陳小連

(泉州信息工程學(xué)院 創(chuàng)意設(shè)計(jì)學(xué)院視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)系，福建 泉州 362000)

近年來，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，逐漸由傳統(tǒng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變到了互聯(lián)網(wǎng)與裝飾結(jié)合的新模式，推進(jìn)了室內(nèi)裝飾行業(yè)智能化發(fā)展。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)師來說，室內(nèi)設(shè)計(jì)渲染效果的好壞非常重要，渲染效果較理想，能夠使客戶明確室內(nèi)設(shè)計(jì)的效果，確定設(shè)計(jì)方案[1]。但是，目前室內(nèi)設(shè)計(jì)軟件操作難度較大，渲染時(shí)間較長(zhǎng)，且室內(nèi)設(shè)計(jì)的風(fēng)格越來越多，家具變化也越來越多。設(shè)計(jì)師在采用傳統(tǒng)軟件進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案與客戶所需設(shè)計(jì)方案脫節(jié)，設(shè)計(jì)效果千篇一律[2]。為此相關(guān)領(lǐng)域研究人員進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

文獻(xiàn)[3]提出通過適老建筑室內(nèi)色彩環(huán)境的設(shè)計(jì)，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在進(jìn)行室內(nèi)色彩設(shè)計(jì)時(shí)模擬真實(shí)場(chǎng)景，將室內(nèi)空間建構(gòu)和相應(yīng)色彩進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，完成室內(nèi)色彩設(shè)計(jì)。該方法將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入，將適老建筑室內(nèi)色彩進(jìn)行場(chǎng)景模擬，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的室內(nèi)設(shè)計(jì)，但該方法構(gòu)建虛擬場(chǎng)景時(shí)的技術(shù)研究存在局限性，雖然完成了個(gè)性化設(shè)計(jì)，但僅考慮色彩的設(shè)計(jì)，局限性較大。文獻(xiàn)[4]提出結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)裝修技術(shù)。該技術(shù)首先介紹了室內(nèi)設(shè)計(jì)互動(dòng)分析的主要內(nèi)容和其特質(zhì)，然后分析了該方法運(yùn)用到住宅內(nèi)的可行性，最后提出加強(qiáng)該技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用措施。該方法只是一個(gè)理論層面的探討，并沒有實(shí)際的操作。

基于上述問題的存在，設(shè)計(jì)一種基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)云軟件。VR/AR技術(shù)是時(shí)下備受關(guān)注的新技術(shù)，通過虛擬圖像給用戶帶來逼真體驗(yàn)。VR技術(shù)與AR技術(shù)是兩種不同顯示技術(shù)。本文將VR技術(shù)與AR技術(shù)應(yīng)用在室內(nèi)云軟件設(shè)計(jì)中，改善室內(nèi)設(shè)計(jì)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)云軟件模擬室內(nèi)設(shè)計(jì)的場(chǎng)景效果較佳，能夠滿足用戶的需求。

1 VR/AR技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，VR技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到室內(nèi)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開發(fā)、文物古跡修復(fù)、旅游行業(yè)和教育事業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中。其中，在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中應(yīng)用最多。該技術(shù)具有其他建筑技術(shù)沒有的操作特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，如建筑環(huán)境、空間體驗(yàn)等，能夠避免因建筑實(shí)際施工后與用戶預(yù)期不符造成的返工現(xiàn)象，在減少設(shè)計(jì)成本的基礎(chǔ)上提高施工效率[5]。

VR是一種可在虛擬場(chǎng)景中感受實(shí)際體驗(yàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)建視、聽、觸的感官世界，通過交互設(shè)備體驗(yàn)虛擬中的真實(shí)感。

AR技術(shù)是一種新生圖形顯示技術(shù)，該技術(shù)能夠通過捕捉現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，將已經(jīng)設(shè)計(jì)的貼圖與實(shí)際場(chǎng)景融合，使體驗(yàn)者能夠在虛擬場(chǎng)景中體驗(yàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)后的效果。該技術(shù)已在醫(yī)療、圖書、手機(jī)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，發(fā)展趨勢(shì)較好。

