虛擬現實技術在室內設計中的應用現狀與發(fā)展趨勢

魏林，姚瑤

(江西經濟管理干部學院，江西南昌33008)

關鍵字：虛擬現實技術；室內設計；發(fā)展趨勢

1 引言

隨著我國科技發(fā)展的進步，數字時代的到來給人們的生活帶來了翻天覆地的變化，傳統信息的獲取方式正在被新型數字化模式所取代。2016年以來，數字化生活體驗逐步普及，虛擬現實技術走進了大眾視野，人們開始追求視聽體驗與空間體驗的接觸感。隨著人們對生活質量要求的提高，尤其在工作和生活環(huán)境方面，更加注重美學與實用性的融合，傳統室內設計方案已經無法滿足人們日益變化的需求，虛擬現實技術注重視覺交互體驗，將虛擬現實技術與之相結合，能夠提高整體方案的空間真實性和藝術性，進一步提升了設計工作效率和時效性。

1.1 虛擬現實技術概述

虛擬現實(Virtual Reality)技術是對計算機圖像原理、傳感技術、光學等各種學科綜合運用，將虛擬世界和現實世界結合的一種計算機仿真技術，是一種集合了光學等各種學科的綜合性技術。它通過收集現實生活中的具體數據，利用計算機技術產生一種三維虛擬環(huán)境，通過專業(yè)的輸出設備，帶給人們體驗到身臨其境的感受。當前，虛擬現實技術已經在航空航天、3D電影、建筑規(guī)劃等多個專業(yè)領域得到了廣泛的應用。

1.2 虛擬現實技術的3I特征

1)沉浸式體驗(Immersion)是指虛擬現實技術通過數據模擬，對人們的視覺、聽覺等五官感知產生一定的刺激，使人們感受到自己處于計算機系統所模擬的三維環(huán)境中，從而給人們造成進入真實環(huán)境的感覺。這一特征被作為衡量虛擬現實技術性能的重要指標，得到了世界范圍內的認可。

2)交互性(Interactivity)主要是指人們通過虛擬現實技術的專業(yè)設備與三維模擬環(huán)境之間產生的自然反饋程度。當人們進入虛擬世界時，不僅能夠感知到虛擬環(huán)境，還可以利用計算機技術對虛擬環(huán)境進行適當操作，適當改變虛擬空間中的環(huán)境，使兩者之間產生相互作用。

3)想象性(Imagination)也稱構想性，人們通過專業(yè)設備和技術進入到虛擬環(huán)境，并能夠通過操作對虛擬環(huán)境進行改變，人們能夠通過五官感知感受到所處環(huán)境的變化。虛擬環(huán)境是運用計算機系統仿真技術依據現實世界真實存在或想象進行構造的。

1.3 虛擬現實技術的主要構成

虛擬現實技術是通過對傳感器技術、網絡技術、計算機圖形學以及智能接口等技術融合的綜合性技術，以實現與用戶交互、實時反饋交互結果等系統功能。一般而言，虛擬現實技術主要包括應用軟件系統、專業(yè)圖形處理計算機、數據庫以及輸入和輸出設備(如圖1所示)。

圖1 虛擬現實技術的主要構成

1)應用軟件系統

虛擬現實技術應用的關鍵是應用軟件系統，它提供了工具包和場景圖，主要包括建立和管理虛擬環(huán)境中對象的行為模型、物理模型、幾何模型、物理模型和數據庫，實時繪制三維場景、生成三維立體聲。當前，國外比較成熟的軟件有VEGA、Virtool和MultiGen Creator等，國內比較有名的軟件有中視典公司VRP。

2)專業(yè)圖形處理計算機

計算機是虛擬現實系統的引擎，在系統中具有核心地位，主要負責輸入設備中讀取數據、訪問與任務相關的數據庫，執(zhí)行任務要求的實時計算，進而實時更新虛擬環(huán)境的狀態(tài)，并把反饋至輸出顯示設備。由于虛擬世界中所有用戶的動作很難被預測，呈現的場景復雜，以致很難保存所有相應的狀態(tài)，這就需要虛擬世界實時繪制和刪除數據，從而極大地增加了計算量，需要提高計算機配置。

