陳星宇

（江蘇省揚(yáng)州技師學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，計(jì)算機(jī)、多媒體、傳感等多種技術(shù)融合為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）不斷向各領(lǐng)域滲透，通過計(jì)算機(jī)生成模擬環(huán)境，讓用戶通過傳感設(shè)備“走進(jìn)”虛擬環(huán)境中，與環(huán)境實(shí)現(xiàn)交互。VR技術(shù)在建筑領(lǐng)域，通過三維仿真技術(shù)，可以營造動(dòng)態(tài)空間，為客戶提供立體全景展示，拉近設(shè)計(jì)師與客戶之間距離。結(jié)合人體工程學(xué)尺寸，感受室內(nèi)空間布局，客戶根據(jù)自己主觀意愿更改設(shè)計(jì)，節(jié)約了資金成本和時(shí)間成本。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）較傳統(tǒng)動(dòng)畫、圖片、文字形式展示更富有魅力。

1 VR技術(shù)概述

VR技術(shù)作為高端人機(jī)接口，通過構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺(tái)，提高人與計(jì)算機(jī)自然交互，提高用戶體驗(yàn)感。VR技術(shù)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建虛擬環(huán)境，通過多專業(yè)技術(shù)融合，營造三維動(dòng)態(tài)交互效果，改變了原有二維平面圖的形式，促進(jìn)工作效率提升。VR技術(shù)通過計(jì)算機(jī)生成圖像，實(shí)現(xiàn)可視化、可交互、可沉浸、可構(gòu)想的真實(shí)感覺環(huán)境。人們進(jìn)入場景與真實(shí)世界相似度超過90%，通過多傳感交互設(shè)備，生成視覺、聽覺、觸覺等多重感官體驗(yàn)，尤其在室內(nèi)設(shè)計(jì)中，讓客戶感受裝修后的真實(shí)場景。如果客戶需要裝修方案設(shè)計(jì)更改，操作者可以在虛擬場景中做位置移動(dòng)、顏色變化、材料更改等，及時(shí)觀察并操縱虛擬環(huán)境。VR技術(shù)包括感知、建模、呈現(xiàn)、交互、漫游五類體系，運(yùn)用到室內(nèi)設(shè)計(jì)中，可以讓客戶感受到居室裝修樣式、結(jié)構(gòu)、色彩、光線、熱度、聲音等信息，給客戶營造身臨其境的真實(shí)感。VR技術(shù)系統(tǒng)需要的軟件工具有CAD繪圖工具、三維建模工具、Photoshop圖像處理工具、Unity3D引擎實(shí)時(shí)仿真軟件，系統(tǒng)相關(guān)軟件的應(yīng)用為VR作品做渲染展示，提高視覺感官效果[1]。

2 基于VR技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)理論要求

2.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)基本原理與VR技術(shù)的關(guān)系

室內(nèi)設(shè)計(jì)前提是應(yīng)考慮人對室內(nèi)活動(dòng)空間的需求，注意空間的環(huán)境觀念，將設(shè)計(jì)風(fēng)格、地域文化、人文流派等綜合考慮，并運(yùn)用到具體室內(nèi)設(shè)計(jì)中，室內(nèi)設(shè)計(jì)環(huán)境氛圍還應(yīng)包括光線、風(fēng)向、水文等新型裝修材料的應(yīng)用。VR技術(shù)背景下，室內(nèi)設(shè)計(jì)應(yīng)借助基本原理展開，通過對新技術(shù)工藝、新型裝飾材料的應(yīng)用，在虛擬場景空間直觀表達(dá)。VR技術(shù)是借助計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，將硬件裝備通過接口接入虛擬空間，根據(jù)人們對空間設(shè)計(jì)需求實(shí)施操作，達(dá)到實(shí)時(shí)交互效果。如果室內(nèi)設(shè)計(jì)人員僅僅會(huì)操作VR技術(shù)，缺乏對室內(nèi)設(shè)計(jì)理論知識(shí)的了解，就難以通過VR技術(shù)設(shè)計(jì)出滿足人們需求的居室裝修場景，存在的設(shè)計(jì)缺陷難以滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)客戶要求[2]。