將VR/AR技術(shù)應(yīng)用到室內(nèi)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)的真實(shí)感，滿足客戶需求。

2 VR/AR技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用

通過VR技術(shù)能夠模擬整個(gè)室內(nèi)虛擬場(chǎng)景，使用戶能夠直觀感受到設(shè)計(jì)的真實(shí)環(huán)境效果，方便室內(nèi)環(huán)境布置和調(diào)整。其中，包含立體聲合成與立體顯示技術(shù)。VR技術(shù)能夠模擬人在正常生活環(huán)境中聽覺特點(diǎn)，使室內(nèi)設(shè)計(jì)中聽覺效果與實(shí)際情況無明顯差距。同時(shí)，可以使建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)中通過應(yīng)用觸覺反饋技術(shù)，提高用戶與室內(nèi)環(huán)境的交互性，帶給客戶真實(shí)的室內(nèi)環(huán)境體驗(yàn)。

AR技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)中，主要是提供新鮮事物供人們體驗(yàn)，其中，有較多制備完畢的家具、電器、陳設(shè)品供設(shè)計(jì)師和用戶調(diào)用[6]，能夠?qū)崟r(shí)預(yù)覽家具模型，并能夠通過顯示器將虛擬家具放置到家中。用戶通過AR技術(shù)能夠看到室內(nèi)中的沙發(fā)、茶幾、電視等設(shè)備擺放位置，實(shí)際沉浸到室內(nèi)環(huán)境[7]中。同時(shí)，設(shè)計(jì)師能夠運(yùn)用AR技術(shù)中已有的模型布置場(chǎng)景，創(chuàng)作出屬于自己的AR作品。

3 基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)云軟件設(shè)計(jì)

3.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件功能設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件之前，確定室內(nèi)設(shè)計(jì)云的設(shè)計(jì)需求[8]。針對(duì)設(shè)計(jì)師需求，提高室內(nèi)設(shè)計(jì)渲染速度，針對(duì)用戶來說，增加室內(nèi)設(shè)計(jì)的交互性，實(shí)時(shí)查看設(shè)計(jì)效果，并對(duì)電腦渲染設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際設(shè)計(jì)效果進(jìn)行對(duì)比。為滿足不同群體的設(shè)計(jì)需求，結(jié)合藝術(shù)手段優(yōu)化軟件界面，將技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)該軟件的功能如下。

(1)創(chuàng)建上帝模式，可以在任意空間建造、編輯模型，對(duì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放等基本操作可以從任意角度觀察建筑設(shè)計(jì)效果。

(2)AR掃描分享，訪客可進(jìn)入分享者設(shè)計(jì)的云空間。

(3)第三方分享接入以及第三方用戶登錄。

(4)用戶可通過錄制視頻分享室內(nèi)設(shè)計(jì)成果。

3.2 基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件框架

基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件框架如圖1所示。

圖1 基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件框架

在用戶啟動(dòng)該軟件后，進(jìn)入到軟件主界面，用戶可根據(jù)自身需要點(diǎn)擊菜單，調(diào)用軟件中相應(yīng)響應(yīng)函數(shù)，以滿足自身的功能需要。

基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件中主要包括三類對(duì)象：空間對(duì)象[9]、物品對(duì)象以及場(chǎng)景對(duì)象。空間對(duì)象中主要包含燈、墻、過道以及柱子等，且包含材質(zhì)與紋理等，這些對(duì)象供用戶與設(shè)計(jì)者改變空間對(duì)象屬性；物品對(duì)象主要包含門、窗、家具等，用戶與設(shè)計(jì)師可隨意改變并且能夠從數(shù)據(jù)庫(kù)中做出相應(yīng)選擇。這些設(shè)計(jì)對(duì)象通過軟件中對(duì)象管理模塊進(jìn)行管理，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

