AR智能家居裝修系統設計

袁怡杉，王亞鑫，劉 強

(鄭州科技學院，河南 鄭州 450000)

0 引言

隨著經濟的發展以及消費水平的提高，人們對居住環境舒適度的要求也越來越高。隨著國家政策的實施和房地產行業的發展，全屋裝修的規模逐年增加，傳統家裝行業中存在很多問題，如：裝修過程中無故加價，導致客戶要投入更多的時間、精力、金錢才能完成裝修；行業內沒有統一的施工標準和流程，導致建筑材料運輸不及時，裝修過程偷工減料，存在一定的安全隱患；設計師牟利推銷，產生多種回扣現象。為了解決傳統家裝中存在的各種問題，以AR技術為載體的新型裝修模式正飛速發展。

5G時代的來臨，AI，AR，VR等技術一起走進我們的生活，讓我們對家居環境的想象變得現實化、可視化和智能化。智能化的裝修講究實用性、可靠性、標準性和方便性的綜合體驗。AR技術講究真實性、可交互性，是虛擬內容和真實環境的融合。AR技術與智能化裝修設計相結合，能夠更好地滿足客戶的需求，帶給客戶更多體驗的同時，幫助客戶判斷裝修效果是否符合實際期望，從而提高客戶滿意度，減少返工以及對裝修方案不滿意的問題。

1 AR智能家居裝修系統的優勢

隨著科技的發展及生活水平的提高，人們越來越追求高品質的居住環境，追求高要求的裝修品質，因此，以AR技術為載體的新場景化裝修將快速發展。越來越多的企業會嘗試使用數字化、智能化的技術來多元化、多方位地監測和監控裝修過程，以解決裝修中出現的一些問題，提供更加豐富的視覺體驗來滿足不同消費者對裝修風格的需求。AR智能家裝的運用將大大增加家裝的即視感和可控性，提高裝修效率的同時增強客戶的滿意度和參與感。

AR即增強現實技術，它是一種將虛擬信息與真實信息相融合的技術。它綜合運用了計算機圖形圖像技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術、智能交互等多種技術手段，將計算機生成的文字、圖像、三維模型、音頻等虛擬信息模擬仿真后，應用到真實世界中，兩種信息相互疊加，從而實現對真實世界的增強[1]。AR智能家居裝修系統的優勢概括為以下幾點。

1.1 科技與裝修相結合，讓裝修智能化

在裝修過程中融入現代高科技元素，讓裝修效果或者客戶的構想藍圖可視化。加入的科技元素即AR技術，因為AR可以提供圖像識別、場景識別和特征跟蹤等多種技術，可以對家居物品進行一系列三維重建，將虛擬的家具模型添加到真實場景中，通過可用的移動平臺對家具進行準確的位置擺放和尺寸調整。傳統的家居裝修設計只能給用戶展示設計效果圖紙，相比而言，AR智能家裝的視覺觀看效果更立體、形象更直觀。所以，通過AR技術和家居裝修相結合的方式，可以使用戶足不出戶也能全方位地感受裝修后真實的效果，也可以隨著用戶產生的想法隨時更換裝修風格，讓用戶不再糾結裝修設計的選擇。

1.2 提高家居產品的利用率，減少設計的成本和時間

AR技術與裝修結合可以有效地提高家居產品的利用率，在根據用戶裝修需求進行設計的同時，節省設計的成本和時間，也節省了用戶的選擇和糾結時間。用戶只需要通過AR軟件就能實現自由搭配家具的想法，感受到最終的裝修效果，不必再與設計師費力溝通和挑選風格，隨時探討，隨時修改，讓家居設計師也直接受益。家居設計師利用AR技術后可以有效解決了一些裝修難題，不僅能優化裝修設計方案，還縮短了設計和修改時間。技術人員用相對應的軟件制作出三維家居物品后，再結合AR技術，可以讓用戶真正地實現在裝修之前看到設計之后的房屋裝修效果。

1.3 AR智能家居更好地滿足了不同裝修人群的需求

消費者的需求五花八門、多種多樣，在進行房屋裝修時，讓客戶更直觀地看到裝修效果是當下各大企業的共同追求。如今，由于中國經濟增長方式的改變，市場經濟快速發展，許多家庭已經脫貧致富。中國人均收入水平的提升不但促進了消費結構的提升，同時對住宅環境的品質和裝飾格調也提出了更高的要求。越來越多的用戶在裝修時要求人性化和高級感，對公司的服務標準要求也日益提升。家居文化和個性化風格已經成為消費者裝修的潮流，這樣進一步擴大了家裝的市場需求規模，而且對裝修的質量和很多細節提出了更高的要求，促進家裝行業不斷改進和創新，更好地提升用戶對裝修的滿意度，進而提升家裝公司的品牌效應。

