導(dǎo)語(yǔ)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)室內(nèi)設(shè)計(jì)仿真展示研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文中闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究背景與意義，探究了其在室內(nèi)設(shè)計(jì)仿真展示中的應(yīng)用和研究。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；室內(nèi)設(shè)計(jì)；VR

1研究背景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是由多種電子信息技術(shù)融合而成的新型技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)后，為人機(jī)之間的交互提供了全新的方式，為可視化操作提供了更多的選擇，為用戶提供了極大的便利［1］。國(guó)內(nèi)外對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和研究總體較為豐富，并且涉及行業(yè)廣泛。雖然早期由于技術(shù)成本高昂的原因，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和應(yīng)用相對(duì)集中于航天航空、生物醫(yī)療以及軍事等領(lǐng)域［2］。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與建筑行業(yè)的結(jié)合發(fā)展也不可小覷。例如，在中國(guó)科學(xué)技術(shù)館虛擬現(xiàn)實(shí)科技館項(xiàng)目的實(shí)施中，廣泛地利用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。不僅對(duì)于場(chǎng)館的人流密度、展品擺放、項(xiàng)目調(diào)整等多方面進(jìn)行了規(guī)劃［3］，更是將建筑和周邊奧運(yùn)環(huán)境進(jìn)行融合，形成獨(dú)特的建筑特色［4］。德國(guó)多家研究所和公司借助計(jì)算機(jī)等多種設(shè)備和技術(shù)，開(kāi)發(fā)出具有交互作用的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)，能夠幫助設(shè)計(jì)師將建筑項(xiàng)目的規(guī)劃、施工過(guò)程、最終效果等相關(guān)信息更加直觀地展示給客戶，大大提升了設(shè)計(jì)效率［5-6］。但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用集中在建筑規(guī)劃、房產(chǎn)銷(xiāo)售、城市模擬等大型項(xiàng)目，對(duì)于其他方向應(yīng)用和研究仍相對(duì)較少，且質(zhì)量和進(jìn)度也有所不同。隨著房地產(chǎn)等建筑相關(guān)行業(yè)飛速發(fā)展，室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)也充滿了新的活力。為滿足新時(shí)代的市場(chǎng)和用戶需求，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)展示的應(yīng)用和研究也逐漸增多。設(shè)計(jì)師通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更加全面、生動(dòng)的虛擬仿真展示，為客戶提供更加直觀、充滿細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)效果。

2基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示的意義

目前，傳統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)展示主要有設(shè)計(jì)圖紙的繪制和樣板房的搭建兩種方式。第一種是由設(shè)計(jì)師結(jié)合客戶需求、流行風(fēng)格以及自身經(jīng)驗(yàn)，利用專(zhuān)業(yè)軟件制作效果圖紙并向用戶展示設(shè)計(jì)方案。另外一種則是房產(chǎn)開(kāi)發(fā)商在進(jìn)行銷(xiāo)售的過(guò)程中，通過(guò)將當(dāng)前熱門(mén)元素、房屋結(jié)構(gòu)特色等相融合，設(shè)計(jì)室內(nèi)裝修方案，搭建樣板展示區(qū)域，為客戶提供室內(nèi)設(shè)計(jì)示例。兩種展示方式均受到空間、時(shí)間等多種因素影響和限制，具有一定的可優(yōu)化性和局限性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有可交互和沉浸等多種特點(diǎn)，與室內(nèi)設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合，能夠解決室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的一些難點(diǎn)，對(duì)家裝和室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展有一定的推動(dòng)作用。設(shè)計(jì)師通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將房屋場(chǎng)景進(jìn)行一比一還原，展示室內(nèi)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)效果。不僅為消費(fèi)者提供了更加直觀、逼真的感受，增強(qiáng)了用戶的體驗(yàn)感，而且拓寬了消費(fèi)者提出建議的渠道，減少了與客戶在溝通中產(chǎn)生誤解、導(dǎo)致糾紛的可能性，有利于工作效率和客戶滿意度的提升［7］。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示擺脫了傳統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)所遇到的時(shí)間和空間的束縛。消費(fèi)者可以不需要去到房屋現(xiàn)場(chǎng)，即可準(zhǔn)確詳細(xì)地了解設(shè)計(jì)效果并查看設(shè)計(jì)進(jìn)度，及時(shí)提出修改意見(jiàn)［8］。設(shè)計(jì)公司也可以降低在傳統(tǒng)模式下所產(chǎn)生的店面、材料、人工成本，減少資源浪費(fèi)。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計(jì)展示相結(jié)合具有一定的商業(yè)價(jià)值和發(fā)展前景。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)相結(jié)合搭建虛擬仿真展示模型，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)拓了新的方向和思路。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行搭建的過(guò)程中，根據(jù)環(huán)境進(jìn)行可視化建模，分析家裝材料的效果，應(yīng)用貼圖等方式模擬渲染家具裝潢材料，利用色彩、層次、光影、紋理等細(xì)節(jié)，將場(chǎng)景進(jìn)行深度還原。在提高環(huán)境的真實(shí)感的同時(shí)，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感和參與感，為未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)延伸至其他行業(yè)奠定了一定的基礎(chǔ)。隨著用戶的個(gè)性化室內(nèi)設(shè)計(jì)和不同戶型的選擇需求逐漸增多，為準(zhǔn)確表達(dá)出室內(nèi)設(shè)計(jì)所需的空間位置和室內(nèi)布局等信息，搭建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示是有一定的發(fā)展前景和意義的。本文將在前期數(shù)據(jù)收集完成之后，借助三維可視化建模軟件SketchUp構(gòu)建三維模型，通過(guò)Unity3D渲染逼真的三維虛擬場(chǎng)景，利用HTC-Vive交互設(shè)備進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)具有交互功能的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示，具體的實(shí)現(xiàn)步驟如圖1所示。·158·2022年06月節(jié)，將場(chǎng)景進(jìn)行深度還原。在提高環(huán)境的真實(shí)感的同時(shí)，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感和參與感，為未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)延伸至其他行業(yè)奠定了一定的基礎(chǔ)。隨著用戶的個(gè)性化室內(nèi)設(shè)計(jì)和不同戶型的選擇需求逐漸增多，為準(zhǔn)確表達(dá)出室內(nèi)設(shè)計(jì)所需的空間位置和室內(nèi)布局等信息，搭建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示是有一定的發(fā)展前景和意義的。本文將在前期數(shù)據(jù)收集完成之后，借助三維可視化建模軟件SketchUp構(gòu)建三維模型，通過(guò)Unity3D渲染逼真的三維虛擬場(chǎng)景，利用HTC-Vive交互設(shè)備進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)具有交互功能的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示，具體的實(shí)現(xiàn)步驟如圖1所示。圖1基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示實(shí)現(xiàn)流程

