基于虛擬現實技術的室內設計研究＊

吳紫娟 汪 華 鐘強強

（臺州科技職業學院，浙江 臺州 31 8020）

引言

室內設計關乎者每一個人的居住體驗，但是室內設計又具備非常高的專業門檻，同時對于設計師個人的理念以及素養也有較高的要求，同時每一個人對于美的認識又是不同的，所以設計師與顧客直接的對接過程往往比較復雜。目前市場上的裝修設計公司其產品的開發過程基本都是先初步了解顧客的意圖，再由設計師出圖并繪制渲染圖，然后將該結果交于顧客并進一步地探討裝修。但是很多時候顧客本身并不具備設計的基礎，無法在大腦中很好地將平面的圖紙轉變為三維空間的設計布置，同時言語所能表達清楚的需求也非常有限，所以設計稿的確定往往是反反復復不斷地對接與修改，甚至推翻重來，大大地增加了室內設計過程的時間成本與人工成本。

2021年元宇宙的概念不斷地影響各行各業，5G時代虛擬現實技術的應用將會帶來許多領域的技術變革，將虛擬現實技術融入室內設計過程，建構沉浸式虛擬現實室內設計系統，將會引領室內設計行業的革新[1]。

一、沉浸式虛擬現實室內設計系統的優勢

沉浸式虛擬現實室內設計系統可以讓室內設計的需求與供應更加的明確，讓設計服務過程的有效性大大提升，具體在以下方面得以體現。

第一，具有豐富的沉浸式VR室內設計場景案例。由于大部分顧客并沒有室內設計的相關知識，所以其需求表示往往也并不清晰明確。通常設計師以設計圖、照片或者視頻的方式去展示以往的場景案例，然后以平面方式呈現的內容無法引起顧客的共鳴，所以沉浸式VR室內設計的場景案例可以讓顧客置身其中，清晰地感受到虛擬場景中物體擺放的空間位置、顏色以及光影效果等，從而更好地為顧客提供參考的信息，為后續的設計明確需求。

第二，具有豐富的常用家具的模型。如今客戶更加愿意在室內設計時體現個性化的內容，所以他們在接受室內設計服務時，通常不會直接完整地應用已有的設計案例，而是會在此基礎上按照他們的想法進行修改與優化，因此，豐富的常用家具模型可以為顧客提供更多的搭配選擇。

第三，創建了一個可以高自由度的沉浸式虛擬室內設計環境。該系統的建立是為了給用戶提供一個能進行自主室內設計的沉浸式虛擬環境，將平面的設計圖紙編程立體的三維空間來呈現，更加貼近真實場景，從而有效地解決設計師與顧客之間的溝通問題。

二、沉浸式虛擬現實室內設計系統的設計

沉浸式虛擬室內設計系統的開發主要可以分為兩部分，即模型的建立以及交互功能的設計。模型的建立主要分為建模、渲染以及最終整合三個環節：建模以3ds Max和UG為主；渲染過程主要以3ds Max為主，也可使用犀牛等軟件；最終的整合過程在Unity中進行，為后續交互功能的實現做好準備。該系統中的交互功能主要包括漫游和場景的設計布置兩部分，其開發主要基于Unity平臺，通過C#語言編寫相應的程序，具體建構思路如下（如圖1所示）。

圖1 沉浸式虛擬室內設計系統的開發流程

1．建模與交互

高自由度的沉浸式虛擬室內設計環境場景及交互功能的設計。建模過程中，沉浸式虛擬家裝環境場景可以用3ds Max建模后導入Unity，因為此時的場景未經裝飾，所以只需創建基礎場景，創建時可以參考常見的商品用房戶型圖，按戶型圖上的尺寸創建好地面、墻壁、天花板、窗戶等。工業產品類的模型可以選擇UG進行創建，但工業CAD軟件的渲染功能通常并不強大，并且此類軟件所創建的模型通常無法直接導入Unity，所以可以采用3ds Max軟件對相應的模型進行渲染、創建動畫以及轉換成能較好兼容于Unity的FBX格式，然后將FBX格式的各類模型導入Unity。其余各種造型的家具則可直接用3ds Max進行建模與渲染。

場景創建完成后便是核心環節——交互功能的設計，用戶高自由度地自主進行室內設計主要依靠良好的交互功能來實現。因此，前期需要對交互功能的實現邏輯進行充分的討論。例如，對窗戶模型、墻壁以及吊頂模型等的更換方式進行討論。本項目中的交互功能主要分為場景漫游和場景的設計布置兩個方面。

場景漫游可以通過Unity中Standard Assets下Characters中的FirstPersonCharacter預制功能來實現，該功能可以實現行走速度、步長以及聲音等的設置，進入Game場景后使用者便可通過鍵盤上的W、A、S、D來控制人物的行走，Space控制人物的跳躍（如圖2所示）。

圖2 FirstPersonCharacter及其參數設置界面

其中場景漫游碰撞過程作為抓取過程中的觸發條件之一，其次創建一個空的GameObject，并在其上添加用以實現抓取的名為Drag的C#腳本組件，然后編寫Drag腳本組件時以面作為參考創建Planelayer層，同時新建模型層并將其歸入Draglayer層。其中，Drag腳本的基本邏輯為：當在模型上發生碰撞時模型的position變為抓取主體（例如鼠標光標）位置的值，當抓取主體松開模型時，模型的position變為抓取主體松開時位置的值，從而實現模型的抓取與放置，實現自主地沉浸式室內設計。（如圖3所示）。

圖3 Drag腳本的基本邏輯

2．模型資源庫建設

用戶于沉浸式虛擬環境中進行自主的室內設計必須依靠豐富的家具、物品素材庫，因此，資源庫的建設是沉浸式虛擬室內設計系統建設的基礎。為了給用戶使用時提供更多、更方便的選擇，所以資源庫建設時需要進行分類以及導航，可以按照模型的類別分類，例如家具、軟裝、電器等，還可以按照風格類型進行分類，例如極簡風、北歐風、復古風、中國風等。

3．案例庫的建設

對已完成的室內設計方案進行收集與整合。收集的對象包括自主的設計方案，以及向其他設計公司購買的已使用的設計方案，并基于這些設計方案建設VR場景，當案例庫越來越豐富時，也需要對其中的案例進行分類與導航。

總結

第一，虛擬現實技術在室內設計中的應用可以將平面的信息三維立體地在虛擬環境中呈現，讓設計師與顧客之間的交流變得更為有效，提升室內設計的服務品質與效率。

第二，模型資源庫的建設可以將創建的模型系統化，可以為沉浸式虛擬室內設計系統的交互功能提供素材基礎，便于用戶在系統中自主、直觀地進行室內設計。

第三，案例庫的建設可以為不具備室內設計相關知識的顧客提供設計的參考，同時結合資源庫以及交互功能，實現以案例為基礎的個性化設計和優化設計。