VR/AR室内云的设计与应用

陈小连

(泉州信息工程学院 创意设计学院视觉传达设计系，福建 泉州 362000)

近年来，随着建筑行业的快速发展，逐渐由传统发展方式转变到了互联网与装饰结合的新模式，推进了室内装饰行业智能化发展。对于建筑设计师来说，室内设计渲染效果的好坏非常重要，渲染效果较理想，能够使客户明确室内设计的效果，确定设计方案[1]。但是，目前室内设计软件操作难度较大，渲染时间较长，且室内设计的风格越来越多，家具变化也越来越多。设计师在采用传统软件进行室内设计时，会导致设计方案与客户所需设计方案脱节，设计效果千篇一律[2]。为此相关领域研究人员进行了相应的研究。

文献[3]提出通过适老建筑室内色彩环境的设计，引入虚拟现实技术，在进行室内色彩设计时模拟真实场景，将室内空间建构和相应色彩进行可视化呈现，完成室内色彩设计。该方法将虚拟现实技术引入，将适老建筑室内色彩进行场景模拟，实现了个性化的室内设计，但该方法构建虚拟场景时的技术研究存在局限性，虽然完成了个性化设计，但仅考虑色彩的设计，局限性较大。文献[4]提出结合虚拟现实技术进行室内装修技术。该技术首先介绍了室内设计互动分析的主要内容和其特质，然后分析了该方法运用到住宅内的可行性，最后提出加强该技术在室内设计中的运用措施。该方法只是一个理论层面的探讨，并没有实际的操作。

基于上述问题的存在，设计一种基于VR/AR技术的室内云软件。VR/AR技术是时下备受关注的新技术，通过虚拟图像给用户带来逼真体验。VR技术与AR技术是两种不同显示技术。本文将VR技术与AR技术应用在室内云软件设计中，改善室内设计效果。实验结果表明，设计的基于VR/AR技术的室内云软件模拟室内设计的场景效果较佳，能够满足用户的需求。

1 VR/AR技术发展现状

目前，VR技术已经广泛应用到室内设计、房产开发、文物古迹修复、旅游行业和教育事业等多个领域中。其中，在建筑设计领域中应用最多。该技术具有其他建筑技术没有的操作特点和优势，如建筑环境、空间体验等，能够避免因建筑实际施工后与用户预期不符造成的返工现象，在减少设计成本的基础上提高施工效率[5]。

VR是一种可在虚拟场景中感受实际体验的计算机系统。该系统通过计算机技术创建视、听、触的感官世界，通过交互设备体验虚拟中的真实感。

AR技术是一种新生图形显示技术，该技术能够通过捕捉现实场景，将已经设计的贴图与实际场景融合，使体验者能够在虚拟场景中体验室内设计后的效果。该技术已在医疗、图书、手机等领域广泛应用，发展趋势较好。

将VR/AR技术应用到室内设计中，实现室内装饰设计的真实感，满足客户需求。

2 VR/AR技术在室内设计领域应用

通过VR技术能够模拟整个室内虚拟场景，使用户能够直观感受到设计的真实环境效果，方便室内环境布置和调整。其中，包含立体声合成与立体显示技术。VR技术能够模拟人在正常生活环境中听觉特点，使室内设计中听觉效果与实际情况无明显差距。同时，可以使建筑室内设计中通过应用触觉反馈技术，提高用户与室内环境的交互性，带给客户真实的室内环境体验。

AR技术在室内设计中，主要是提供新鲜事物供人们体验，其中，有较多制备完毕的家具、电器、陈设品供设计师和用户调用[6]，能够实时预览家具模型，并能够通过显示器将虚拟家具放置到家中。用户通过AR技术能够看到室内中的沙发、茶几、电视等设备摆放位置，实际沉浸到室内环境[7]中。同时，设计师能够运用AR技术中已有的模型布置场景，创作出属于自己的AR作品。

3 基于VR/AR技术的室内云软件设计

3.1 室内设计云软件功能设计

在设计基于VR/AR技术的室内设计云软件之前，确定室内设计云的设计需求[8]。针对设计师需求，提高室内设计渲染速度，针对用户来说，增加室内设计的交互性，实时查看设计效果，并对电脑渲染设计结果与实际设计效果进行对比。为满足不同群体的设计需求，结合艺术手段优化软件界面，将技术与艺术相结合，设计该软件的功能如下。

(1)创建上帝模式，可以在任意空间建造、编辑模型，对模型进行旋转、移动、缩放等基本操作可以从任意角度观察建筑设计效果。

(2)AR扫描分享，访客可进入分享者设计的云空间。

(3)第三方分享接入以及第三方用户登录。

(4)用户可通过录制视频分享室内设计成果。

3.2 基于VR/AR技术的室内设计云软件框架

基于VR/AR技术的室内设计云软件框架如图1所示。

图1 基于VR/AR技术的室内设计云软件框架

在用户启动该软件后，进入到软件主界面，用户可根据自身需要点击菜单，调用软件中相应响应函数，以满足自身的功能需要。

基于VR/AR技术的室内设计云软件中主要包括三类对象：空间对象[9]、物品对象以及场景对象。空间对象中主要包含灯、墙、过道以及柱子等，且包含材质与纹理等，这些对象供用户与设计者改变空间对象属性；物品对象主要包含门、窗、家具等，用户与设计师可随意改变并且能够从数据库中做出相应选择。这些设计对象通过软件中对象管理模块进行管理，其结构如图2所示。