3基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示模型搭建

在實(shí)現(xiàn)虛擬室內(nèi)設(shè)計(jì)仿真展示模型的過(guò)程中，模型的搭建至關(guān)重要。模型的精細(xì)程度和模型搭建的方式影響著最終虛擬場(chǎng)景的效果和工作效率［9］。通過(guò)對(duì)比當(dāng)前主流的虛擬模型搭建的技術(shù)和軟件設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)室內(nèi)虛擬仿真模型的場(chǎng)景需求和流程，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)仿真展示模型搭建可大致分為數(shù)據(jù)采集、SketchUp建模、模型材質(zhì)和場(chǎng)景設(shè)置、Unity3D渲染四個(gè)階段。（1）在模型搭建之前，需要對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)、家具材質(zhì)、材料紋理等大量信息進(jìn)行收集工作。利用房屋實(shí)地測(cè)量、材料貼圖采集等方式，獲取基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)仿真模型所需素材，并將素材處理為符合SketchUp支持的格式，以便后期使用。（2）在數(shù)據(jù)采集階段完成之后，進(jìn)入SketchUp建模階段。在模型搭建的過(guò)程中，需要對(duì)所需搭建的模型整體結(jié)構(gòu)和效果有一定了解，按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)劃分模型搭建的模塊。按照由大到小、由整體到局部的順序進(jìn)行建模，以明確場(chǎng)景中各實(shí)體之間層次關(guān)系，提升建模效率和最終效果。將前期準(zhǔn)備的房屋結(jié)構(gòu)圖紙導(dǎo)入SketchUp軟件后，利用SketchUp軟件簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，通過(guò)拉伸縮放、陣列復(fù)制等命令，按照模塊逐一制作墻面、天花板、地面等實(shí)體，快速將二維的平面房屋圖紙轉(zhuǎn)化為初步的三維可視化模型。根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)圖紙，使用SketchUp軟件自帶的組件庫(kù)、3DWarehouse模型庫(kù)以及前期收集的相關(guān)素材，制作門(mén)窗、桌椅、沙發(fā)等實(shí)體，調(diào)整房屋細(xì)節(jié)，構(gòu)建房屋的室內(nèi)設(shè)計(jì)基本布局。（3）為讓虛擬模型的效果更加逼真，需要對(duì)于模型外部和內(nèi)部的材質(zhì)、光影等細(xì)節(jié)進(jìn)行添加、調(diào)整。將前期收集的貼圖等素材進(jìn)行分類(lèi)、處理，在SketchUp軟件中創(chuàng)建自定義紋理、材質(zhì)、照片素材庫(kù)。根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)效果圖，利用軟件自帶的建筑肌理邊線所需的材質(zhì)庫(kù)和自定義素材庫(kù)，對(duì)于已搭建好的模型以及內(nèi)部實(shí)體進(jìn)行合適的材質(zhì)貼圖；通過(guò)SketchUp軟件設(shè)定所在城市經(jīng)緯度和時(shí)間下日照陰影效果。另外，基于SketchUp軟件通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可搭配第三方渲染器或者其他相關(guān)外掛插件，快速調(diào)整、優(yōu)化虛擬模型，將虛擬仿真模型展示效果的真實(shí)感進(jìn)一步提升，提高場(chǎng)景的加載速度。（4）將在SketchUp中創(chuàng)建的虛擬模型導(dǎo)出并轉(zhuǎn)換為合適格式，連同相關(guān)所需的素材文件，導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎中，將室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真模型在Unity3D引擎中進(jìn)行渲染。將所拍攝的實(shí)際圖片處理為材質(zhì)素材，通過(guò)紋理映射的方式，將物體表面的二維圖案繪制到三維模型表面，為模型添加表面紋理，優(yōu)化模型細(xì)節(jié)，提升模型質(zhì)感和視覺(jué)真實(shí)感，減少模型搭建步驟，提升效率［10］。同時(shí)，采用貼圖烘焙技術(shù)，渲染光照陰影信息。將場(chǎng)景元素的光影信息烘焙添加到原有貼圖中，使當(dāng)前環(huán)境的光照信息成為場(chǎng)景對(duì)象的視覺(jué)效果的一部分。以保證在模型失去光源時(shí)，場(chǎng)景內(nèi)仍具有一定光感，大幅度減少實(shí)時(shí)光影效果計(jì)算造成的內(nèi)存消耗［11］，一定程度上有效提升場(chǎng)景的加載和運(yùn)行速度。

