基于虛擬現(xiàn)實技術的室內(nèi)設計研究＊

吳紫娟 汪 華 鐘強強

（臺州科技職業(yè)學院，浙江 臺州 31 8020）

引言

室內(nèi)設計關乎者每一個人的居住體驗，但是室內(nèi)設計又具備非常高的專業(yè)門檻，同時對于設計師個人的理念以及素養(yǎng)也有較高的要求，同時每一個人對于美的認識又是不同的，所以設計師與顧客直接的對接過程往往比較復雜。目前市場上的裝修設計公司其產(chǎn)品的開發(fā)過程基本都是先初步了解顧客的意圖，再由設計師出圖并繪制渲染圖，然后將該結果交于顧客并進一步地探討裝修。但是很多時候顧客本身并不具備設計的基礎，無法在大腦中很好地將平面的圖紙轉變?yōu)槿S空間的設計布置，同時言語所能表達清楚的需求也非常有限，所以設計稿的確定往往是反反復復不斷地對接與修改，甚至推翻重來，大大地增加了室內(nèi)設計過程的時間成本與人工成本。

2021年元宇宙的概念不斷地影響各行各業(yè)，5G時代虛擬現(xiàn)實技術的應用將會帶來許多領域的技術變革，將虛擬現(xiàn)實技術融入室內(nèi)設計過程，建構沉浸式虛擬現(xiàn)實室內(nèi)設計系統(tǒng)，將會引領室內(nèi)設計行業(yè)的革新[1]。

一、沉浸式虛擬現(xiàn)實室內(nèi)設計系統(tǒng)的優(yōu)勢

沉浸式虛擬現(xiàn)實室內(nèi)設計系統(tǒng)可以讓室內(nèi)設計的需求與供應更加的明確，讓設計服務過程的有效性大大提升，具體在以下方面得以體現(xiàn)。

第一，具有豐富的沉浸式VR室內(nèi)設計場景案例。由于大部分顧客并沒有室內(nèi)設計的相關知識，所以其需求表示往往也并不清晰明確。通常設計師以設計圖、照片或者視頻的方式去展示以往的場景案例，然后以平面方式呈現(xiàn)的內(nèi)容無法引起顧客的共鳴，所以沉浸式VR室內(nèi)設計的場景案例可以讓顧客置身其中，清晰地感受到虛擬場景中物體擺放的空間位置、顏色以及光影效果等，從而更好地為顧客提供參考的信息，為后續(xù)的設計明確需求。

第二，具有豐富的常用家具的模型。如今客戶更加愿意在室內(nèi)設計時體現(xiàn)個性化的內(nèi)容，所以他們在接受室內(nèi)設計服務時，通常不會直接完整地應用已有的設計案例，而是會在此基礎上按照他們的想法進行修改與優(yōu)化，因此，豐富的常用家具模型可以為顧客提供更多的搭配選擇。

第三，創(chuàng)建了一個可以高自由度的沉浸式虛擬室內(nèi)設計環(huán)境。該系統(tǒng)的建立是為了給用戶提供一個能進行自主室內(nèi)設計的沉浸式虛擬環(huán)境，將平面的設計圖紙編程立體的三維空間來呈現(xiàn)，更加貼近真實場景，從而有效地解決設計師與顧客之間的溝通問題。

二、沉浸式虛擬現(xiàn)實室內(nèi)設計系統(tǒng)的設計

沉浸式虛擬室內(nèi)設計系統(tǒng)的開發(fā)主要可以分為兩部分，即模型的建立以及交互功能的設計。模型的建立主要分為建模、渲染以及最終整合三個環(huán)節(jié)：建模以3ds Max和UG為主；渲染過程主要以3ds Max為主，也可使用犀牛等軟件；最終的整合過程在Unity中進行，為后續(xù)交互功能的實現(xiàn)做好準備。該系統(tǒng)中的交互功能主要包括漫游和場景的設計布置兩部分，其開發(fā)主要基于Unity平臺，通過C#語言編寫相應的程序，具體建構思路如下（如圖1所示）。