2.2 人體工程學(xué)與VR技術(shù)的關(guān)系

人體工程學(xué)是站在人的視域出發(fā)，分析人的生理、心理、結(jié)構(gòu)與自然之間協(xié)調(diào)關(guān)系，提高人們使用效能。VR技術(shù)融合人體工程學(xué)，讓人的身心情感沉浸到虛擬空間，感受居室裝修方案設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)，包括物體的高矮、寬窄、長短等，根據(jù)自身需求感受內(nèi)部尺寸是否合理。VR技術(shù)可以清晰體現(xiàn)空間物體之間尺寸關(guān)系，在未施工前，就可以達(dá)到理想布局，通過三維模型構(gòu)建真實(shí)的空間數(shù)據(jù)，提高居室裝修方案設(shè)計(jì)高度符合人的主觀意愿。避免因?qū)嶋H材料準(zhǔn)備后，感受到內(nèi)部存在壓抑感，造成成本浪費(fèi)[3]。

2.3 基于VR技術(shù)的市場需求分析

VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全方位場景再現(xiàn)，客戶可以真切地感受到場景感官體驗(yàn)。由于現(xiàn)實(shí)條件限制，可以通過VR技術(shù)，讓用戶領(lǐng)略北極嚴(yán)寒、火山爆發(fā)的自然風(fēng)光。當(dāng)前居室裝修方案設(shè)計(jì)采用VR技術(shù)的較少，家裝設(shè)計(jì)的包括豪斯VR、指揮家、美屋365等，部分家裝企業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)只提供家裝VR技術(shù)，例如土巴兔、美窩等，由于VR技術(shù)在居室裝修領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊，未來家裝市場競爭將更加嚴(yán)峻，相關(guān)企業(yè)應(yīng)緊跟科技步伐，通過專業(yè)的家裝設(shè)計(jì)視角和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)融合，才能發(fā)揮行業(yè)競爭優(yōu)勢[4]。

3 室內(nèi)設(shè)計(jì)應(yīng)用VR技術(shù)應(yīng)用

3.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)項(xiàng)目工作流程

居室裝修方案設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)客戶要求，明確設(shè)計(jì)項(xiàng)目制作流程，VR技術(shù)居室裝修方案設(shè)計(jì)流程：客戶→乙方→CAD戶型圖參考現(xiàn)場實(shí)際→3dsmax建?！：细瘛鷮?dǎo)出FBX場景文件→導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D中處理→添加攝像機(jī)→界面設(shè)計(jì)→材質(zhì)處理→場景交互→效果發(fā)布→三維漫游[5]。

3.2 建模制作規(guī)范

第一，建模的步驟。應(yīng)對居室的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括房屋戶型圖面積，每個(gè)居室的尺寸、門窗朝向等，對原始數(shù)據(jù)加工處理，并運(yùn)用原始數(shù)據(jù)繪制CAD平面圖，并生成三維模型，虛擬三維建模步驟：數(shù)據(jù)素材采集→模型制作→貼圖制作→場景坍陷→燈光渲染→場景調(diào)整。具體方法是在材質(zhì)編輯器上漫反射參數(shù)中添加材質(zhì)，并根據(jù)設(shè)計(jì)需求調(diào)整規(guī)格?？赏ㄟ^UVW體現(xiàn)材質(zhì)規(guī)格，甚至可以體現(xiàn)地磚規(guī)格，可以運(yùn)用UVW貼圖坐標(biāo)，保障二維貼圖位置的精準(zhǔn)，視覺效果更加逼真。VR技術(shù)操作人員應(yīng)注意貼圖大小應(yīng)統(tǒng)一，盡量提高貼圖的分辨率，如果進(jìn)入仿真平臺(tái)，貼圖置換后會(huì)導(dǎo)致墻壁紋理真實(shí)度下降[6]。

第二，模型優(yōu)化整合與導(dǎo)出。模型在經(jīng)過計(jì)算機(jī)渲染師，會(huì)占用較多空間，在模型不變情況下，減少面數(shù)、采用紋理貼圖代替大尺寸模型、優(yōu)化材質(zhì)貼圖，降低模型的點(diǎn)、面數(shù)量，提高場景實(shí)時(shí)顯示速度和效果。模型整合完畢后，應(yīng)以FBX格式導(dǎo)出，并將相關(guān)資源同步復(fù)制到Assets文件，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)和自動(dòng)刷新。

