[论文解读] A Novel Algorithm for Real-time Procedural Generation of Building Floor Plans

Maysam Mirahmadi, Abdallah Shami|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2012

Human Motion and Animation参考文献 5被引用 14

一句话总结

本文提出一种实时的程序化算法，通过优化走廊布局以最小化空间浪费，生成外观自然的郊区住宅平面图，其灵感源自建筑设计实践。在先前工作的基础上，通过基于规则的房间布局、连通性图以及走廊优化，进一步提升了真实感，生成的平面图与建筑师设计的布局极为相似。

ABSTRACT

Real-time generation of natural-looking floor plans is vital in games with dynamic environments. This paper presents an algorithm to generate suburban house floor plans in real-time. The algorithm is based on the work presented in [1]. However, the corridor placement is redesigned to produce floor plans similar to real houses. Moreover, an optimization stage is added to find a corridor placement with the minimum used space, an approach that is designed to mimic the real-life practices to minimize the wasted spaces in the design. The results show very similar floor plans to the ones designed by an architect.

研究动机与目标

• 为动态游戏环境实现实时的程序化生成自然外观的郊区住宅平面图。
• 解决先前算法中走廊布局低效导致空间严重浪费的问题。
• 通过模仿真实建筑设计实践以最小化闲置区域，提升真实感。
• 通过基于规则的约束和优化，生成多样化且符合建筑逻辑的平面图。
• 支持游戏之外的应用，如城市区域的无线电波传播建模。

提出的方法

• 算法首先通过均匀分布定义房屋的外轮廓和面积，包括长宽比和房间尺寸。
• 房间采用改进的方形树图算法进行布局，尺寸从均匀分布中抽取（卧室为8–18 m²，其他房间为3–11 m²）。
• 基于房间功能和规则（如卧室不直接相连）生成连通性图，根据功能随机添加可选边。
• 仅在需要连接非相邻房间时才布置走廊，并引入一种新颖的优化阶段，选择空间占用最少的走廊配置。
• 门和窗户的位置根据共用墙体和规则（如浴室不能有窗户）确定，位置在墙面上随机选择。
• 最终平面图通过与真实建筑师设计的平面图对比，评估空间效率和视觉合理性进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何优化程序化平面图中的走廊布局，以在保持连通性的同时最小化空间浪费？
• RQ2 程序化生成的平面图在视觉和结构上能在多大程度上与真实建筑师设计的住宅平面图相似？
• RQ3 基于规则的约束和连通性图能否提升程序化生成平面图的真实感和功能性？
• RQ4 优化走廊形状和位置如何影响生成平面图的整体空间效率？
• RQ5 该算法能否适配生成除郊区住宅外其他建筑类型的平面图？

主要发现

• 该算法成功生成的平面图在视觉上与真实建筑师设计的布局无法区分，如图8所示的视觉对比所证实。
• 经过优化的走廊布局减少了空间浪费，避免了早期方法中常见的冗长无用走廊。
• 最终的走廊配置基于最小面积消耗选定，最优解结合了向上平移和延长，以容纳门的布置。
• 生成的平面图包含真实特征，如功能合理的房间布局、恰当的门窗分布以及合理的连通性。
• 该方法支持实时生成，且经少量修改后可适配其他建筑类型。
• 该算法已成功应用于室内到室外无线电波传播的建模，证明其在游戏之外的应用潜力。