重要环节，汇报评审在整个规划设计环节中占有重要的地位，是管理部门充分理解设计者意图的主要渠道。因此，如何通过简短的汇报让管理者充分理解设计方案的全部信息，是规划设计人员必备的一项技能。目前，广泛使用的PowerPoint(PPT)文档可以综合文字、图片、视频等内容，展现设计方案的设计思路与各种细节，甚至一些简单的交互操作。PPT演示已经成为当前各种评审汇报的主要形式。

然而，在面向规划设计领域，由于大量采用三维仿真系统等三维可视化的方式辅助方案评审，以图文为主的汇报材料与内容丰富的三维仿真系统之间出现信息的不对等。汇报内容是固定的，无法满足现场专家提出的需求，如切换视角以观察设计对象等。即使使用现场操作的方式来解决这一矛盾，仍然会出现汇报不连贯、操作不流畅等新问题，从而影响汇报的效果。在交互式汇报技术方面，成熟的解决方案主要从软硬件集成上实现，如交互式白板［1］等，交互灵活，但成本较高。在软件集成上，由于使用平台的差异，未见通用的解决技术。

本文分析了规划设计领域对当前以PPT为载体的汇报方式所带来的新需求，提出一种以三维仿真系统为核心的交互式汇报演示技术，实现汇报内容与三维场景的实时互动，最后以规划设计成果的方案评审汇报演示为例，阐述交互式汇报技术的使用方法及其带来的优势。

2 三维规划设计管理对汇报方式的新需求

目前，三维数字城市方兴未艾，国内大量城市已经建成面向规划、电力、水利等领域的三维仿真平台，如“厦门市城市规划三维仿真系统”等［2］。利用三维仿真系统，可以真实模拟规划设计方案及其周边的现实环境，对规划方案进行全方位的展示，实现在多个窗口中同时显示多个备选方案进行对比，以选择最优设计方案。三维仿真的天然特性使其成为城市规划管理的最佳手段，三维仿真技术已越来越广泛地应用于规划审批辅助决策中［3］。目前，包括重庆在内的多个城市已经探索在三维规划管理平台上实现建筑方案建管环节和竣工环节的三维辅助审批流程［4］。

三维仿真为规划管理带来了新兴的技术手段，同时也对方案的评审汇报带来了新的挑战。基于PPT文档的汇报方式中，建筑方案的设计意图、效果和分析结果只能通过文字、图形和预先录制的视频等信息承载。预设的观察视角往往不能满足现场评审专家的多元化需要，无法实现多个方案分屏多角度对比，更无法实现其他复杂操作，如定点观察、控高分析等。

针对上述问题，常用的解决手段包括在PPT文档与三维场景之间来回切换，或先汇报后交互演示等。这些方式在一定程度上解决了展现和表达冲突，但也带来新的问题:

(1)汇报过程不连贯。无论是先汇报后展示还是在汇报过程在PPT与三维场景之间进行切换，都会造成汇报过程的不连贯，从而影响设计人员的连续表达及与会者对汇报思路的掌握;

(2)操作过程不流畅。受操作人员的熟悉程度、现场环境等因素影响，现场操作无法保证应有的效率与精准程度，糟糕的演示不仅不能形成对汇报内容有益补充，甚至可能带来反效果;

(3)演示时间难掌控。与第(2)点类似，过多的现场操作带来的另一个问题是时间脱离掌控，而多数情况下方案评审对汇报时间会有一定的要求;

为解决这些问题，建立一种全新的基于三维场景的交互式汇报演示方案，本文从PPT到三维场景的动作映射及三维场景的自动操作两方面进行研究。

3 基于三维场景的交互式汇报方案设计

交互式汇报演示的核心是将汇报内容与三维场景进行整合，实现汇报流程与表达内容的三维场景自动操作。一方面，汇报内容与三维场景并不始终是并列关系，而应根据汇报主线的需要动态调整，以更好地表达汇报者的意图;另一方面，根据汇报内容的需求，在PPT文档与三维场景之间建立一种联动机制，实现PPT文档动作(如翻页)到三维场景动作(如切换视角)的映射。两者的实现目的一致，可以使用相同的联动机制实现，该过程如图1所示。

图1 PPT文档到三维场景的联动

3.1 PPT文档结构解析

要实现对PPT操作动作的捕捉，需要先解析PPT文档的结构，分析PPT二次开发API对文档部件的描述及事件响应。一个PPT文档可以包含多个页面，每个页面内部又包含文本、图像等多种开关，是一种典型的树状结构，如图2所示。

图2 PPT文档树状结构

文档、页面及形状在二次开发API中都有对应的对象。其中，文档为presentation，页面为slide，形状为shape［5］。通过API，可以实时获取当前演示的页面信息。

本文将PPT可用的操作简化为三类:进入页面(Load)、点击(Click)和离开页面(Leave)。因此，将PPT集成到三维场景时，每个页面可以包含三个动作列表:LoadActions、ClickActions和 LeaveActions。列表如果不为空，将在文档相应操作发生时，按列表中的动作顺序向三维场景发送操作命令。