該軟件建立的虛擬室內(nèi)環(huán)境中，可實(shí)現(xiàn)用戶交互式漫游，包含以下內(nèi)容。

第一，用戶接口模塊接受用戶請(qǐng)求，根據(jù)實(shí)際需求展示室內(nèi)設(shè)計(jì)三維空間[10]。

第二，場(chǎng)景管理模塊創(chuàng)建管理三維空間。

第三，對(duì)象管理模塊接收用戶請(qǐng)求信息，接收或返回重建信息。

第四，通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)室外通信。

3.3 室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件登錄界面優(yōu)化

在上述功能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，需要對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件的登錄界面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。登錄界面的設(shè)計(jì)不僅僅是進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)，還需要根據(jù)軟件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。對(duì)登錄界面的色彩進(jìn)行選擇，搭配合理顏色。設(shè)計(jì)的軟件登錄界面顏色是使用者對(duì)軟件的第一視覺感知，設(shè)計(jì)的登錄界面以白色和藍(lán)色為主色調(diào)。根據(jù)軟件功能，設(shè)計(jì)個(gè)性化登錄界面中所需的功能按鈕。本文將此登錄界面設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單的云平臺(tái)界面，讓使用者一目了然，方便快捷實(shí)現(xiàn)登錄。軟件登錄界面設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 VR/AR技術(shù)室內(nèi)設(shè)計(jì)云軟件登錄界面

軟件的菜單以及功能設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 軟件菜單以及功能簡(jiǎn)介

3.4 室內(nèi)云軟件功能實(shí)現(xiàn)

結(jié)合VR技術(shù)與AR技術(shù)，將這兩種技術(shù)作為室內(nèi)云軟件中數(shù)據(jù)的管理平臺(tái)，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)與室內(nèi)景觀信息之間的交流，分析設(shè)計(jì)室內(nèi)景觀，將需要設(shè)計(jì)的景觀位置反映到VR技術(shù)與AR技術(shù)中，結(jié)合過程如圖4所示。

圖4 VR技術(shù)與AR技術(shù)結(jié)合圖

在室內(nèi)云軟件中場(chǎng)景搭建中，首先導(dǎo)入待設(shè)計(jì)資源，對(duì)室內(nèi)景觀全景圖進(jìn)行重建[11-12]，以人眼觀測(cè)的有效視角進(jìn)行全角度拍攝。在建筑信息數(shù)字化生成過程中，通過空間坐標(biāo)將室內(nèi)區(qū)域劃分，采用固定矩陣中的行列號(hào)表示室內(nèi)各景觀的地理空間位置。

在室內(nèi)場(chǎng)景圖重建過程中，地形模型和重建全景圖中存在兩個(gè)變量，此時(shí)，

H(t,s)=A[a0+a1+a2+a3+…+an]

(1)

式中，a0、a1、…an分別代表重建參數(shù)，H(t,s)代表重建全景圖坐標(biāo)。

在此基礎(chǔ)上，建立室內(nèi)設(shè)計(jì)模型，對(duì)地形進(jìn)行編輯，將室內(nèi)云軟件中的三維表面的參數(shù)表達(dá)為：

(2)

式中，i、j分別代表參數(shù)變量，x、y、z代表室內(nèi)云軟件中建筑坐標(biāo)位置。

采用數(shù)字高程模型表述三維向量的有限序列，表達(dá)式為：

M=(Xu,Yu,Zu),u=1,2,…,n

(3)

式中，Xu、Yu、Zu代表三維平面坐標(biāo)，M代表模型的高程值參數(shù)。

基于上述分析，完成室內(nèi)云軟件的設(shè)計(jì)，軟件總體流程如5圖所示。

《孫子·謀攻篇》中說：“知己知彼，百戰(zhàn)不殆。”何謂“知己”？對(duì)自身?xiàng)l件的嚴(yán)格審查和分析，才能知道自己的優(yōu)勢(shì)何在，以此進(jìn)行謀略和戰(zhàn)術(shù)安排。何謂“知彼”？知彼即對(duì)對(duì)方的力量進(jìn)行深入的了解，以做到避強(qiáng)擊弱，采取不同的應(yīng)戰(zhàn)方案。這是兵法中最光輝的軍事思想，提倡的謀略是建立在了解雙方力量的基礎(chǔ)上的。這樣的智慧，同樣適用于語文高考備考。此處之“己”我理解為學(xué)生，“彼”為高考大綱、高考真題等。