3)數據庫

數據庫用于存儲虛擬世界中所有對象的模型信息，并對該信息進行分類管理，包括場景的實時繪制、對象保存、更新和調用等。

4)輸入設備

輸入設備通過外接設備檢測用戶的信息，并通過傳感器輸入計算機，輸入設備除傳統的鍵盤鼠標外，還包括身體姿態(tài)的數據衣、手姿輸入的數據手套、語音交互的麥克風等，做到多感覺通道的交互。

5)輸出設備

輸出設備將計算機生成的信息通過傳感器反饋給人們進行體驗，包括視覺、聽覺、觸覺等。輸出設備包括屏幕，立體聲耳機、力反饋的數據手套以及大屏幕立體顯示系統等。

2 虛擬現實技術在室內設計中的應用

《畢馬威2020 科技行業(yè)創(chuàng)新》數據顯示，受到新冠疫情影響，實體企業(yè)加大對虛擬產業(yè)的投入，71%的企業(yè)在支出中增加對虛擬現實產業(yè)的投入，其中14%的企業(yè)增幅超過40%。企業(yè)對虛擬現實的投入增加，將推動虛擬現實行業(yè)進入到快速發(fā)展階段。虛擬現實技術的特征與室內設計以用戶體驗為重點的特征相似，室內設計過程中使用虛擬現實技術將室內完工后的真實場景展現出來，可以全方位地感受到設計方案。

2.1 室內設計流程中的應用

虛擬現實技術通過改變傳統設計流程，增加客戶群體，提升簽約成功率。傳統室內設計一般包括構思設計、細節(jié)設計和修改設計三個流程[1]。確定要開始進行室內設計時，需要確定設計方向、風格等，在設計的基本框架的基礎上，再對設計細節(jié)進行確定，包括顏色、個人偏好等方面，設計師完成平面效果圖后，需求方根據效果圖提出相關修改意見，通過多次溝通后，確定最終設計方案。通過設計平面圖，無法完全向人們展示出設計效果，雙方體驗感比較差，在溝通過程中，比較容易出現信息傳導失誤的情況，最終造成設計效果達不到雙方預期，同時會延長設計周期。傳統室內設計過程中，修改設計成為整個流程中最重要的環(huán)節(jié)，取決了是否能成功簽約。虛擬現實技術以現場模擬體驗作為設計亮點，更加強調細節(jié)設計，通過構建三維虛擬空間，還原真實的室內空間環(huán)境，直觀、全面地向人們展示出設計效果，提高了設計方案的使用功能。同時根據人們的需求處理好空間合理布局，在細節(jié)設計中把人與環(huán)境之間的相互關系納入考慮范圍，給人們帶來視覺沖擊，讓人們切身體會到未來室內所呈現的模樣，能夠更好滿足人們精神層面的要求。虛擬現實技術的運用，通過詳細全面的設計方案，大大提高了簽約成功率，從而提升設計方案的使用率。

2.2 室內設計方案中的應用

虛擬現實技術有助于提升室內設計方案的真實性。虛擬現實技術以人們進入虛擬空間體驗為基礎，人們可以更加直接參與到方案的細節(jié)設計中，可以及時將人們的需求反饋到方案中，實現設計方案的多樣性[2]。在虛擬空間進行體驗式，人們可以通過行走、移動等方式，來改變體驗視角，也可以體驗到室內空間的各個部分，從而對設計方案有一個整體印象，保障最終設計方案符合人們的主觀需求。虛擬現實技術的使用帶來了一種全新的體驗方式，與平面設計方案以及3D設計方案不同，虛擬現實技術的設計方案不再是固定在紙面上，也不再是單純體現在屏幕上的展現。虛擬現實技術帶來的是一種全視野全景的視角，人們觀察設計方案的視野不再受限制，人們的一個轉頭、一個回頭都能看到不同的空間設計，人們通過頭部轉動，體驗到720°視角的旋轉，為了讓畫面更加真實，在剛進入虛擬空間時，呈現給人們的畫面會慢慢加載，提升虛擬空間畫面與現實空間的契合度，通過建模，使得體驗感更加方面，提升交互感的真實感[3]。根據虛擬現實技術確定下來的最終室內設計實施方案，最后室內空間的真實性會得到大幅度提升。