3.3 Unity 3D的材質(zhì)設(shè)置

技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)客戶要求對照模型檢查，如果確認(rèn)無誤，可進(jìn)行材質(zhì)及紋理貼圖。居室裝修材質(zhì)質(zhì)感體現(xiàn)在地板、墻面等模型中，還應(yīng)體現(xiàn)在裝飾細(xì)節(jié)部位。材質(zhì)應(yīng)具備凹凸、質(zhì)感、光滑、色澤等特點(diǎn)，豐富畫面效果。雖然貼圖在VR場景中較為重要，但還應(yīng)做出針對性調(diào)整，室內(nèi)空間不同部位采用的自發(fā)光、漫反射、光滑度、金屬質(zhì)感貼圖不同，對于物理引擎，材質(zhì)、密度、質(zhì)量上也應(yīng)突出物理性能，通過實(shí)踐收集資料，Unity3D材質(zhì)參數(shù)表如下：

通過表1分析，虛擬技術(shù)在居室裝修方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)在模型中體現(xiàn)紋理，為了提高擬真效果，需要添加貼圖，參數(shù)的變動(dòng)，會(huì)影響材質(zhì)的真實(shí)感。

表1 材質(zhì)參數(shù)匯總

3.4 Unity 3D燈光設(shè)置

首先，VR平臺(tái)光源分為平行光、聚光燈、面光源三種，為了使光環(huán)境具有層次感，面光燈可填充陰影區(qū)，平行光可起到模擬太陽光的作用，根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)太陽光照射方向，聚光燈一般作用于餐廳、床頭的壁燈、臺(tái)燈等，提高光源效果的真實(shí)性。

圖1 VR光源視覺設(shè)計(jì)效果

圖2 VR光源視覺設(shè)計(jì)界面

表2 燈光設(shè)計(jì)參數(shù)

其次，虛擬場景中的陰影渲染可以突出三維場景的真實(shí)感，呈現(xiàn)出立體的空間幾何信息。創(chuàng)建陰影方法包括光照圖和陰影投射兩種方式。光照圖通過引擎提供，應(yīng)運(yùn)用貼圖，將光照圖數(shù)據(jù)烘焙在內(nèi)，單獨(dú)計(jì)算像素，與攝影機(jī)保持近距離，在陰影渲染過程中，會(huì)消耗較多時(shí)間，但陰影效果更加真實(shí)。模型的烘焙應(yīng)選擇方式與路徑，最后對符合標(biāo)準(zhǔn)的烘焙命令執(zhí)行，渲染過程中避免出現(xiàn)重復(fù)、破面、多余的場景。三維模型創(chuàng)建完畢后烘焙與導(dǎo)出是最為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中Render-To-Textures（紋理烘焙技術(shù)）是將3dsmax軟件中提供的光照信息、紋理信息通過貼圖表現(xiàn)，虛擬場景采用LightMap與CompleteMap兩種烘焙將貼圖重新貼回場景中，可以提高紋理性清晰度，紋理貼圖可以重復(fù)使用，減少資源的浪費(fèi)。居室裝修方案設(shè)計(jì)采用LightMap烘焙，基于原貼圖會(huì)出現(xiàn)疊加光源，可以真實(shí)的表達(dá)原來紋理，提高光影效果的擬真度。

3.5 交互及漫游

家居設(shè)計(jì)應(yīng)突出視覺感官，如圖3所示：通過變換墻體、家居、配飾等，讓業(yè)主選擇稱心的家居材質(zhì)和顏色，在Unity中，通過替換材質(zhì)，可以改變沙發(fā)背景墻、壁紙紋樣、地磚顏色、地板，地磚或者地板的互換。在燈光上，可以通過吊燈、射燈、筒燈、臺(tái)燈、壁燈等變化，營造出不同的光源效果，同時(shí)Unity3D可支持.avi、mpeg、.asf等多種視頻格式，營造沉浸式視覺體驗(yàn)。

圖3 VR交互場景設(shè)計(jì)

4 室內(nèi)設(shè)計(jì)VR技術(shù)應(yīng)用評價(jià)