3.2 功能封装

三维场景对PPT操作的响应分为两类，一是对窗口本身的操作，如调整PPT窗口与三维场景窗口之间的比例关系;一是对三维场景的操作，如定位、环视、按路径浏览等。针对不同的动作，必须能够以一种简单的方式实现动作的响应，而且是易于使用和编辑的，否则将会对集成使用造成困难。

本文将窗口操作和三维场景操作抽象为一个动作响应接口ResponseInterface，它有两个函数DoAction()和DoAntiAction()。前者表示执行动作对应的操作，如“环视”，后者表示执行与动作相反(或停止类型)的操作，如“停止”。基于此接口，定义一系列响应类，每个响应类代表对窗口或三维场景的一个操作。将这些类封装为一个程序集，称为动作程序集，它是实现三维自动操作的基础。

3.3 动作映射

程序截获在PPT操作的动作后，通过一个映射表将动作映射到动作程序集中的动作响应类，系统调用该动作响应类，以实现三维仿真系统的实时响应，这一步称之为动作映射。

通过以上两个步骤，已经得到一个可用的动作列表和程序集合。为了便于理解动作的含义与集成，关联到PPT中的动作是以命令行的方式存储的，即一个动作由一个字符串表达，因此，必须建立一个机制，让程序识别这些命令的含义。反射机制的出现可以很好解决这一问题［6］。当PPT发出动作时，程序分离出动作的类型和参数信息，通过反射获取动作类型所对应的操作类，操作类根据参数信息执行操作，从而完成动作的响应。这一过程如图3所示。

图3 PPT动作到系统操作的响应流程

4 系统实现及应用

4.1 系统集成

为实现方便友好的应用，本文开发了一个用于将PPT文档集成到三维仿真系统中，并提供可视化关联的集成工具。工具界面如图4所示。

图4 集成工具

在集成工具中，可以通过可视化和交互式的方式对PPT文档的每一页设置动作，包括进入页面动作、点击页面动作和离开页面动作。每个动作都需要一定的参数，如“飞到位置”指飞到场景中的一个指定位置，双击列表中的该动作，可以直接在场景中点击以自动获取场景坐标作为参数。

动作设置完成后，将与PPT一起打包，生成一个自定义文件KPT。系统支持打开KPT文件以进行编辑，支持PPT的更新等。

4.2 应用示例

在三维仿真系统中，打开集成工具打包的KPT文件，将以分屏的方式同时显示PPT窗口与三维场景，可以手动调节窗口分屏比例，也可以在PPT页面关联的动作中提前预设，以得到一个比较满意的比例关系。当汇报人员点击右侧的PPT窗口时，PPT页面关联的动作将直接反映在左侧的三维场景中。演示系统如图5所示。

图5 三维交互式演示系统

可以在进入、点击和离开页面三个环节定义所需的动作。以道路多方案汇报为例，当进入页面时，加载当前汇报的方案三维成果，并沿路线自动飞行，在汇报人员进行总体介绍时让与会专家了解设计的效果。在汇报过程中，介绍到重要关注点时，可以以多个预定视角进行观察。一个方案介绍结束后，关闭当前方案。通过这一流程，形成一个自动的，完整的交互操作，汇报人员可以专注于汇报的内容，而不必纠缠于操作的细节。

本文目前封装的部分动作及其含义如表1所示。

PPT常用动作列表 表1

5 结论

基于三维仿真系统的交互式汇报技术以汇报人员为中心，以三维仿真系统为载体，解决了当前以三维仿真系统为管理平台的规划设计方案评审、管理，与以二维内容为主的汇报方式之间信息不对等的问题。通过定义一系列常用的操作与分析，可以以精确定位、按路径浏览、实时标注、实时分析等三维仿真系统的功能辅助汇报者准确地表达设计的整体思路、设计意图、设计成果效果和细节等现场专家关注的问题。既充分利用了三维仿真系统在展现上的优势，又避免了花费精力在操作上致使汇报的连续性受到影响。

目前，该技术的原型实现已经在道路设计、建设方案审批、城市用地设计等规划设计成果汇报中得到了应用，新颖的交互式汇报方式有力地促进了设计人员与管理层、与会专家之间的沟通。但由于研究时间较短，下一步仍需在细节深入、友好交互、通用定义等方面进行研究，以使该成果得到更广泛的应用。

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

［2］厦门建五大辅助决策平台，率先实现全城三维［EB/OL］.http://news.3snews.net/industry/20111110/16977.shtml

［3］曾航，周宏文，张敏等.特大山地城市三维仿真规划管理应用与实践［J］.规划师，2011(10):60～64.

［4］李淑荣，张秋.重庆市规划管理进入三维仿真时代［J］.城市勘测，2012(2).

［5］王萍，桂福坤.VBA编编程在PowerPoint课件中的应用［J］.浙江海洋学院学报·自然科学版，2007，26(4):464～469.

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