許 超 Xu Chao

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院生態(tài)宜居學院，湖南衡陽 421005）

建筑室內(nèi)設計是一項對空間技術要求較高的設計門類，隨著設計理念的不斷更新與創(chuàng)新要求的不斷增強，建筑室內(nèi)設計也有了更高的要求。但在目前的實際操作中，存在著可視化與互動性較差等問題，如空間設計效果、工藝內(nèi)部結(jié)構等專業(yè)核心問題與大多通過效果圖圖片、模型、視頻等常規(guī)模式展示在空間結(jié)構表現(xiàn)力不足與可視化較差等問題，從而影響設計人員專業(yè)能力與設計水平的提升。實景化與實操性較差也會導致設計與實際操作脫節(jié)，因此嚴重束縛設計人員的動手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。運用MR技術進行建筑室內(nèi)設計并進行展示模式更新，是當下建筑室內(nèi)設計的大勢所趨。

1 混合現(xiàn)實(MR）技術概述

1.1 混合現(xiàn)實(MR）技術簡介

混合現(xiàn)實(MR）技術包括增強現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實，混合現(xiàn)實技術能夠?qū)F(xiàn)實和虛擬世界進行合并，從而產(chǎn)生新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里，物理和數(shù)字對象能夠形成共存，并以此形成現(xiàn)實交互以及達到實時交互效果。在VR以及AR技術發(fā)展的基礎上，混合現(xiàn)實應運而生，可以將此項技術看做這兩項技術的融合與增強。歐美國家率先將此項技術投入教育領域之中，并建立了綜合實訓系統(tǒng)。此項技術能夠建造一個虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的混合虛擬環(huán)境，讓師生都在這個完全擬真的環(huán)境中進行教育教學活動與實際訓練，并進行技能的提升以及教育教學核心素養(yǎng)的鍛煉。能夠彌補在傳統(tǒng)的教育教學中所欠缺的環(huán)節(jié)，促進教育教學水平的大幅度發(fā)展。我國在《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中對目前的高精尖技術做出了發(fā)展要求與相關指示，對于智能系統(tǒng)、新一代科技信息發(fā)展以及虛擬現(xiàn)實與互動影視等新興產(chǎn)業(yè)與技術的創(chuàng)新增長提出了相關要求與規(guī)范。以混合現(xiàn)實技術為基礎的人機互動、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、高效通信以及基于混合現(xiàn)實的虛擬環(huán)境試驗等，為此項技術的發(fā)展增添了新的技術支持與動力支持[1]。

1.2 VR、AR技術在設計領域的應用與發(fā)展

當運用于教育教學實踐中時VR、AR技術能夠打破傳統(tǒng)室內(nèi)設計方式與方法的束縛，力求構建信息化設計環(huán)境，為多樣化設計手段提供了條件。而AR技術是在VR技術的基礎上發(fā)展而來的，AR技術相較于VR技術能為設計工作提供更為直觀、交互和探索式的操作環(huán)境，并在具體的設計活動中創(chuàng)造虛實結(jié)合的情景，對強化課堂教學有較好的輔助作用。歐美國家早在上世紀就已經(jīng)將AR技術同教育教學以及相關試驗技術相結(jié)合，針對用戶的體驗進行相關優(yōu)化與改進，以便得到更好地體驗效果與操作方式。AR技術在發(fā)展中也產(chǎn)生了多樣化演變與相關進步，在具體的使用中，AR技術能夠深入設計領域的各個方面，通過其現(xiàn)實展現(xiàn)優(yōu)勢為設計人員提供高效的可視化理解與技術支持。還能夠幫助設計人員直觀地提出設計要求與相關理念，拉近設計人員與其職業(yè)或作品間的融合感，更容易形成相關的互動與理解[2]。

