基于增强现实技术的家庭装修平台的创新设计与开发研究

马旭++徐正科++高洁++熊小军

摘要：随着近年来增强现实技术的发展与计算机运算能力的提升，使得将增强现实技术应用于解决家庭装修设计中的热点问题成为可能。论文提出的基于增强现实技术的家庭装修平台，区别于传统的装修设计方式，由服务器与移动端两个模块构成，能够帮助用户更加便捷、迅速的设计出用户想要的效果，并且减少了设计周期，同时也减少了一些不必要的浪费。论文首先论述了该平台提出的背景，然后介绍了平台的结构设计以及平台的实现方案，最后进行总结。

关键词：AR技术；家庭装修设计；增强现实；家庭装修市场；创意设计

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0131-03

1 引言

增强现实技术，也就是常说的AR技术，其是在虚拟现实（VR）技术的基础上进化而来新技术。增强现实是将虚拟的信息通过电子设备与现实世界融合起来的一种技术，能够实现人机实时互动[1]。2017年AR技术飞速发展，现在已经能够通过AR的SLAM，MARKLESS技术完成实时感受环境变化、快速将模型与环境融合等任务。随着科学技术的不断发展，虚拟现实应用技术、高速数据采集处理技术各自的成熟使得开发基于移动设备的高精度、高性能AR应用成为了可能。

将增强现实技术用于家庭房屋的装修设计中，这会是一个颠覆性的想法，也是一种颠覆行业的做法。虽然此前也中出现过很多基于3D的装修设计软件[2]，但此类软件对3D数据的处理一般都需要在性能优异的电脑上由专业人员进行建模处理，不具备便携性，较高的成本也限制了其应用范围。

随着经济的迅速发展，生活水平、消费水平的迅速上升，导致人们对于房产格外重视，从而人们对家庭装修越来越重视，甚至把家庭装修作为一个人品味的评价标准之一[3]。现有的装修流程一般采用设计师制图，用户审核通过后直接施工的方式。由于用户缺少身临其境的感受，对装修设计图的理解并不准确，经常会出现在施工过程中频繁修改设计，甚至将即将完工的装修成品砸掉重装也时有发生。这对客户和家装公司都带来了一定程度的经济损失，同时也产生了大量的装修材料垃圾。

2 平台简介

针对引言中提到的一些问题，本文提出了基于AR技术的家庭装修设计平台。该平台基于AR相关技术[4]能够完成家庭装修的基本设计任务，其中包括对进行周围3D环境的检测[5]，并使之与数据库中的3D装修材料和家具模型等融合，为用户提供实时的3D场景图像，让用户能够真实的感知装修后的效果，同时3D的体验可以随时感受装修设计是否合理，以至于施工之前就将不合理因素排除，减少了装修中一些不必要的浪费，同时也在一定程度上解决了装修中设计图与施工效果的差异问题，提升了用户的装修设计体验，同时保障工程实施的顺利进行。此外，该平台提供的3D装修材料和家具模型等数据还能帮助设计师快速建模，减少装修周期，提高家装公司的工作效率，降低成本。本文提出了具有一定的创新性、及时性和便携性的装修设计平台。

3 平台的功能与系统结构设计

本文设计的装修设计平台的最终目的是通过AR技术，搭建一个可以快速将家具等的3D模型融入到现实环境中的装修设计平台。该平台由云端服务器与本地移动端组成[6]。家具的3D模型存放在本地是一个非常不明确的选择，会大量的增加APP的大小，同时会占用用户很多的存储空间。随着技术的发展，我们现在完全有能力将数据存放在云端，用什么取什么，很大程度上减少了用户储存空间的浪费。该平台的服务器由云储存与数据库组成，目前上已有多家提供云存储的服务商，我们可以利用其高速下载和数据加密的优点为用户提供更好的服务。数据库则是将模型数据分类整理，最后通过API与移动端进行交互。这样，每当用户需要更多的模型数据时，移动端通过API获取数据信息，实现家具3D模型的下载、装修模型配置文件的下载、APP的在线更新等功能。移动端由程序代码、UI、AR SDK、手机组成[7]，实现数据采集，数据处理等功能。图1是该平台的系统结构设计。图2是系统各个主要模块之间的通信。

本文提出的基于AR的装修设计平台拥有如下几个功能：（1）获取设备摄像头权限；（2）完成家具模型的下载；（3）完成动态环境建模；（4）显示当前的家具模型；（5）取消显示的家具模型；（6）上传与分享配置文件。

