增强现实技术在家具定制设计中的应用初探

■周 超，黄 迅 Zhou Chao & Huang Xun

(1.广东培正学院艺术学院，广东广州 510830；2.广东东软学院数字媒体与设计学院，广东佛山 528225)

1 定制家具的优势及存在的问题

1.1 定制设计已成为趋势

定制家具，一般指家具企业在规模化和批量化生产的基础上，将个体用户视为一个单独的细分市场，用户按照自己的需求来设计个性化的家具，企业按照用户的设计需求来制造个性化的家具。随着生活水平的日益提高，在室内装修中，此类家具定制受到越来越多消费者的欢迎和认可。最典型的例子就是中国香港地区，中国香港地区家具市场基本上都是做定制，因为中国香港地区房价高、空间小[1]。

1.2 定制家具的优点

定制家具为何会受到消费者喜爱，主要有以下几点优势：a.空间利用更合理。在房价高昂的今天，每一寸空间都显得弥足珍贵，其中一大因素就是户型的变化，随着中小户型数量的增加，成品家具渐渐无法满足用户日益高涨的对于空间利用率的要求，也因此带来了定制家具的发展契机。房子空间太空，没有家的感觉；房子空间太小又会很拥堵，因此合理的规划空间可以让家更温馨。定制家具可以针对每个空间的特点独立设计，用科学的方式，把空间利用得更合理。b.与家居环境更匹配。在选择家具之前，确定整体居家风格十分关键，定制家具往往需要与装修的整体风格匹配。如果整体是中式风格，定制板式的家具就会显得怪异；同样，如果整体是现代风格的居室，放一套中式沙发进去也会格格不入。c.功能个性化。每个消费者都有各自喜欢的风格，可能讲究到一个小件家具的摆放、色彩的替换等，消费者是主导角色，定制设计师只是配合消费者设计[2]。

1.3 传统表现方式的不足

在计算机技术蓬勃发展的前提下，家具设计从手绘图纸发展成电脑软件绘图，Sketchup、Rhino等在完整性、准确性以及传播和储存等方面都比以前有了很大的进步，但是设计方案在表现形式上，依旧是通过平面图、立面图、剖面图等方式表达。为了更充分的表现出建筑装修设计方案的整体效果，建筑效果图、建筑模型和建筑动画等技术逐渐在建筑设计领域施展拳脚[3]。虽然在视觉上有了巨大的进步，但是人们最终的需求不局限于视觉感受，而是要在使用和交互中体验设计方案。在这方面，传统表现方式无法实现。在传统建筑装饰行业中，设计师与客户的沟通基本是通过图纸实现的。而作为非专业人士，客户很难把自己的想法抽象的表现在图纸上。此外，客户在看设计图纸的过程中，很可能会因为不具备专业知识，而导致不能对设计方案有更深入的理解。因此仅把图纸作为专业人士和非专业人士之间的沟通工具，沟通效率会大打折扣[4]。

2 增强现实技术初步解读

2.1 增强现实的价值[5]

如果说虚拟现实是用模拟环境完全取代了用户的现实环境，增强现实则是改变了人们对现实世界环境的持续感知。它用于改善自然环境或情况，并提供可感知的丰富体验。增强现实是将数字虚拟世界与人对现实世界的感知进行结合，不仅仅只是数据的简单显示，而是通过内外信息融合带来的沉浸感将其感知为现实的自然部分环境。在AR环境中，设计工作可以变得更加生动，方便和智能。AR技术可以作为室内设计的新型动画仿真工具，使用户可以通过HMD，视频显示器或PDA看到混合的AR场景。另外，设计工作和制造可以同时进行，还可以根据用户的需求来增加交互潜力。借助AR图形技术，虚拟产品不仅可用于仿真，而且还能获得更高的价值[6]。

2.2 增强现实工具

借助先进的AR技术（例如，添加计算机视觉，将AR摄像头集成到智能手机应用程序和对象识别中），用户周围真实世界的信息将变为交互式数字处理。AR系统的关键在于如何将扩增对象与实际环境结合，AR算法软件必须要从输入设备中的影像获取真实世界的座标，再将扩增对象叠合到座标上。为了能让增强现实更加容易开发，市面上已有许多软件开发工具包（SDK），例如 ARK it，ARCore，Unity等。

