于 海 霞

(合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230000)

0 引 言

室內(nèi)設(shè)計(jì)是當(dāng)前比較熱門的行業(yè)，傳統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)大多是以電腦效果圖、樣板間或沙盤模型等形式向用戶展示設(shè)計(jì)效果，但它們都有不易修改的缺陷。如果用戶提出不同的設(shè)計(jì)意見，設(shè)計(jì)師無法進(jìn)行實(shí)時(shí)修改,增大設(shè)計(jì)師工作強(qiáng)度[1]，且除了樣板間，其他設(shè)計(jì)方式缺少身臨其境之感。如何解決這些不足，成為設(shè)計(jì)行業(yè)面臨的共同問題。

虛擬實(shí)境技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟為室內(nèi)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)型提供了更好的平臺(tái)和發(fā)展空間，利用虛擬技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)是一種新的嘗試[2]。Unity3-D引擎是由Unity Technologies公司開發(fā)的能夠支持多平臺(tái)發(fā)布的專業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，可使開發(fā)周期大幅度縮短[3]。

本文介紹基于Unity3-D的虛擬室內(nèi)設(shè)計(jì)展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、主要功能的實(shí)現(xiàn)及運(yùn)行效果，在該平臺(tái)上可以進(jìn)行室內(nèi)漫游，根據(jù)用戶要求對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)效果實(shí)時(shí)進(jìn)行修改，提高用戶體驗(yàn)度和滿意度，同時(shí)提高設(shè)計(jì)公司的工作效率，降低工作成本。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義與價(jià)值

虛擬室內(nèi)設(shè)計(jì)把傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的所見即所得的完美境界。三維立體造型畫面感逼真，立體感和真實(shí)感強(qiáng)烈，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率[4-6]。

虛擬室內(nèi)裝飾展示系統(tǒng)應(yīng)用Unity 3-D引擎進(jìn)行開發(fā)。設(shè)計(jì)者可以完全按照用戶的構(gòu)思構(gòu)建和裝飾虛擬的房間，并可以任意變換用戶在房間中的位置，觀察設(shè)計(jì)效果，實(shí)時(shí)更改直到滿意為止，既節(jié)約了時(shí)間，又節(jié)省了做模型的費(fèi)用[7-9]。

1.2 系統(tǒng)功能

虛擬室內(nèi)裝飾展示系統(tǒng)注重交互，用戶可在虛擬空間中進(jìn)行漫游查看設(shè)計(jì)效果，并可以通過點(diǎn)擊進(jìn)行交互操作。系統(tǒng)的主要功能如圖1所示。

漫游功能提供了自動(dòng)漫游和主動(dòng)漫游2種方式。自動(dòng)漫游是系統(tǒng)按預(yù)先設(shè)定好的路線引導(dǎo)用戶進(jìn)行室內(nèi)瀏覽，不需要用戶操作；主動(dòng)漫游是用戶通過鍵盤操控按照自己的意愿進(jìn)行瀏覽。

交互功能為用戶提供了與室內(nèi)設(shè)計(jì)交互的接口，用戶可以按照自己的喜好對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，包括更換房屋的壁紙或地板樣式、改變家具擺放的位置或擺放方式及移除不喜歡的家具、添加心儀的家具。

交互設(shè)計(jì)是一種目標(biāo)導(dǎo)向設(shè)計(jì)，所有的工作內(nèi)容都圍繞著用戶行為去設(shè)計(jì)。目的在于讓用戶更沉浸、更方便、更有效率去完成他們預(yù)期的操作，獲得愉快的用戶體驗(yàn)。交互設(shè)計(jì)不僅豐富了室內(nèi)設(shè)計(jì)的樣式，更提高了用戶的體驗(yàn)感，與家具的交互更是能讓用戶如身臨其境，在虛擬樣板間中設(shè)計(jì)出心目中的家，真正感受到對(duì)房間的掌控權(quán)，感受擁有真實(shí)房間的日常生活狀態(tài)。

圖1虛擬室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能 圖2虛擬室內(nèi)裝飾展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線