2.3 室內設計效果中的應用

傳統室內設計的效果一方面通過平面設計圖展現效果，另一方面通過提前打造好樣板房來向人們展示設計效果。虛擬現實技術沉浸性的特征，是人們通過輸出設備進入到虛擬空間，看到設計效果，體驗設計的空間感，憑借電腦建模，大大降低了樣板間所需人力成本、店面租金、展廳裝修等方面構成的決策成本。室內設計主要體現人們對美學的理解和體現，主要遵循大自然美感、室內和諧美感和需求方個性美感的原則。大自然美感主要通過設計材料的使用來體現，增加人們對大自然的親近度，虛擬現實技術可以選擇以原木為主要材料來進行設計，在設計方案中讓人們真實感受到不同材料的使用所帶來的不同效果。室內和諧美感代表整個室內空間是一個整體，每個空間設計之間存在著一定的聯系，達到相輔相成的效果，通過模擬現場的體驗為人們帶來和諧完整的感受。人們在設計方案中的個性體現，表現了每個人對美感和舒適度的不同理解，也可以通過相關設備達到身臨其境的感受。由于虛擬現實技術構建了一個相對真實的環(huán)境，在設計效果中還能體驗到室內光線的變化。室內設計中采光效果會直接影響到室內設計方案最終的舒適性，通過虛擬現實技術可以改變空間，改變光線，甚至直接或間接影響方案中的色彩、形狀等方面的感知。

3 虛擬現實技術在室內設計中發(fā)展趨勢

3.1 虛擬現實技術在室內設計中可行性分析

虛擬現實技術在室內設計中的應用具有明顯優(yōu)勢。首先，可以幫助人們更加直觀體驗到設計效果，與傳統室內設計相比，虛擬現實技術為人們提供清晰設計方案和思路，直觀地感受設計效果，人們可以根據自身的感受，提出修改意見，從而帶來更多的參與感、認同感和成就感。其次，可以幫助設計師更好投入工作。室內設計一般包括構思設計、細節(jié)設計和修改設計三個流程。在構思設計中，虛擬現實技術具有沉浸性，可以為設計師提供臨場感，從而激發(fā)設計靈感；在細節(jié)設計中，設計師可以利用虛擬現實技術為空間分割、光線色彩運用、裝飾品拜訪等方面提供技術支撐，設置不同強度、不同類型、不同位置的光源觀察室內光線效果，從而尋找到最佳設計方案。最后，可以加強供需雙方的互動與溝通。通過構建一個虛擬空間，為雙方提供了溝通交流的載體，共同推動設計流程的進行。同時提高雙方溝通的效率，形成快速的反饋機制，而且能夠避免因溝通不暢造成的糾紛和誤解。

3.2 虛擬現實技術在室內設計中局限性分析

雖然虛擬現實技術在室內設計領域中發(fā)展前景廣闊，但目前仍受限于一些因素，存在著一些亟待解決的問題。第一，虛擬現實技術對硬件配置要求較高。虛擬現實技術構建的空間復雜，尤其后續(xù)交互涉及材質、色調、光線等問題，都對進行設計的計算機配置要求極高。第二，虛擬現實技術在室內設計中使用會導致制作周期較長，增加運營成本。設計師了解人們需求后，不能直接展示預期效果，需要通過相關技術、軟件等操作后，才能最終對虛擬空間進行修改。同時，為了讓設計師能夠熟練使用虛擬現實技術在室內設計的功能，設計師需要在學習上投入大量時間，參加專業(yè)培訓，從而增加運營成本[4]。第三，虛擬行業(yè)缺乏統一標準。我國虛擬現實技術仍處于起步階段，缺乏行業(yè)統一的標準，這也妨礙了虛擬現實技術向普通人群為消費對象的市場的推廣。虛擬現實技術目前在游戲領域應用較多，其沉浸性體驗感和交互反映的實時性效果還不夠理想，產品成熟度亟待提高。第四，虛擬現實技術市場覆蓋率較低。由于虛擬現實技術特性，需要購買視覺佩戴外設、相應軟件、計算機設備等。對企業(yè)來說，還需要配置后臺服務器。在滿足不同的觀感需要時，往往需要購買多個設備。在技術尚不夠成熟的情況下，人們往往不愿為其買單。

