增強現實技術在家具定制設計中的應用初探

■周 超，黃 迅 Zhou Chao & Huang Xun

(1.廣東培正學院藝術學院，廣東廣州 510830；2.廣東東軟學院數字媒體與設計學院，廣東佛山 528225)

1 定制家具的優勢及存在的問題

1.1 定制設計已成為趨勢

定制家具，一般指家具企業在規模化和批量化生產的基礎上，將個體用戶視為一個單獨的細分市場，用戶按照自己的需求來設計個性化的家具，企業按照用戶的設計需求來制造個性化的家具。隨著生活水平的日益提高，在室內裝修中，此類家具定制受到越來越多消費者的歡迎和認可。最典型的例子就是中國香港地區，中國香港地區家具市場基本上都是做定制，因為中國香港地區房價高、空間小[1]。

1.2 定制家具的優點

定制家具為何會受到消費者喜愛，主要有以下幾點優勢：a.空間利用更合理。在房價高昂的今天，每一寸空間都顯得彌足珍貴，其中一大因素就是戶型的變化，隨著中小戶型數量的增加，成品家具漸漸無法滿足用戶日益高漲的對于空間利用率的要求，也因此帶來了定制家具的發展契機。房子空間太空，沒有家的感覺；房子空間太小又會很擁堵，因此合理的規劃空間可以讓家更溫馨。定制家具可以針對每個空間的特點獨立設計，用科學的方式，把空間利用得更合理。b.與家居環境更匹配。在選擇家具之前，確定整體居家風格十分關鍵，定制家具往往需要與裝修的整體風格匹配。如果整體是中式風格，定制板式的家具就會顯得怪異；同樣，如果整體是現代風格的居室，放一套中式沙發進去也會格格不入。c.功能個性化。每個消費者都有各自喜歡的風格，可能講究到一個小件家具的擺放、色彩的替換等，消費者是主導角色，定制設計師只是配合消費者設計[2]。

1.3 傳統表現方式的不足

在計算機技術蓬勃發展的前提下，家具設計從手繪圖紙發展成電腦軟件繪圖，Sketchup、Rhino等在完整性、準確性以及傳播和儲存等方面都比以前有了很大的進步，但是設計方案在表現形式上，依舊是通過平面圖、立面圖、剖面圖等方式表達。為了更充分的表現出建筑裝修設計方案的整體效果，建筑效果圖、建筑模型和建筑動畫等技術逐漸在建筑設計領域施展拳腳[3]。雖然在視覺上有了巨大的進步，但是人們最終的需求不局限于視覺感受，而是要在使用和交互中體驗設計方案。在這方面，傳統表現方式無法實現。在傳統建筑裝飾行業中，設計師與客戶的溝通基本是通過圖紙實現的。而作為非專業人士，客戶很難把自己的想法抽象的表現在圖紙上。此外，客戶在看設計圖紙的過程中，很可能會因為不具備專業知識，而導致不能對設計方案有更深入的理解。因此僅把圖紙作為專業人士和非專業人士之間的溝通工具，溝通效率會大打折扣[4]。

2 增強現實技術初步解讀

2.1 增強現實的價值[5]

如果說虛擬現實是用模擬環境完全取代了用戶的現實環境，增強現實則是改變了人們對現實世界環境的持續感知。它用于改善自然環境或情況，并提供可感知的豐富體驗。增強現實是將數字虛擬世界與人對現實世界的感知進行結合，不僅僅只是數據的簡單顯示，而是通過內外信息融合帶來的沉浸感將其感知為現實的自然部分環境。在AR環境中，設計工作可以變得更加生動，方便和智能。AR技術可以作為室內設計的新型動畫仿真工具，使用戶可以通過HMD，視頻顯示器或PDA看到混合的AR場景。另外，設計工作和制造可以同時進行，還可以根據用戶的需求來增加交互潛力。借助AR圖形技術，虛擬產品不僅可用于仿真，而且還能獲得更高的價值[6]。

2.2 增強現實工具

借助先進的AR技術（例如，添加計算機視覺，將AR攝像頭集成到智能手機應用程序和對象識別中），用戶周圍真實世界的信息將變為交互式數字處理。AR系統的關鍵在于如何將擴增對象與實際環境結合，AR算法軟件必須要從輸入設備中的影像獲取真實世界的座標，再將擴增對象疊合到座標上。為了能讓增強現實更加容易開發，市面上已有許多軟件開發工具包（SDK），例如 ARK it，ARCore，Unity等。