图2 面向对象的数据结构

该软件建立的虚拟室内环境中，可实现用户交互式漫游，包含以下内容。

第一，用户接口模块接受用户请求，根据实际需求展示室内设计三维空间[10]。

第二，场景管理模块创建管理三维空间。

第三，对象管理模块接收用户请求信息，接收或返回重建信息。

第四，通过网络结构实现室外通信。

3.3 室内设计云软件登录界面优化

在上述功能设计基础上，需要对室内设计云软件的登录界面进行优化设计。登录界面的设计不仅仅是进行艺术设计，还需要根据软件的功能进行设计与优化。对登录界面的色彩进行选择，搭配合理颜色。设计的软件登录界面颜色是使用者对软件的第一视觉感知，设计的登录界面以白色和蓝色为主色调。根据软件功能，设计个性化登录界面中所需的功能按钮。本文将此登录界面设计为简单的云平台界面，让使用者一目了然，方便快捷实现登录。软件登录界面设计如图3所示。

图3 VR/AR技术室内设计云软件登录界面

软件的菜单以及功能设计如表1所示。

表1 软件菜单以及功能简介

3.4 室内云软件功能实现

结合VR技术与AR技术，将这两种技术作为室内云软件中数据的管理平台，并通过虚拟现实与室内景观信息之间的交流，分析设计室内景观，将需要设计的景观位置反映到VR技术与AR技术中，结合过程如图4所示。

图4 VR技术与AR技术结合图

在室内云软件中场景搭建中，首先导入待设计资源，对室内景观全景图进行重建[11-12]，以人眼观测的有效视角进行全角度拍摄。在建筑信息数字化生成过程中，通过空间坐标将室内区域划分，采用固定矩阵中的行列号表示室内各景观的地理空间位置。

在室内场景图重建过程中，地形模型和重建全景图中存在两个变量，此时，

H(t,s)=A[a0+a1+a2+a3+…+an]

(1)

式中，a0、a1、…an分别代表重建参数，H(t,s)代表重建全景图坐标。

在此基础上，建立室内设计模型，对地形进行编辑，将室内云软件中的三维表面的参数表达为：

(2)

式中，i、j分别代表参数变量，x、y、z代表室内云软件中建筑坐标位置。

采用数字高程模型表述三维向量的有限序列，表达式为：

M=(Xu,Yu,Zu),u=1,2,…,n

(3)

式中，Xu、Yu、Zu代表三维平面坐标，M代表模型的高程值参数。

基于上述分析，完成室内云软件的设计，软件总体流程如5图所示。

《孙子·谋攻篇》中说：“知己知彼，百战不殆。”何谓“知己”？对自身条件的严格审查和分析，才能知道自己的优势何在，以此进行谋略和战术安排。何谓“知彼”？知彼即对对方的力量进行深入的了解，以做到避强击弱，采取不同的应战方案。这是兵法中最光辉的军事思想，提倡的谋略是建立在了解双方力量的基础上的。这样的智慧，同样适用于语文高考备考。此处之“己”我理解为学生，“彼”为高考大纲、高考真题等。

图5 室内云软件总体流程图

使用该软件构建室内场景的渲染速度、比例、质量等较好，在对所有场景渲染完成后，即可生成全景漫游。利用本文设计的云软件，用户可根据自身需要从数据库中选择贴图，可以随意调动场景中的物品位置，以完成室内设计。

4 实验分析

为保证设计的基于VR/AR技术的室内云软件的实际应用效果，进行仿真实验分析，并将此次设计的软件与传统软件对比。

4.1 实验环境

以某居民居住建筑作为实验对象，对屋中冰箱、床、洗衣机、电视机与热水器五种设备进行室内设计。实验环境如图6所示。

图6 实验环境图

4.2 实验参数

实验参数如表2和表3所示。

表2 实验参数

表3 实验物品位置参数

表中，X、Y、Z分别代表室内景观位置指数分量。在实验前，询问用户在屋中放置家具的实际位置，将想要放置的位置通过软件进行设计，对比三种软件家具位置摆放误差。

4.3 实验结果分析

将本文设计软件、建筑室内色彩环境的设计方法以及结合虚拟现实技术的室内装修技术进行室内设计的误差对比。实验结果如图7所示。

图7 不同软件室内设计误差对比

分析图7可知，传统室内设计方法在室内设计中，室内家具实际摆放位置相差较大，说明传统室内云软件在室内设计效果差，不能满足设计需求。而本文设计的基于VR/AR室内云软件在进行室内设计时，将室内家具摆放在适合的位置，摆放误差较小，能够满足用户需求，验证了此次设计的室内云软件比传统软件摆放误差小，设计结果能够满足室内云软件的设计需求。

为了进一步验证所设计的软件能够有效实现室内设计，实验对比了三种方法进行室内模拟的耗时，实验结果如表4所示。

表4 不同方法室内设计模拟耗时对比(min)

分析表4中数据可以看出，在进行室内环境模拟时，三种方法进行模拟的耗时存在一定差距。其中，所设计方法耗时均在2.5min以下，而传统方法远高于设计的方法，验证了所设计的软件可以有效实现室内环境设计。

结语

此次设计的基于VR/AR室内云软件，在制作过程中对用户是透明的，操作简易，用户上手简单，并且渲染速度快，能够满足互联网视野下室内云软件的设计需求。但此次设计的软件存在一个缺点，对于网络环境依赖性较大，因此，在后续的研究中，将把研究重点放到这一部分。希望此次设计的基于VR/AR室内云软件能够在建筑设计领域提供一定的帮助，推动建筑行业的发展以及提高用户的满意度。