虛擬室內(nèi)裝飾展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

首先根據(jù)戶型圖使用3-D MAX進(jìn)行模型的創(chuàng)建，將3-D MAX單位改成m或cm，有利于建模時(shí)對(duì)真實(shí)距離的掌握[10]，完成系統(tǒng)建模和貼圖，并導(dǎo)出FBX文件。

進(jìn)入U(xiǎn)nity3-D導(dǎo)入模型，貼圖并布置好燈光，進(jìn)行場(chǎng)景渲染，然后進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，包括設(shè)置攝像機(jī)、創(chuàng)建UI布局、編寫交互及UI功能腳本。最后進(jìn)行測(cè)試，通過后發(fā)布。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 漫游功能設(shè)計(jì)

漫游系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)的靈魂，是用戶接觸的第一視角。系統(tǒng)提供了自動(dòng)漫游和主動(dòng)漫游2種方式。自動(dòng)漫游不需要用戶操作，系統(tǒng)按設(shè)定好的路線引導(dǎo)用戶觀賞。主動(dòng)漫游即用戶通過鍵盤光標(biāo)鍵或WSAD4個(gè)鍵控制漫游方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景多角度、全視野的游覽。

無論哪種漫游方式，碰撞交互是必要的屬性之一，主要防止攝像機(jī)的穿模、自主下落及彈性碰撞等。因此需要設(shè)置1個(gè)虛擬碰撞體，用來檢測(cè)攝像機(jī)碰到墻壁、家具等其他模型的一些物理反應(yīng)[4]。

2.2 交互功能設(shè)計(jì)

用戶在漫游的過程中，可以根據(jù)自己的需要或喜好對(duì)室內(nèi)裝飾進(jìn)行變動(dòng)，包括更換墻紙或地板的樣式、家具的位置或擺放方式，也可以移除家具或添加一些家具。

2.2.1 更換墻紙或地板

用戶在需要更換的墻紙或地板上點(diǎn)擊鼠標(biāo)，彈出是否需要變更的對(duì)話框，確定后，就可以在彈出的樣式中選擇喜愛的樣式，從而更換風(fēng)格(圖3)。

圖3 更換墻紙和地板樣式前后對(duì)比

以更換墻紙為例，為了實(shí)現(xiàn)上述功能，需要完成以下操作。

第一步：設(shè)置1個(gè)bool型全局變量button_down和take用于判定。

當(dāng)button_down為true,則說明用戶正在普通操作，當(dāng)前可以對(duì)墻壁進(jìn)行單擊操作，如果單擊墻壁后，令button_down的值為false，禁止其他操作，take的值也更改為false，表示更換墻紙時(shí)，家具不可以被更改。用戶退出更換墻紙行為后，button_down、take值再恢復(fù)為true。

第二步：創(chuàng)建射線碰撞來單擊觸發(fā)的功能。

創(chuàng)建UIset的c#腳本，設(shè)置camera參數(shù)來獲取主攝像機(jī)，單擊墻壁后，為了不對(duì)用戶的操作進(jìn)行干擾，需令攝像機(jī)靜止，不能再隨著用戶的控制而改變。設(shè)置GameObject型數(shù)組，用于存放即將調(diào)用的UI。從鼠標(biāo)發(fā)射1條射線，射線所接觸到的當(dāng)前碰撞tag為wall時(shí)，則獲取當(dāng)前碰撞的物體，將攝像機(jī)固定，彈出是否更換墻紙?jiān)儐枌?duì)話框,確認(rèn)更改后進(jìn)行第三步。

第三步:創(chuàng)建ChangeWall的c#腳本。

設(shè)置GameObject類型數(shù)組，用于獲取需要交互的壁紙模型，設(shè)置Texture類型數(shù)組，用于存儲(chǔ)可更換的貼圖。執(zhí)行UISet.objects.GetComponent().material.mainTexture=texture[n]，更換貼圖。

2.2.2 移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)家具

如果用戶對(duì)某個(gè)家具的擺放位置不滿意，可在家具上點(diǎn)擊，在彈出的快捷菜單中選擇“移動(dòng)”或“旋轉(zhuǎn)”后，按住鼠標(biāo)拖動(dòng)或旋轉(zhuǎn)家具，滿意后點(diǎn)擊“確定”就可以變動(dòng)家具的位置或擺放方式(圖4)。