3 增强现实技术在定制家具领域的运用

3.1 增强现实在家具选购中的简单应用

2017年9月，宜家推出了一款基于AR技术的移动应用——IKEA Place。利用它，用户足不出户就可以看到宜家的家具摆在房间中是什么样的效果。应用会要求用户扫描一下当前房间的地板，当它准确识别到一块空旷的平面时，用户就可以点击屏幕底部的“+”挑选家具，并往房间里添加了。使用两个手指转动，可以控制家具的旋转；使用一根手指滑动可以控制家具远近摆放，操作起来非常简单顺畅。当挑选好合适的位置和角度后，点击屏幕底部的勾号，“家具就会砰地落下，同时屏幕上会扬起一圈“小灰尘”，宛如真有一条沙发躺椅落在了地板上”。

IKEA Place AR技术通过摄像头捕捉现实场景，智能分析地板或墙面等参照面并建立空间坐标，将设计好的三维家具模型画面与现实场景融合，消费者通过手机或者平板电脑即可在自己真实的居家环境里预览虚拟的家具放置效果。并可以在这个融合的场景中进行操作互动。这只是AR技术运用在家具销售领域的一个示范。

■图1 IKEA Place AR 技术通过摄像头捕捉现实场景

■图2 Home Design 3D软件界面

■图3 Live Home 3D软件界面

■图4 3D Warehouse模型库

3.2 使用增强现实工具进一步定制设计家具

Anuman公司出品的软件Home design 3D，是跨平台的家装设计软件，其中移动平台的版本提供了AR功能，用户的摄像头能够检测并计算现实空间的3D位置和方向，并将设计好的虚拟的家具放置在摄像头呈现的现实空间中。

同类软件还有Belight Software出品的Live Home 3D，除了前面提到的功能之外，还可以导入外部的3D模型。来源有两种，一是3D Warehouse平台，上面有不计其数的SketchUp家具模型；二是导入obj/fbx等通用模型文件，配合Sketchup等三维建模软件，可以设计任何造型的家具，具备无限可能。除了模型之外，还可以根据地理位置和光照估算，获取AR场景中正确的照明[7]。定制设计流程大致如下：首先在软件中根据实际尺寸画出房间的平面图，然后可自动生成三维虚拟空间。接下来，可以在模型库中选择家具类别，平台的家装设计软件，其中移动平台的版本提供了AR功能，用户的摄像头能够检测并计算现实空间的3D位置和方向，选择或导入虚拟的家具放置在摄像头呈现的现实空间中。这个过程并不复杂，稍有经验的设计师应该都能轻松掌握。设计师通过与客户进行沟通、调整和修改，直至达成共识后，可以将调整好尺寸的粗模导出，以其为基础进一步设计加工及制造[8]。

3.3 增强现实技术用于定制室内设计的优势

比起传统方式，使用AR技术辅助家具定制具有以下优势：

a.交流更加方便。随着室内设计行业的发展，分工越来越细致，项目经理、设计师、施工人员以及客户各自负责不同的工作，难免会出现交流和沟通的问题。虽然传统的效果图一定程度上能够传达设计师的想法，但限于表现形式，无法做到足够准确和全面，并且还存在着一定的误差。在前期，设计师与客户进行沟通交流的阶段，AR技术能让双方更直观地交流想法，避免误会；在中期，AR技术同样可以使得施工方更有效，避免了潜在可能的错误及其导致的重复施工。

b.能有效提升设计效率。利用AR技术，设计师在建筑室内设计方面可以及时的进行多方面的模拟，这可以大大缩短设计验证周期。既节约了时间，又节省了精力，增强现实技术是企业的有效助手。

c.设备成本低。AR技术的影像依托现实环境，并与虚拟内容进行融合。实现这些只需要相关应用软件外加一块屏幕。人们常用的智能手机、平板电脑等设备在下载对应的软件后，都可以作为设计和展示的终端设备。除此之外，对于想尝试自己定制设计的客户，AR技术能够在他们作出决定前提供更直观的视觉参考和更良好的体验。在家装AR系统里，消费者不仅可以用手机控制选取家居场景搭配，还可以对家私的颜色、材质、样式进行自由的搭配，搭建属于自己的家装场景，让人人成为家居设计师。另外消费者还可以将自己的定制家装效果图分享到朋友圈，让更多的人筹谋划策[9-10]。

4 结语

家具定制设计是一个复杂的系统工程，既需要计算房间以及各类家具的尺寸大小，还要考虑材料选择、颜色搭配等各种因素。在增强现实工具的帮助下，用户可以化被动为主动，摆脱以往只能在脑海想象的限制，使得用户可以在设计阶段就预先看到家具的实际布置效果，让他们在作出选择前可以根据自己喜好轻松地选择和搭配家具与装潢。AR技术通过拍摄现实场景以及虚拟家具的投射，轻松实现了720°无死角的全屋家具定制设计，三维模型和现实场景结合起来后，让眼前的场景感觉更加逼真，体验感更强，同时更具有实际价值。