1.3 MR技術在設計領域的應用與發(fā)展

混合現(xiàn)實是在虛擬現(xiàn)實（VR）技術和增強現(xiàn)實（AR）技術的基礎上發(fā)展與進步才出現(xiàn)的一項新技術，相對于其他兩項技術來看，混合現(xiàn)實（MR）通過穿戴智能硬件可將現(xiàn)實環(huán)境與虛擬環(huán)境完美的相互融合，其超強的真實感和互動性為設計與演練提供無限種可能。該技術一經(jīng)出現(xiàn)，就得到了設計領域的極大關注。同時，在教學應用、實驗室創(chuàng)設、實訓技能培訓等方面取得了較好的應用效果。歐美國家已經(jīng)進行設計并開發(fā)了一個模擬超聲（US）檢查的“基于MR的混合交互系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能夠?qū)⑽锢沓曮w模和軟件應用程序與3D虛擬場景相結(jié)合，來訓練醫(yī)學生的空間感知能力和手眼協(xié)調(diào)能力。通過CT掃描、渲染體模獲取其內(nèi)部結(jié)構的幾何信息；虛擬探針中嵌入的追蹤器，能實時跟蹤并顯示所有渲染對象的位置（方向）。醫(yī)學生可以在3D虛擬場景中通過人機交互從不同角度觀察器官的切面或整體，以此訓練精確定位探針位置（方向）和規(guī)劃其軌跡，顯著提高診斷疾病的準確性。美國紐約大學學者已經(jīng)開發(fā)了可以集成AR技術、對視覺的控制和觸摸屏交互功能，為學習者創(chuàng)造了隨時隨地深度參與的學習場所。通過移動設備的攝像功能，捕獲實驗室的實時畫面，并投射出與實驗臺相連的3D虛擬場景，設計者可以拖拽和點擊觸摸屏直接操縱虛擬實驗。在MR環(huán)境中，實驗輕松有趣，既不會因操作失誤造成人身事故，又能減少對軟硬件設備的要求。而在建筑、室內(nèi)領域，借助全息MR設備，從業(yè)者可以看到3D設計模型在真實環(huán)境中的全貌。該環(huán)境能為受訓者提供直觀真實的學習體驗，對提高特定職業(yè)技能、促進理解建筑設計具有重要作用[3]。

圖1 VR、AR、MR技術示意圖

圖2 MR技術構造的虛擬建筑世界

1.4 MR技術在我國的發(fā)展現(xiàn)狀與基礎

國內(nèi)對于AR技術的研究始于20世紀80年代，相對于國外起步較晚，但發(fā)展迅速。近年來，我國的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，從VR到AR再到MR的技術進步，在商業(yè)、文旅、展覽展示、建筑等行業(yè)得到廣泛的應用。增強顯示技術已經(jīng)運用在了教育、商業(yè)、電子科技等各個領域，中建一局使用MR混合現(xiàn)實技術建成世界首座匈奴歷史博物館——昭君博物館，實現(xiàn)MR技術在中國工程領域的首次應用。在教育教學領域，近年來較多的學者和一線教師積極投身VR、AR、MR的理論研究與教學實踐。因VR與AR技術的發(fā)展歷程較久且各項技術較為完備，所以在各個領域的實際應用中出現(xiàn)了較多成果，混合現(xiàn)實技術作為一項新興技術，對于提升設計水平、優(yōu)化設計過程以及改善設計環(huán)境等方面具有重要意義，但還需進行進一步完善與發(fā)展，增強此項技術的現(xiàn)實意義[4]。

2 MR技術在建筑室內(nèi)設計領域中應用的優(yōu)勢與現(xiàn)存問題

基于此項技術的建筑室內(nèi)設計方式與模式相比于傳統(tǒng)設計模式存在諸多優(yōu)點，但在現(xiàn)存的發(fā)展過程中仍面臨著一些問題，需要進行科學合理的建筑室內(nèi)設計結(jié)合MR技術的模式建立與完善。

