虛擬現實技術在居室裝修方案設計中的應用研究

陳星宇

（江蘇省揚州技師學院 江蘇 揚州 225000）

0 引言

隨著科學技術創新發展，計算機、多媒體、傳感等多種技術融合為虛擬現實技術（VR技術）不斷向各領域滲透，通過計算機生成模擬環境，讓用戶通過傳感設備“走進”虛擬環境中，與環境實現交互。VR技術在建筑領域，通過三維仿真技術，可以營造動態空間，為客戶提供立體全景展示，拉近設計師與客戶之間距離。結合人體工程學尺寸，感受室內空間布局，客戶根據自己主觀意愿更改設計，節約了資金成本和時間成本。虛擬現實技術（VR技術）較傳統動畫、圖片、文字形式展示更富有魅力。

1 VR技術概述

VR技術作為高端人機接口，通過構建虛擬現實仿真平臺，提高人與計算機自然交互，提高用戶體驗感。VR技術利用計算機技術構建虛擬環境，通過多專業技術融合，營造三維動態交互效果，改變了原有二維平面圖的形式，促進工作效率提升。VR技術通過計算機生成圖像，實現可視化、可交互、可沉浸、可構想的真實感覺環境。人們進入場景與真實世界相似度超過90%，通過多傳感交互設備，生成視覺、聽覺、觸覺等多重感官體驗，尤其在室內設計中，讓客戶感受裝修后的真實場景。如果客戶需要裝修方案設計更改，操作者可以在虛擬場景中做位置移動、顏色變化、材料更改等，及時觀察并操縱虛擬環境。VR技術包括感知、建模、呈現、交互、漫游五類體系，運用到室內設計中，可以讓客戶感受到居室裝修樣式、結構、色彩、光線、熱度、聲音等信息，給客戶營造身臨其境的真實感。VR技術系統需要的軟件工具有CAD繪圖工具、三維建模工具、Photoshop圖像處理工具、Unity3D引擎實時仿真軟件，系統相關軟件的應用為VR作品做渲染展示，提高視覺感官效果[1]。

2 基于VR技術的室內設計理論要求

2.1 室內設計基本原理與VR技術的關系

室內設計前提是應考慮人對室內活動空間的需求，注意空間的環境觀念，將設計風格、地域文化、人文流派等綜合考慮，并運用到具體室內設計中，室內設計環境氛圍還應包括光線、風向、水文等新型裝修材料的應用。VR技術背景下，室內設計應借助基本原理展開，通過對新技術工藝、新型裝飾材料的應用，在虛擬場景空間直觀表達。VR技術是借助計算機設計技術，將硬件裝備通過接口接入虛擬空間，根據人們對空間設計需求實施操作，達到實時交互效果。如果室內設計人員僅僅會操作VR技術，缺乏對室內設計理論知識的了解，就難以通過VR技術設計出滿足人們需求的居室裝修場景，存在的設計缺陷難以滿足室內設計客戶要求[2]。

2.2 人體工程學與VR技術的關系

人體工程學是站在人的視域出發，分析人的生理、心理、結構與自然之間協調關系，提高人們使用效能。VR技術融合人體工程學，讓人的身心情感沉浸到虛擬空間，感受居室裝修方案設計中的細節，包括物體的高矮、寬窄、長短等，根據自身需求感受內部尺寸是否合理。VR技術可以清晰體現空間物體之間尺寸關系，在未施工前，就可以達到理想布局，通過三維模型構建真實的空間數據，提高居室裝修方案設計高度符合人的主觀意愿。避免因實際材料準備后，感受到內部存在壓抑感，造成成本浪費[3]。

2.3 基于VR技術的市場需求分析

VR技術可以實現全方位場景再現，客戶可以真切地感受到場景感官體驗。由于現實條件限制，可以通過VR技術，讓用戶領略北極嚴寒、火山爆發的自然風光。當前居室裝修方案設計采用VR技術的較少，家裝設計的包括豪斯VR、指揮家、美屋365等，部分家裝企業設計平臺只提供家裝VR技術，例如土巴兔、美窩等，由于VR技術在居室裝修領域發展前景廣闊，未來家裝市場競爭將更加嚴峻，相關企業應緊跟科技步伐，通過專業的家裝設計視角和先進的科學技術融合，才能發揮行業競爭優勢[4]。

3 室內設計應用VR技術應用

3.1 室內設計項目工作流程

居室裝修方案設計應根據客戶要求，明確設計項目制作流程，VR技術居室裝修方案設計流程：客戶→乙方→CAD戶型圖參考現場實際→3dsmax建模→建模合格→導出FBX場景文件→導入Unity3D中處理→添加攝像機→界面設計→材質處理→場景交互→效果發布→三維漫游[5]。

3.2 建模制作規范

第一，建模的步驟。應對居室的原始數據進行采集，包括房屋戶型圖面積，每個居室的尺寸、門窗朝向等，對原始數據加工處理，并運用原始數據繪制CAD平面圖，并生成三維模型，虛擬三維建模步驟：數據素材采集→模型制作→貼圖制作→場景坍陷→燈光渲染→場景調整。具體方法是在材質編輯器上漫反射參數中添加材質，并根據設計需求調整規格。可通過UVW體現材質規格，甚至可以體現地磚規格，可以運用UVW貼圖坐標，保障二維貼圖位置的精準，視覺效果更加逼真。VR技術操作人員應注意貼圖大小應統一，盡量提高貼圖的分辨率，如果進入仿真平臺，貼圖置換后會導致墻壁紋理真實度下降[6]。