2 AR智能家居裝修系統的設計思路

2.1 模塊劃分

基于AR技術的智能家居裝修系統設計，以三維家居模型為場景，實現漫游、交互等功能，大致劃分為4個模塊(見圖1)。

圖1 模塊劃分

(1)采集模塊：采集房屋參數信息，包括戶型、面積大小、房屋拐角的詳細數值、門窗朝向、水管及電線走向等，發送到服務端。

(2)匹配模塊：獲取服務端發送的信息，進行特征匹配，從數據模型庫中匹配出能夠符合戶型、尺寸大小的裝修方案。數據模型庫中三維模型的來源將采用現有的建模軟件自主建模或者專業素材網站，其中一套三維家裝模型為一個集合，單個元素可進行拆分。模型庫中的模型進行合理分類方便管理(見圖2)。數據匹配時，提取房屋明顯的特征進行由易到難、由粗到細的優先級的對比，相互配合，逐輪篩選(見圖3)。

圖2 分類設計

圖3 優先級信息

(3)查找模塊：從各種符合條件的方案中查找出最適合的裝修方案，調用三維數據模型庫，利用關鍵詞搜索功能可以查看單個的家具元素，可選擇是否提取替換，最終確定完整的裝修效果圖。

(4)渲染模塊：對AR智能家居識別系統最終結果進行三維可視化渲染，即可完成[2]。

2.2 實現流程

2.2.1 數據模型庫的搭建

收集不同房屋不同裝修風格的設計方案，利用3ds Max、MAYA或者專業的素材網站進行建模。對室內空間進行裝飾，即對紋理貼圖的設計，紋理貼圖采用Substance Painter制作。建模是對整個三維家居場景建模，保證裝修風格上的統一。但該三維場景是可拆分的，一個場景為一個集合，產品元素相互獨立，方便個性化設計。每個戶型都制作幾種不同風格的家居場景，且都對應一張CAD圖紙用于特征匹配。

2.2.2 制作CAD圖，調整比例

數據采集一般是由客戶提供戶型圖，設計師制作CAD圖，對比例進行嚴謹的調整。將圖紙放到數據庫中進行匹配，得到目標模型。將FBX格式的家居模型導入Unity，制成預制體。將家居模型拖拽到場景中，在此場景中添加攝像機以及第一人稱控制器，其中包含控制場景角色視角變換、移動旋轉、交互、布局調整等功能的C#腳本。交互是指對場景中家居產品的交互，包括開關燈、開關電視、坐沙發等。布局調整是指對客廳、廚房、臥室、衛生間、書房等空間的布局調整，包括更換瓷磚、墻壁裝飾物、衣櫥和床的款式等。注意在場景中的物體上加上Rigidbody剛體，Collier碰撞體，防止穿模，影響體驗感[3]。

2.2.3 該系統的展示

該系統的展示方式分為兩種：一種是導至移動端，這里只支持Android安卓系統，通過搖桿控制人物移動對整個場景進行瀏覽，通過對界面中放置的button按鈕對家具進行替換。另一種是將虛擬場景借助移動設備攝像頭及屏幕進行增強現實展示。AR的實現設計師需要在unity導入插件。制作Mark標志，通過圖像識別技術識別攝像頭拍到的畫面，判斷Mark標志是否存在，存在則將家居模型與標志中的空間坐標對齊，然后顯示三維模型。

2.2.4 系統的界面UI設計

關于系統的界面UI設計，創建畫布Canvas，設置合適的參數，調整為屏幕自適應。在Canvas控件下創建一個Panel控件，添加需要的控件按鈕，主要用于家居產品的替換、場景的切換等。UI界面與操作場景進行鏈接，實現點擊按鈕的場景跳轉[4]。

2.3 AR智能家居識別系統

該部分展示的是模擬人物在三維家居場景中的漫游和操作方法(見圖4)。

圖4 AR識別操作

(1)方向鍵設計：可對場景中人物進行移動，貼近現實中人在房間走動的感覺，增加代入感。展示視角為第一人稱視角，其中可對視角進行切換。

(2)裝飾修改設計：可以對場景中的單個元素進行修改、選擇替換或者刪除。點擊替換會彈出裝飾欄，對裝飾欄的物品進行搜索，查找心儀的模型對場景中的模型進行替換。點擊刪除則直接刪除。

3 結語

相比傳統的裝修手段，AR智能化家居擺脫了冰冷的樣板間、統一的裝修套路、不變的色彩搭配、俗套的軟裝擺飾等，因此AR智能化家居無疑是一種新的發展潮流。雖然AR的終端設備并不像VR領域那樣已經被普遍認識，但是隨著5G時代的來臨，越來越多結合手機的AR顯示設備出現，全球超過35億部智能手機的用戶都是AR技術的潛在客戶。AR會迎來更大的技術變革和更多的市場機遇。加上互聯網多元化的推廣，例如抖音視頻、官網推薦、快手營銷、公眾號等，大眾有更多的渠道能夠了解到AR智能家居系統，從而擴大用戶群體，提升品牌效應，帶動更多的經濟效益。