3.3 虛擬現實技術在室內設計中適用性分析

根據中國信通院數據顯示，2020年全球虛擬現實(VR)終端出貨量約為567萬臺，到2024年將達到3375萬臺，年復合增長率達到56%；2020 年全球虛擬現實(VR)行業(yè)市場規(guī)模約為620億元，到2024年將達到2400億元，年復合增長率達到45%。虛擬現實技術雖然有一定的局限性，但是相較于傳統的室內設計媒介，對于體驗者和設計師具有一定的適用性。第一，提升體驗感，滿足人們的需求。傳統室內設計中使用圖紙、平面效果圖無法讓人們感受到室內空間性，這種方式呈現出的設計效果往往與最終現實空間產品產生較大誤差，從而降低人們對室內設計方案的信任感。利用虛擬現實技術可以讓人們在虛擬空間中，根據真實需求進行運動、移動，調整角度和方向，進而去選擇設計方案，這樣的體驗更加主觀，更能挖掘用戶的真正訴求。第二，虛擬現實技術可以讓人們對設計方案進行實時交互。傳統室內設計方案呈現出來的是設計效果，很難與人們進行實時反饋。虛擬現實技術讓人們參與到設計當中，實時對設計方案進行調整，設計師根據人們的實際需求進行修改，在修改中可以及時得到反饋，經過不斷反復，從而得到最優(yōu)的設計方案。第三，室內設計已進入以用戶體驗、前端設計以及口碑為核心的新時代[5]。足不出戶的在線體驗式設計方案更能迎合人們的真實需求。通過人們切身體驗真實的室內環(huán)境，擺脫了現實世界中空間和時間的限制，再結合虛擬現實技術，給人們帶來感官、認知以及理念等方面的沖擊，還原真實場景，全面提升人們體驗感。伴隨虛擬現實技術逐漸成熟應用，通過虛擬現實技術，在施工開始之前就可以體驗到各種設計方案的實際效果，實現沉浸式體驗。

3.4 虛擬現實技術在室內設計中趨勢性分析

當前，虛擬現實技術已然是時代的熱點，正逐步呈現在我們生活中的各個領域且表現出不可或缺的特征。伴隨著經濟社會的發(fā)展，人們對室內設計的需求日益劇增且多樣化，虛擬現實技術具有著廣闊的發(fā)展前景，同時對虛擬現實技術如何更好運用于室內設計領域提出了更高的要求和標準。虛擬現實技術遵循著“低成本、高性能”的發(fā)展趨勢和方向，由于室內設計涉及到規(guī)劃和設計以及建設施工等流程，因成本過高且執(zhí)行程序不可逆，不能出現過多的差錯，而利用虛擬現實技術優(yōu)于其他呈現方式的逼真效果，可以將室內設計方案進行預覽展示，并且可對方案隨時預覽隨時更改。設計師和用戶可以隨時隨處進入虛擬室內空間，從任意角度去審視自己的設計作品，真切地感受作品的空間及尺度，由此解決因觀看二維設計圖所導致的忽略了設計中存在的錯誤等問題。虛擬現實技術對于空間設計領域有著其天然優(yōu)勢和應用效果，可以為空間設計發(fā)展提供全新的渠道和平臺。借助虛擬現實技術的發(fā)展，極大地展現人們對室內設計的要求和理念，更好更快捷達到立體美學和實用性融合，突破時間與空間制約與局限，滿足人們多樣化、個性化的需求。在這樣的背景下，正在高速發(fā)展的虛擬現實技術幫助促進了室內互動設計的表達，提高了方案體驗的真實感，同時也滿足了當代使用者不斷增加的對“互動性”的渴求。

4 結束語

綜上所述，隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，人們對生活品質有著更高更多樣的需求，尤其是室內設計，關系到人們日常生活。虛擬現實技術的發(fā)展為傳統室內設計提供了更新換代的機會，在建筑室內設計領域獲得運用，幫助設計師做到根據人們的真實感受做出更科學、個性化的設計，更好地滿足人們的真實需求。盡管當前虛擬現實技術在室內設計應用中存在一些問題，但隨著虛擬現實技術的迭代和發(fā)展，將極大地推動室內設計發(fā)展，為現代建筑工程帶來新時代的變革。