4基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示

實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示是運(yùn)用三維渲染引擎Unity3D渲染出房屋室內(nèi)虛擬場(chǎng)景，并通過(guò)操作交互設(shè)備HTC-Vive實(shí)現(xiàn)沉浸式虛擬場(chǎng)景交互。在基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬仿真展示的制作過(guò)程中，漫游效果和個(gè)性化家具位置移動(dòng)的功能制作是核心。在創(chuàng)建的虛擬室內(nèi)場(chǎng)景中，角色將會(huì)進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等活動(dòng)，以便進(jìn)一步對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行瀏覽和觀察。因此，需要利用Unity3D引擎自帶的模擬器創(chuàng)建第一人稱(chēng)的視角模擬器，增加漫游效果的真實(shí)感和體驗(yàn)感。同時(shí)，通過(guò)添加腳本、使用插件以及運(yùn)用Unity3D引擎自帶的剛體組件、攝像機(jī)組件、碰撞器等多種組件，實(shí)現(xiàn)角色模擬器的設(shè)置、屬性添加以及交互功能。（1）利用剛性組件將角色模擬器轉(zhuǎn)化為具有質(zhì)量和體積的虛擬實(shí)體，賦予角色碰撞體積和重力屬性，避免角色異常穿過(guò)模型的情況發(fā)生。（2）運(yùn)用攝像機(jī)組件為角色模擬器模擬視角并設(shè)置視角高度屬性。將角色模擬器和攝像機(jī)的層級(jí)關(guān)系設(shè)置為父子關(guān)系，控制在角色模擬器發(fā)生位移或者旋轉(zhuǎn)時(shí)，攝像機(jī)視景也隨之發(fā)生變化，保證效果的一致性。（3）使用碰撞器完成觸碰交互功能。設(shè)定當(dāng)角色模擬器與虛擬室內(nèi)場(chǎng)景中其他實(shí)體發(fā)生碰撞情況時(shí)，觸發(fā)事件，執(zhí)行設(shè)置的命令切換實(shí)體材質(zhì)貼圖或者展示移動(dòng)后效果。（4）通過(guò)變形組件為角色或者虛擬場(chǎng)景中的實(shí)體添加移動(dòng)功能。設(shè)置角色模擬器的移動(dòng)速度屬性，調(diào)用update內(nèi)腳本代碼，更改每一幀的變形組件中的位置屬性，以實(shí)現(xiàn)角色移動(dòng)的效果。（5）采用iTween插件完成自動(dòng)漫游功能的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)角色希望自動(dòng)按照預(yù)設(shè)的路線移動(dòng)，觀察房屋室內(nèi)設(shè)計(jì)效果，開(kāi)啟自動(dòng)漫游功能。在虛擬場(chǎng)景中創(chuàng)建空對(duì)象，作為自動(dòng)漫游路徑文件進(jìn)行保存。按照房屋結(jié)構(gòu)和室內(nèi)設(shè)計(jì)效果，為每個(gè)展示區(qū)域設(shè)置合適的路徑節(jié)點(diǎn)，收集路徑節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)并創(chuàng)建出能夠全屋瀏覽的自動(dòng)漫游路徑。將路徑信息導(dǎo)入攝像機(jī)和自動(dòng)漫游路徑文件，保證角色自動(dòng)漫游過(guò)程中的視景效果正常流暢變化。（6）實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)對(duì)象輔助實(shí)現(xiàn)小地圖導(dǎo)航功能。當(dāng)角色在房屋內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)效果觀察時(shí)，利用界面左上方顯示的小地圖，提示角色所在房屋位置，幫助提升用戶的方向感和體驗(yàn)感。