圖5 室內(nèi)云軟件總體流程圖

使用該軟件構(gòu)建室內(nèi)場(chǎng)景的渲染速度、比例、質(zhì)量等較好，在對(duì)所有場(chǎng)景渲染完成后，即可生成全景漫游。利用本文設(shè)計(jì)的云軟件，用戶可根據(jù)自身需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇貼圖，可以隨意調(diào)動(dòng)場(chǎng)景中的物品位置，以完成室內(nèi)設(shè)計(jì)。

4 實(shí)驗(yàn)分析

為保證設(shè)計(jì)的基于VR/AR技術(shù)的室內(nèi)云軟件的實(shí)際應(yīng)用效果，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，并將此次設(shè)計(jì)的軟件與傳統(tǒng)軟件對(duì)比。

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

以某居民居住建筑作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)屋中冰箱、床、洗衣機(jī)、電視機(jī)與熱水器五種設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)環(huán)境圖

4.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2和表3所示。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

表3 實(shí)驗(yàn)物品位置參數(shù)

表中，X、Y、Z分別代表室內(nèi)景觀位置指數(shù)分量。在實(shí)驗(yàn)前，詢問用戶在屋中放置家具的實(shí)際位置，將想要放置的位置通過軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)比三種軟件家具位置擺放誤差。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

將本文設(shè)計(jì)軟件、建筑室內(nèi)色彩環(huán)境的設(shè)計(jì)方法以及結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)裝修技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)的誤差對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同軟件室內(nèi)設(shè)計(jì)誤差對(duì)比

分析圖7可知，傳統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)方法在室內(nèi)設(shè)計(jì)中，室內(nèi)家具實(shí)際擺放位置相差較大，說明傳統(tǒng)室內(nèi)云軟件在室內(nèi)設(shè)計(jì)效果差，不能滿足設(shè)計(jì)需求。而本文設(shè)計(jì)的基于VR/AR室內(nèi)云軟件在進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，將室內(nèi)家具擺放在適合的位置，擺放誤差較小，能夠滿足用戶需求，驗(yàn)證了此次設(shè)計(jì)的室內(nèi)云軟件比傳統(tǒng)軟件擺放誤差小，設(shè)計(jì)結(jié)果能夠滿足室內(nèi)云軟件的設(shè)計(jì)需求。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的軟件能夠有效實(shí)現(xiàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了三種方法進(jìn)行室內(nèi)模擬的耗時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同方法室內(nèi)設(shè)計(jì)模擬耗時(shí)對(duì)比(min)

分析表4中數(shù)據(jù)可以看出，在進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境模擬時(shí)，三種方法進(jìn)行模擬的耗時(shí)存在一定差距。其中，所設(shè)計(jì)方法耗時(shí)均在2.5min以下，而傳統(tǒng)方法遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)的方法，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的軟件可以有效實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)。

結(jié)語

此次設(shè)計(jì)的基于VR/AR室內(nèi)云軟件，在制作過程中對(duì)用戶是透明的，操作簡(jiǎn)易，用戶上手簡(jiǎn)單，并且渲染速度快，能夠滿足互聯(lián)網(wǎng)視野下室內(nèi)云軟件的設(shè)計(jì)需求。但此次設(shè)計(jì)的軟件存在一個(gè)缺點(diǎn)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境依賴性較大，因此，在后續(xù)的研究中，將把研究重點(diǎn)放到這一部分。希望此次設(shè)計(jì)的基于VR/AR室內(nèi)云軟件能夠在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供一定的幫助，推動(dòng)建筑行業(yè)的發(fā)展以及提高用戶的滿意度。