2.1 高效精準解決設計人員的主體訴求

當前的建筑室內(nèi)設計具體操作與設計流程中，設計門類紛繁復雜且要結(jié)合室內(nèi)設計的具體發(fā)展方向與特點，對技術的要求較高且對于室內(nèi)設計的從業(yè)者及操作經(jīng)驗較少的人員來講，設計內(nèi)容較為枯燥并難以進行理解，知識掌握的難度無形之中增加。利用MR技術，能夠?qū)⒃镜奈淖中螒B(tài)或設計形態(tài)進行立體化與可視化，在增強設計與閱讀、理解效率的同時，增強可視性與互動性，建立真實客觀的環(huán)境體驗，并將設計內(nèi)容等進行形象化、高度可視化，將原本較為復雜的內(nèi)容進行虛擬可視并簡單化處理，能夠大幅度提升效率，以便設計人員進行建筑室內(nèi)設計的構造與工作[5]。

2.2 職業(yè)情境的模擬還原

MR技術能夠幫助設計人員進行實際情景的模擬與還原，提供了更多的操作可能性與模擬性，并且能夠在建筑室內(nèi)設計的各個階段進行分別模擬與效果評價，在設計效率與實際效果等方面有了大幅度提升與進步。讓設計人員在共享全息的情境下體驗到設計目標的全方位實踐，并更好地參與到具體實踐的各個方面中去，沉浸式的模擬與實踐能夠使設計人員快速進入工作狀態(tài)，并及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，促進建筑室內(nèi)設計設計水平的進一步提高[6]。

2.3 教學資源更新與教學數(shù)據(jù)庫建立

在建筑室內(nèi)設計的MR技術融合操作中，建立設計的全面數(shù)據(jù)庫并進行階段性對比與驗收是一項重要的工作，能夠?qū)崿F(xiàn)移動智能終端的交互設計及展示方式，讓學生在學習與復習中更好地還原整體的設計過程與理念完善過程，提升設計效率的同時對設計的過程進行可持續(xù)性的回顧與進步，加強此項技術運用的意義與持續(xù)性[7]。

2.4 MR技術投入建筑室內(nèi)設計研究的意義與作用

MR技術是一項高效的全息模擬技術，能夠以真實信息與虛擬環(huán)境為基礎來構造虛擬抽象的知識與相關概念，提供給設計人員一種全新的體驗和沉浸的環(huán)境，達到建構設計目標與過程的目的，這一研究過程本身已突破了傳統(tǒng)建筑室內(nèi)設計模式的局限性。MR技術在建筑室內(nèi)設計的具體操作模式與方式等方面的理論研究，為未來相關操作與設計的研究提供更多的理論參考。一方面有助于探索出MR技術在建筑領域發(fā)展的新優(yōu)勢，實現(xiàn)設計形式的多樣化，開發(fā)出適合MR技術應用的建筑室內(nèi)設計方式方法策略和建造模型，促進建筑室內(nèi)設計專業(yè)模式改革與水平提升；另一方面，MR技術與建筑室內(nèi)設計等專業(yè)教學的結(jié)合，在實際的教學實踐之中，通過MR的先進技術，可以對于時間與空間等畫面場景進行重新構造與建設，相較于以往的各項工藝材料、施工技術以及設計流程等客觀限制有著重要的變革意義，對于設計人員專業(yè)知識的掌握與技術技能的提升也有著鮮明的作用，能夠更快地幫助設計人員提升操作的熟練度與設計水平，對建筑室內(nèi)設計水平的提升以及建筑室內(nèi)設計行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[8]。