通過(guò)創(chuàng)建新攝像機(jī)對(duì)象，設(shè)置攝像機(jī)對(duì)象的位置屬性值，將x軸、y軸參數(shù)值與角色虛擬器的參數(shù)值保持一致，z軸參數(shù)值高于角色虛擬器的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)俯視效果。將角色虛擬器與攝像機(jī)對(duì)象的層次結(jié)構(gòu)設(shè)置為父子關(guān)系，保證角色位置發(fā)生改變，攝像機(jī)對(duì)象產(chǎn)生相同變化。合理設(shè)置攝像機(jī)渲染順序，調(diào)整攝像機(jī)對(duì)象畫(huà)面的大小和比例，使頁(yè)面整潔美觀。（7）創(chuàng)建用戶操作界面。利用Unity3D引擎自帶畫(huà)布組件，應(yīng)用屏幕空間覆蓋模式，將畫(huà)布始終固定顯示在頂層。運(yùn)用Unity3D引擎自帶的圖像用戶接口（GUI），創(chuàng)建用戶界面。根據(jù)虛擬仿真展示功能需求，采用添加文字、按鈕、文本框等簡(jiǎn)單組件，完成用戶界面布局制作。分析菜單功能，通過(guò)添加、編寫(xiě)腳本，為界面中的按鈕等組件進(jìn)行相關(guān)事件綁定，以完成相應(yīng)菜單功能。例如，為“移動(dòng)去客廳”按鈕實(shí)現(xiàn)功能，為按鈕綁定單擊事件。當(dāng)用戶對(duì)于按鈕進(jìn)行點(diǎn)擊，觸發(fā)綁定事件，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的腳本語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)角色位移、漫游場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)、窗口隱藏等效果。在虛擬仿真展示功能基本實(shí)現(xiàn)后，對(duì)于HTC-Vive設(shè)備進(jìn)行環(huán)境配置。將設(shè)備接線連接，導(dǎo)入所需的UnityPackage，啟動(dòng)SteamVR，以實(shí)現(xiàn)與Unity3D引擎連接配置。通過(guò)HTC-Vive設(shè)備內(nèi)部的激光感應(yīng)器，獲取用戶的視角角度和信號(hào)到達(dá)時(shí)間。將所獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)處理和轉(zhuǎn)換后，運(yùn)用無(wú)線技術(shù)或者USB接口的方式傳送給Unity3D引擎進(jìn)行整合，進(jìn)行場(chǎng)景渲染展示。用戶可以通過(guò)操作HTC-Vive設(shè)備手柄，實(shí)現(xiàn)與虛擬場(chǎng)景交互、移動(dòng)位置、用戶界面使用等操作。利用HTC-Vive設(shè)備帶來(lái)的更加寬闊的視野和更加強(qiáng)烈的沉浸感，給予用戶更加高級(jí)的體驗(yàn)感和真實(shí)感。

5結(jié)語(yǔ)

隨著人們生活水平的不斷提升，個(gè)性化室內(nèi)設(shè)計(jì)需求不斷增加，傳統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)展示方式的局限性更加明顯。為解決室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的難點(diǎn)，本文提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)仿真展示，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)相結(jié)合，搭建虛擬模型和場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)交互功能，打破了時(shí)間、空間的限制。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的室內(nèi)設(shè)計(jì)仿真展示提供了更加充分的細(xì)節(jié)展示、更加直觀的效果感受、更加直接的溝通渠道，有利于提高溝通、設(shè)計(jì)效率，滿足當(dāng)前市場(chǎng)需求。

作者：魏林 朱夢(mèng)藍(lán) 單位：江西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院