第二，模型優化整合與導出。模型在經過計算機渲染師，會占用較多空間，在模型不變情況下，減少面數、采用紋理貼圖代替大尺寸模型、優化材質貼圖，降低模型的點、面數量，提高場景實時顯示速度和效果。模型整合完畢后，應以FBX格式導出，并將相關資源同步復制到Assets文件，系統會默認和自動刷新。

3.3 Unity 3D的材質設置

技術人員應根據客戶要求對照模型檢查，如果確認無誤，可進行材質及紋理貼圖。居室裝修材質質感體現在地板、墻面等模型中，還應體現在裝飾細節部位。材質應具備凹凸、質感、光滑、色澤等特點，豐富畫面效果。雖然貼圖在VR場景中較為重要，但還應做出針對性調整，室內空間不同部位采用的自發光、漫反射、光滑度、金屬質感貼圖不同，對于物理引擎，材質、密度、質量上也應突出物理性能，通過實踐收集資料，Unity3D材質參數表如下：

通過表1分析，虛擬技術在居室裝修方案設計中，應在模型中體現紋理，為了提高擬真效果，需要添加貼圖，參數的變動，會影響材質的真實感。

表1 材質參數匯總

3.4 Unity 3D燈光設置

首先，VR平臺光源分為平行光、聚光燈、面光源三種，為了使光環境具有層次感，面光燈可填充陰影區，平行光可起到模擬太陽光的作用，根據時間節點調節太陽光照射方向，聚光燈一般作用于餐廳、床頭的壁燈、臺燈等，提高光源效果的真實性。

圖1 VR光源視覺設計效果

圖2 VR光源視覺設計界面

表2 燈光設計參數

其次，虛擬場景中的陰影渲染可以突出三維場景的真實感，呈現出立體的空間幾何信息。創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，應運用貼圖，將光照圖數據烘焙在內，單獨計算像素，與攝影機保持近距離，在陰影渲染過程中，會消耗較多時間，但陰影效果更加真實。模型的烘焙應選擇方式與路徑，最后對符合標準的烘焙命令執行，渲染過程中避免出現重復、破面、多余的場景。三維模型創建完畢后烘焙與導出是最為關鍵環節，其中Render-To-Textures（紋理烘焙技術）是將3dsmax軟件中提供的光照信息、紋理信息通過貼圖表現，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，紋理貼圖可以重復使用，減少資源的浪費。居室裝修方案設計采用LightMap烘焙，基于原貼圖會出現疊加光源，可以真實的表達原來紋理，提高光影效果的擬真度。

3.5 交互及漫游

家居設計應突出視覺感官，如圖3所示：通過變換墻體、家居、配飾等，讓業主選擇稱心的家居材質和顏色，在Unity中，通過替換材質，可以改變沙發背景墻、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、臺燈、壁燈等變化，營造出不同的光源效果，同時Unity3D可支持.avi、mpeg、.asf等多種視頻格式，營造沉浸式視覺體驗。

圖3 VR交互場景設計

4 室內設計VR技術應用評價

4.1 VR技術的方案體驗及評價

第一，虛擬場景的漫游效果體驗與評價。居室裝修設計師在方案設計過程中，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、衛生間、衣帽間設置等，為了提高居室裝修方案的完整性，可以根據客戶要求，進行720°無死角觀看場景。VR全景漫游應用體驗在實施過程中，客戶佩戴VR眼鏡，讓客戶盡情體驗場景中裝飾樣式，體驗居室內的陽光、燈光、電視等，營造真實的視聽效果。VR技術可以讓客戶體驗多個方案，提高設計師與客戶的溝通效率，降低由于溝通不足導致客戶對設計不滿意的可能性，節省物料，提高效率。第二，多方案設計展示體驗及評價。VR技術可以創建材質庫，建立不同家具模型庫，根據場景需要靈活切換，讓客戶感受到空間、功能，讓客戶在場景中有更多的選擇，根據客戶喜好自由搭配，指導改進到令人滿意的設計方案為止。第三，虛擬場景中隱蔽工程展示體驗及評價。由于很多客戶缺乏對裝修了解，尤其傳統裝修設計師，水路、電路圖一般負載，都在平面上標注，客戶難以了解布置及構造，隱蔽工程如果裝修存在問題，存在后期修理隱患。因此，三維可視環境可以讓客戶了解配電箱安裝、冷熱水管線、燃氣管線、電路布設等，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，優化管線布置，避免原材料浪費，讓工作更加便捷、高效。

4.2 VR技術應用過程評價

第一，VR技術與傳統技術對比分析。VR技術應用于居室裝修方案設計，可以提高用戶的空間體驗感，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，設計師層面對于VR技術應用的評價。通過對設計師調研，VR技術在制作成本、效果、方案修改方面較傳統室內方案設計節約了時間，減少了原材料等成本的浪費，具有完整的表現性。傳統模型制作、樣板間制作等需要額外增加安裝費用，成本較高。VR制作成本低，易于對整體方案把握，有利于提高工作質量，控制更改的次數。第三，公眾對于VR技術應用評價。客戶佩戴VR眼鏡，可以感受到空間的整體效果，可以在連續的空間自由參觀，根據自己個性挑選相應的裝飾物，滿足了客戶的參與度，做到了以人為本的設計理念。

5 結語

本文從居室裝修設計流程出發，以室內裝修方案設計為例，針對VR技術與傳統室內方案設計進行對比，總結了VR技術在居室裝修方案設計中的應用優勢。通過傳感設備，讓客戶體驗多角度連續空間，實現多重感官的擬真空間，幫助設計師提高設計效率，提高了客戶的參與感，具有方案多樣性、設計便捷性、人機交互性，VR技術的漫游效果遵循了以人文本的設計理念，使室內方案設計更加高效、直觀。