2.5 MR技術在室內(nèi)設計的具體應用中現(xiàn)存的各項問題

因MR技術固有的各種特性，其在全息投影與設計中使用到的全息處理單元、光學投影系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)等，虛擬系統(tǒng)的建立在完成3D設計的同時，高度還原真實的場景并進行匹配。但如果匹配不合理或配置達不到相關要求，虛擬界面就會產(chǎn)生視覺反差并形成強烈的眩暈感，影響人的觀感與教育教學操作的開展。同時因受到視覺反差以及硬件設備等影響，如果此項技術發(fā)生延遲或匹配差異，則會影響大腦對于成像的接受與判斷，產(chǎn)生眩暈感與運動延遲。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在發(fā)展的同時，硬件設施是一項重要方面，雖然近些年來硬件設備隨系統(tǒng)的發(fā)展而不斷進步，但基于此項技術的室內(nèi)設計制作周期與使用周期較長，存在一些技術上與匹配上的問題，但隨著此項技術的迅猛發(fā)展，勢必會發(fā)生階段性改變。

3 MR技術在建筑室內(nèi)設計中的實際應用研究

3.1 運用在線設計平臺進行全屋漫游與設計

MR技術能夠進行全息投影，將整體設計目標進行在線設計與在線展示，在室內(nèi)設計的各個階段都能夠進行使用?？梢詭椭O計人員更快地接觸到設計搭配以及室內(nèi)空間效果的生成，對于室內(nèi)設計的各項分部都能夠進行全屋漫游，更好地進行直接化的視覺體驗，并大幅度提升設計人員的新鮮感與自我獲得和成就感。

3.2 基于VR技術對信息資源的整合與總體設計資源的豐富

在目前建筑室內(nèi)設計的發(fā)展中，最重要的是創(chuàng)新與運用，設計方案帶頭人可以使用此項技術進行設計方案的各項展示與講解、回顧設計過程，利用新技術龐大的技術庫與展示功能，提升設計人員的體驗感并進行強大的資源整合與利用，開拓整體的設計思維。隨著各項技術的快速發(fā)展，建筑室內(nèi)設計領域勢必要進行總體設計資源的革新與進步。同時，各類人員可以通過新技術平臺進行思維的開拓與平臺的搭建與拓展，模擬各個方案與特色方案的具體環(huán)境與各項內(nèi)容的交互系統(tǒng)，從而做到設計方案水平與設計人員水平的雙重進步與提升[9]。

3.3 提供有效的信息支持與提升

虛擬混合技術能夠為在線虛擬設計方案的創(chuàng)建提供有效的建筑室內(nèi)設計整體信息支持，可以利用科學技術作為整體設計環(huán)境的有效支撐，并利用多方位的數(shù)字技術進行交互，協(xié)調(diào)設計人員與設計方案之間的聯(lián)系。與此同時，人工智能、傳感器、大數(shù)據(jù)分析等技術都成為MR技術的輔助組成部分并發(fā)揮著重要作用，利用各項技術的整體集合與發(fā)揮作用，能夠構建高效快速且全面化的設計環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術還可以將虛擬對象置于混合空間之中，促進多方交流合作，便于問題與建議的指出，提升各個設計階段間的交流，促進設計人員的參與性、積極性和交互性，提升各項技能的熟練程度[10]。

3.4 提升模擬與交互性

虛擬混合技術在建筑室內(nèi)設計方面有著重要的模擬與交互優(yōu)勢，設計有著很強的顯示性與交互性，虛擬混合現(xiàn)實技術能夠讓設計人員直觀地進行各項信息的觀看與反饋，轉(zhuǎn)變常規(guī)傳統(tǒng)設計的具體形式，改善設計方式的同時進行真實的情景設計體驗，增強技術發(fā)展與研究的主動性。

4 結(jié)語

未來科技創(chuàng)新始終聚焦在虛擬現(xiàn)實上，混合現(xiàn)實技術將會為未來科技與設計領域提供更多的幫助、發(fā)揮更大的作用，未來的混合現(xiàn)實技術在建筑室內(nèi)設計領域的發(fā)展前景也將會越來越廣闊。應當貫徹落實對于發(fā)展混合現(xiàn)實技術與設計方式相結(jié)合的總體設想，促進混合現(xiàn)實技術與現(xiàn)實的具體結(jié)合，為建筑室內(nèi)設計帶來全新的設計體驗與進步。