圖1 沉浸式虛擬室內(nèi)設計系統(tǒng)的開發(fā)流程

1．建模與交互

高自由度的沉浸式虛擬室內(nèi)設計環(huán)境場景及交互功能的設計。建模過程中，沉浸式虛擬家裝環(huán)境場景可以用3ds Max建模后導入Unity，因為此時的場景未經(jīng)裝飾，所以只需創(chuàng)建基礎場景，創(chuàng)建時可以參考常見的商品用房戶型圖，按戶型圖上的尺寸創(chuàng)建好地面、墻壁、天花板、窗戶等。工業(yè)產(chǎn)品類的模型可以選擇UG進行創(chuàng)建，但工業(yè)CAD軟件的渲染功能通常并不強大，并且此類軟件所創(chuàng)建的模型通常無法直接導入Unity，所以可以采用3ds Max軟件對相應的模型進行渲染、創(chuàng)建動畫以及轉換成能較好兼容于Unity的FBX格式，然后將FBX格式的各類模型導入Unity。其余各種造型的家具則可直接用3ds Max進行建模與渲染。

場景創(chuàng)建完成后便是核心環(huán)節(jié)——交互功能的設計，用戶高自由度地自主進行室內(nèi)設計主要依靠良好的交互功能來實現(xiàn)。因此，前期需要對交互功能的實現(xiàn)邏輯進行充分的討論。例如，對窗戶模型、墻壁以及吊頂模型等的更換方式進行討論。本項目中的交互功能主要分為場景漫游和場景的設計布置兩個方面。

場景漫游可以通過Unity中Standard Assets下Characters中的FirstPersonCharacter預制功能來實現(xiàn)，該功能可以實現(xiàn)行走速度、步長以及聲音等的設置，進入Game場景后使用者便可通過鍵盤上的W、A、S、D來控制人物的行走，Space控制人物的跳躍（如圖2所示）。

圖2 FirstPersonCharacter及其參數(shù)設置界面

其中場景漫游碰撞過程作為抓取過程中的觸發(fā)條件之一，其次創(chuàng)建一個空的GameObject，并在其上添加用以實現(xiàn)抓取的名為Drag的C#腳本組件，然后編寫Drag腳本組件時以面作為參考創(chuàng)建Planelayer層，同時新建模型層并將其歸入Draglayer層。其中，Drag腳本的基本邏輯為：當在模型上發(fā)生碰撞時模型的position變?yōu)樽ト≈黧w（例如鼠標光標）位置的值，當抓取主體松開模型時，模型的position變?yōu)樽ト≈黧w松開時位置的值，從而實現(xiàn)模型的抓取與放置，實現(xiàn)自主地沉浸式室內(nèi)設計。（如圖3所示）。

圖3 Drag腳本的基本邏輯

2．模型資源庫建設

用戶于沉浸式虛擬環(huán)境中進行自主的室內(nèi)設計必須依靠豐富的家具、物品素材庫，因此，資源庫的建設是沉浸式虛擬室內(nèi)設計系統(tǒng)建設的基礎。為了給用戶使用時提供更多、更方便的選擇，所以資源庫建設時需要進行分類以及導航，可以按照模型的類別分類，例如家具、軟裝、電器等，還可以按照風格類型進行分類，例如極簡風、北歐風、復古風、中國風等。

3．案例庫的建設

對已完成的室內(nèi)設計方案進行收集與整合。收集的對象包括自主的設計方案，以及向其他設計公司購買的已使用的設計方案，并基于這些設計方案建設VR場景，當案例庫越來越豐富時，也需要對其中的案例進行分類與導航。

總結

第一，虛擬現(xiàn)實技術在室內(nèi)設計中的應用可以將平面的信息三維立體地在虛擬環(huán)境中呈現(xiàn)，讓設計師與顧客之間的交流變得更為有效，提升室內(nèi)設計的服務品質與效率。

第二，模型資源庫的建設可以將創(chuàng)建的模型系統(tǒng)化，可以為沉浸式虛擬室內(nèi)設計系統(tǒng)的交互功能提供素材基礎，便于用戶在系統(tǒng)中自主、直觀地進行室內(nèi)設計。

第三，案例庫的建設可以為不具備室內(nèi)設計相關知識的顧客提供設計的參考，同時結合資源庫以及交互功能，實現(xiàn)以案例為基礎的個性化設計和優(yōu)化設計。