4 基于AR技术的装修平台的实现方案

在移动端，程序被用户打开后，请求获取设备摄像头使用权限，假如用户不同意，则退出程序，重新打开程序后仍请求手机摄像头使用权限；如果同意获取权限则进行下一步。然后程序实时通过挪动设备的摄像头来获取外界环境数据，并且将摄像头获取的数据交给第三方SDK进行实时的处理，由此生成动态环境模型，之后的模型显示和删除都要基于这个模型，与此同时屏幕已经显示模型[8]。当用户点击放置按钮时，程序将动态的环境模型的Z轴顶部与家具模型的Z轴的底部放置在同一平面上，从而使模型显示在物体的表面上，生成实时3D模型，并显示在屏幕上，其效果与现实中相似，完成图像的显示功能[10]。当用户点击取消按钮时，删除在用户点击生成时的数据，家具模型消失，只显示动态环境模型，完成家具3D模型的删除工作。当用户点击下载按钮时，程序利用API接口向数据库发送密钥，数据库根据密钥匹配相应的下载地址，并返回给程序，程序根据返回的下载地址下载模型，并加载到程序中，可由用户进行放置与删除操作。当整体模型布置完毕之后，询问用户是否共享配置文件，若不同意则只将配置文件存储在本地并继续等待用户操作，若用户同意则将环境数据保存并上传到云端，方便备份数据与分享给其他用户。当用户收到其他用户分享的URL之后可跳转至APP中自动实现数据的下载，等待用户对数据进行加载等操作。图3为程序各个模块的实现方法与步骤。

在服务器端，本文提到的基于AR的装修设计平台用MySQL数据库作为主力数据库[11]，将用户信息存到数据库中实现用户的管理功能，同时每一个unity模型文件拥有唯一命名，然后在数据库中将模型的名称与下载地址一一对应，方便数据的下载。在接口方面，该系统使用开源的DreamFactory（简称DF）来为平台生成一套方便安全的接口系统。DF兼容多种服务器端软件，服务能够与MySQL数据庫以及用户管理等机制对接。同时DF提供多重可选择的API请求方式，方便与客户端的通信。这样，DF就成了连接客户端与数据库的桥梁。当用软件建立好一个完整的家庭装修设计模型之后，我们可以将信息打包保存上传云端，在打包上传的时候并不是上传模型文件，而是上传可代表模型位置的描述文件[12]，当用户下载之前保存的或者其他用户的描述文件之后，程序可以根据现在的环境模型和描述文件来自动化的布局。这样就可以使用其他用户的成品来做参考，借鉴一下优秀的设计，所以这样在很大程度上减少了用户在相似的装修环境下的操作，同时也在一定程度上节省了重新布局的时间。endprint

5 结语

本文通过对基于AR技术的装修设计平台的研究，提出了一种搭建灵敏快捷、节约成本的装修设计平台的方案。相比传统的装修设计方式，本文提出的通过基于AR技术的装修设计平台的设计方式既能够很大程度上保证的装修设计的准确性，又能够保证用户看到装修效果的实时性。通过使用云端mysql数据库链接的DF接口保证的数据传输的稳定性与安全性，通过云端与用户端的连接，组成了一套全面的系统闭环，也在一定程度上提高了设备的便携性。从而可以应对不同的使用要求，完成相应工作。该平台在实验环境下基本实现所述功能，可通过安卓手机一加5上完成装修设计的基本过程，实现预期功能。

参考文献

[1]周忠，周颐，肖江剑. 虚拟现实增强技术综述[J].中国科学：信息科学，2015，45（02）：157-180.

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[3]王丽新.存量房家装规模将超2.6万亿元万科等多家房企掘家装金矿[N].证券日报，2017-10-17（C02）.

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[6]蔡苏，宋倩，唐瑶.增强现实学习环境的架构与实践[J].中国电化教育，2011，（08）：114-119+133.

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[8]林一，陈靖，刘越，王涌天. 基于心智模型的虚拟现实与增强现实混合式移动导览系统的用户体验设计[J].计算机学报，2015，38（02）：408-422.

[9]任波，管涛，李利军，段利亚.基于ARToolKit的增强现实系统开发与应用[J].计算机系统应用，2006，（01）：81-84.

[10]Philipp A.Rauschnabel，Alexander Rossmann，M. Claudia tom Dieck.An adoption framework for mobile augmented reality games：The case of Pokémon Go[J].Computers in Human Behavior，2017，76.

[11]A.Rieger，T.Blum，N.Navab，H.Friess，M.Martignoni. Augmented reality： merge of reality and virtuality in medicine[J].Dtsch med Wochenschr，2011，136（47）.endprint