圖4 移動(dòng)家具前后對(duì)比

當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到可交互的家具上時(shí)，改變鼠標(biāo)光標(biāo)。單擊當(dāng)前可交互家具后，關(guān)閉更換地板和墻紙的功能，獲取當(dāng)前單擊鼠標(biāo)的位置，并在當(dāng)前位置繪制快捷菜單，當(dāng)單擊“移動(dòng)”或“旋轉(zhuǎn)”時(shí)，調(diào)用相應(yīng)代碼，并執(zhí)行。以移動(dòng)家具為例，首先獲得鼠標(biāo)在空間中的坐標(biāo)，求出被移動(dòng)家具與鼠標(biāo)物體在空間中的偏移量，將鼠標(biāo)坐標(biāo)加上偏移量作為被移家具新的位置坐標(biāo)，重復(fù)鼠標(biāo)按下動(dòng)作，直到釋放鼠標(biāo)為止。主要代碼如下

MouseScreenSpace=new Vector3(Input.mousePosition.x,Input.mousePosition.y,TargetScreenSpace.z);

Offset=trans.position-Camera.main.ScreenToWorldPoint(MouseScreenSpace);

while(Input.GetMouseButton(0)){

MouseScreenSpace=new Vector3(Input.mousePosition.x,Input.mousePosition.y,TargetScreenSpace.z);

TargetWorldSpace=Camera.main.ScreenToWorldPoint(MouseScreenSpace)+Offset;

trans.position=TargetWorldSpace;//更新目標(biāo)物體的世界空間坐標(biāo)

yield return new WaitForFixedUpdate();//等待固定更新

}

2.2.3 添加家具

用戶點(diǎn)擊“添加家具”菜單，在彈出的子菜單中選擇需要添加的家具或裝飾物，將選中的物品添加到當(dāng)前房間中(圖5)。

圖5 添加家具前后對(duì)比

事先在引擎中設(shè)定距離參數(shù)distance，設(shè)定家具與攝像機(jī)之間的距離，創(chuàng)建一個(gè)用于獲取家具的物體cube，定義x、y變量，用來獲取鼠標(biāo)單擊時(shí)的位置參數(shù)。clickP用于獲取家具出現(xiàn)位置，通過調(diào)用Instantiate(GameObject,position)方法，在指定位置克隆出新的家具。主要代碼如下

Void Update(){

.......

X=Input.mousePosition.x;

Y=Input.mousePosition.y;

clickP=Camera.main.ScreenToWorldPoint(new Vector3(x,y,distance));

Cube=GameObject.Find(“jj_name”);//jj_name為家具模型的名稱

Instantiate(cube,clickP,Quaternion.identity);//在clickP位置處克隆出新的物體

}

2.2.4 刪除家具

如果用戶對(duì)現(xiàn)有的家具不滿意，可在家具上點(diǎn)擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇“刪除”，確認(rèn)后即可刪除當(dāng)前家具。只要停止渲染該家具就可以實(shí)現(xiàn)刪除家具的效果(圖6)。

圖6 刪除家具前后對(duì)比

3 結(jié) 論

虛擬實(shí)境技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)將現(xiàn)實(shí)的物體虛擬化來構(gòu)造世界，本文通過將室內(nèi)設(shè)計(jì)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)了虛擬室內(nèi)裝飾展示系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行仿真，設(shè)計(jì)效果良好，場(chǎng)景逼真，用戶在使用過程中如身臨其境。系統(tǒng)主要包括漫游和交互功能，重點(diǎn)模擬了用戶與室內(nèi)家具的交互過程，用戶可按自己的要求隨時(shí)變換設(shè)計(jì)的效果，進(jìn)而提升用戶的體驗(yàn)度與沉浸感，提高設(shè)計(jì)公司的工作效率，降低開發(fā)成本。

本系統(tǒng)功能只是對(duì)虛擬室內(nèi)展示功能的初探，還有許多提升的空間，如增加家具的實(shí)現(xiàn)算法、可供選擇的家具或地板墻紙的展示方式、家具在移動(dòng)過程中的流暢性等，這些都是在后續(xù)工作中需要完成的任務(wù)。