3 增強現實技術在定制家具領域的運用

3.1 增強現實在家具選購中的簡單應用

2017年9月，宜家推出了一款基于AR技術的移動應用——IKEA Place。利用它，用戶足不出戶就可以看到宜家的家具擺在房間中是什么樣的效果。應用會要求用戶掃描一下當前房間的地板，當它準確識別到一塊空曠的平面時，用戶就可以點擊屏幕底部的“+”挑選家具，并往房間里添加了。使用兩個手指轉動，可以控制家具的旋轉；使用一根手指滑動可以控制家具遠近擺放，操作起來非常簡單順暢。當挑選好合適的位置和角度后，點擊屏幕底部的勾號，“家具就會砰地落下，同時屏幕上會揚起一圈“小灰塵”，宛如真有一條沙發躺椅落在了地板上”。

IKEA Place AR技術通過攝像頭捕捉現實場景，智能分析地板或墻面等參照面并建立空間坐標，將設計好的三維家具模型畫面與現實場景融合，消費者通過手機或者平板電腦即可在自己真實的居家環境里預覽虛擬的家具放置效果。并可以在這個融合的場景中進行操作互動。這只是AR技術運用在家具銷售領域的一個示范。

■圖1 IKEA Place AR 技術通過攝像頭捕捉現實場景

■圖2 Home Design 3D軟件界面

■圖3 Live Home 3D軟件界面

■圖4 3D Warehouse模型庫

3.2 使用增強現實工具進一步定制設計家具

Anuman公司出品的軟件Home design 3D，是跨平臺的家裝設計軟件，其中移動平臺的版本提供了AR功能，用戶的攝像頭能夠檢測并計算現實空間的3D位置和方向，并將設計好的虛擬的家具放置在攝像頭呈現的現實空間中。

同類軟件還有Belight Software出品的Live Home 3D，除了前面提到的功能之外，還可以導入外部的3D模型。來源有兩種，一是3D Warehouse平臺，上面有不計其數的SketchUp家具模型；二是導入obj/fbx等通用模型文件，配合Sketchup等三維建模軟件，可以設計任何造型的家具，具備無限可能。除了模型之外，還可以根據地理位置和光照估算，獲取AR場景中正確的照明[7]。定制設計流程大致如下：首先在軟件中根據實際尺寸畫出房間的平面圖，然后可自動生成三維虛擬空間。接下來，可以在模型庫中選擇家具類別，平臺的家裝設計軟件，其中移動平臺的版本提供了AR功能，用戶的攝像頭能夠檢測并計算現實空間的3D位置和方向，選擇或導入虛擬的家具放置在攝像頭呈現的現實空間中。這個過程并不復雜，稍有經驗的設計師應該都能輕松掌握。設計師通過與客戶進行溝通、調整和修改，直至達成共識后，可以將調整好尺寸的粗模導出，以其為基礎進一步設計加工及制造[8]。

3.3 增強現實技術用于定制室內設計的優勢

比起傳統方式，使用AR技術輔助家具定制具有以下優勢：

a.交流更加方便。隨著室內設計行業的發展，分工越來越細致，項目經理、設計師、施工人員以及客戶各自負責不同的工作，難免會出現交流和溝通的問題。雖然傳統的效果圖一定程度上能夠傳達設計師的想法，但限于表現形式，無法做到足夠準確和全面，并且還存在著一定的誤差。在前期，設計師與客戶進行溝通交流的階段，AR技術能讓雙方更直觀地交流想法，避免誤會；在中期，AR技術同樣可以使得施工方更有效，避免了潛在可能的錯誤及其導致的重復施工。

b.能有效提升設計效率。利用AR技術，設計師在建筑室內設計方面可以及時的進行多方面的模擬，這可以大大縮短設計驗證周期。既節約了時間，又節省了精力，增強現實技術是企業的有效助手。

c.設備成本低。AR技術的影像依托現實環境，并與虛擬內容進行融合。實現這些只需要相關應用軟件外加一塊屏幕。人們常用的智能手機、平板電腦等設備在下載對應的軟件后，都可以作為設計和展示的終端設備。除此之外，對于想嘗試自己定制設計的客戶，AR技術能夠在他們作出決定前提供更直觀的視覺參考和更良好的體驗。在家裝AR系統里，消費者不僅可以用手機控制選取家居場景搭配，還可以對家私的顏色、材質、樣式進行自由的搭配，搭建屬于自己的家裝場景，讓人人成為家居設計師。另外消費者還可以將自己的定制家裝效果圖分享到朋友圈，讓更多的人籌謀劃策[9-10]。

4 結語

家具定制設計是一個復雜的系統工程，既需要計算房間以及各類家具的尺寸大小，還要考慮材料選擇、顏色搭配等各種因素。在增強現實工具的幫助下，用戶可以化被動為主動，擺脫以往只能在腦海想象的限制，使得用戶可以在設計階段就預先看到家具的實際布置效果，讓他們在作出選擇前可以根據自己喜好輕松地選擇和搭配家具與裝潢。AR技術通過拍攝現實場景以及虛擬家具的投射，輕松實現了720°無死角的全屋家具定制設計，三維模型和現實場景結合起來后，讓眼前的場景感覺更加逼真，體驗感更強，同時更具有實際價值。