4.1 VR技術(shù)的方案體驗(yàn)及評價(jià)

第一，虛擬場景的漫游效果體驗(yàn)與評價(jià)。居室裝修設(shè)計(jì)師在方案設(shè)計(jì)過程中，僅向客戶展示客廳、餐廳、主臥是很難讓客戶了解房子空間全景，包括廚房、餐廳、衛(wèi)生間、衣帽間設(shè)置等，為了提高居室裝修方案的完整性，可以根據(jù)客戶要求，進(jìn)行720°無死角觀看場景。VR全景漫游應(yīng)用體驗(yàn)在實(shí)施過程中，客戶佩戴VR眼鏡，讓客戶盡情體驗(yàn)場景中裝飾樣式，體驗(yàn)居室內(nèi)的陽光、燈光、電視等，營造真實(shí)的視聽效果。VR技術(shù)可以讓客戶體驗(yàn)多個(gè)方案，提高設(shè)計(jì)師與客戶的溝通效率，降低由于溝通不足導(dǎo)致客戶對設(shè)計(jì)不滿意的可能性，節(jié)省物料，提高效率。第二，多方案設(shè)計(jì)展示體驗(yàn)及評價(jià)。VR技術(shù)可以創(chuàng)建材質(zhì)庫，建立不同家具模型庫，根據(jù)場景需要靈活切換，讓客戶感受到空間、功能，讓客戶在場景中有更多的選擇，根據(jù)客戶喜好自由搭配，指導(dǎo)改進(jìn)到令人滿意的設(shè)計(jì)方案為止。第三，虛擬場景中隱蔽工程展示體驗(yàn)及評價(jià)。由于很多客戶缺乏對裝修了解，尤其傳統(tǒng)裝修設(shè)計(jì)師，水路、電路圖一般負(fù)載，都在平面上標(biāo)注，客戶難以了解布置及構(gòu)造，隱蔽工程如果裝修存在問題，存在后期修理隱患。因此，三維可視環(huán)境可以讓客戶了解配電箱安裝、冷熱水管線、燃?xì)夤芫€、電路布設(shè)等，將客戶看不到的隱蔽工程展示給用戶，讓客戶了解水電安裝，更好地做好施工交底，優(yōu)化管線布置，避免原材料浪費(fèi)，讓工作更加便捷、高效。

4.2 VR技術(shù)應(yīng)用過程評價(jià)

第一，VR技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對比分析。VR技術(shù)應(yīng)用于居室裝修方案設(shè)計(jì)，可以提高用戶的空間體驗(yàn)感，讓客戶從視覺、聽覺、觸覺等多重感官了解場景空間，提高空間展示的全面性。第二，設(shè)計(jì)師層面對于VR技術(shù)應(yīng)用的評價(jià)。通過對設(shè)計(jì)師調(diào)研，VR技術(shù)在制作成本、效果、方案修改方面較傳統(tǒng)室內(nèi)方案設(shè)計(jì)節(jié)約了時(shí)間，減少了原材料等成本的浪費(fèi)，具有完整的表現(xiàn)性。傳統(tǒng)模型制作、樣板間制作等需要額外增加安裝費(fèi)用，成本較高。VR制作成本低，易于對整體方案把握，有利于提高工作質(zhì)量，控制更改的次數(shù)。第三，公眾對于VR技術(shù)應(yīng)用評價(jià)?？蛻襞宕鱒R眼鏡，可以感受到空間的整體效果，可以在連續(xù)的空間自由參觀，根據(jù)自己個(gè)性挑選相應(yīng)的裝飾物，滿足了客戶的參與度，做到了以人為本的設(shè)計(jì)理念。

5 結(jié)語

本文從居室裝修設(shè)計(jì)流程出發(fā)，以室內(nèi)裝修方案設(shè)計(jì)為例，針對VR技術(shù)與傳統(tǒng)室內(nèi)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行對比，總結(jié)了VR技術(shù)在居室裝修方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢。通過傳感設(shè)備，讓客戶體驗(yàn)多角度連續(xù)空間，實(shí)現(xiàn)多重感官的擬真空間，幫助設(shè)計(jì)師提高設(shè)計(jì)效率，提高了客戶的參與感，具有方案多樣性、設(shè)計(jì)便捷性、人機(jī)交互性，VR技術(shù)的漫游效果遵循了以人文本的設(shè)計(jì)理念，使室內(nèi)方案設(shè)計(jì)更加高效、直觀。