基于虚拟现实技术的室内设计研究＊

吴紫娟 汪 华 钟强强

（台州科技职业学院，浙江 台州 31 8020）

引言

室内设计关乎者每一个人的居住体验，但是室内设计又具备非常高的专业门槛，同时对于设计师个人的理念以及素养也有较高的要求，同时每一个人对于美的认识又是不同的，所以设计师与顾客直接的对接过程往往比较复杂。目前市场上的装修设计公司其产品的开发过程基本都是先初步了解顾客的意图，再由设计师出图并绘制渲染图，然后将该结果交于顾客并进一步地探讨装修。但是很多时候顾客本身并不具备设计的基础，无法在大脑中很好地将平面的图纸转变为三维空间的设计布置，同时言语所能表达清楚的需求也非常有限，所以设计稿的确定往往是反反复复不断地对接与修改，甚至推翻重来，大大地增加了室内设计过程的时间成本与人工成本。

2021年元宇宙的概念不断地影响各行各业，5G时代虚拟现实技术的应用将会带来许多领域的技术变革，将虚拟现实技术融入室内设计过程，建构沉浸式虚拟现实室内设计系统，将会引领室内设计行业的革新[1]。

一、沉浸式虚拟现实室内设计系统的优势

沉浸式虚拟现实室内设计系统可以让室内设计的需求与供应更加的明确，让设计服务过程的有效性大大提升，具体在以下方面得以体现。

第一，具有丰富的沉浸式VR室内设计场景案例。由于大部分顾客并没有室内设计的相关知识，所以其需求表示往往也并不清晰明确。通常设计师以设计图、照片或者视频的方式去展示以往的场景案例，然后以平面方式呈现的内容无法引起顾客的共鸣，所以沉浸式VR室内设计的场景案例可以让顾客置身其中，清晰地感受到虚拟场景中物体摆放的空间位置、颜色以及光影效果等，从而更好地为顾客提供参考的信息，为后续的设计明确需求。

第二，具有丰富的常用家具的模型。如今客户更加愿意在室内设计时体现个性化的内容，所以他们在接受室内设计服务时，通常不会直接完整地应用已有的设计案例，而是会在此基础上按照他们的想法进行修改与优化，因此，丰富的常用家具模型可以为顾客提供更多的搭配选择。

第三，创建了一个可以高自由度的沉浸式虚拟室内设计环境。该系统的建立是为了给用户提供一个能进行自主室内设计的沉浸式虚拟环境，将平面的设计图纸编程立体的三维空间来呈现，更加贴近真实场景，从而有效地解决设计师与顾客之间的沟通问题。

二、沉浸式虚拟现实室内设计系统的设计

沉浸式虚拟室内设计系统的开发主要可以分为两部分，即模型的建立以及交互功能的设计。模型的建立主要分为建模、渲染以及最终整合三个环节：建模以3ds Max和UG为主；渲染过程主要以3ds Max为主，也可使用犀牛等软件；最终的整合过程在Unity中进行，为后续交互功能的实现做好准备。该系统中的交互功能主要包括漫游和场景的设计布置两部分，其开发主要基于Unity平台，通过C#语言编写相应的程序，具体建构思路如下（如图1所示）。

图1 沉浸式虚拟室内设计系统的开发流程

1．建模与交互

高自由度的沉浸式虚拟室内设计环境场景及交互功能的设计。建模过程中，沉浸式虚拟家装环境场景可以用3ds Max建模后导入Unity，因为此时的场景未经装饰，所以只需创建基础场景，创建时可以参考常见的商品用房户型图，按户型图上的尺寸创建好地面、墙壁、天花板、窗户等。工业产品类的模型可以选择UG进行创建，但工业CAD软件的渲染功能通常并不强大，并且此类软件所创建的模型通常无法直接导入Unity，所以可以采用3ds Max软件对相应的模型进行渲染、创建动画以及转换成能较好兼容于Unity的FBX格式，然后将FBX格式的各类模型导入Unity。其余各种造型的家具则可直接用3ds Max进行建模与渲染。

场景创建完成后便是核心环节——交互功能的设计，用户高自由度地自主进行室内设计主要依靠良好的交互功能来实现。因此，前期需要对交互功能的实现逻辑进行充分的讨论。例如，对窗户模型、墙壁以及吊顶模型等的更换方式进行讨论。本项目中的交互功能主要分为场景漫游和场景的设计布置两个方面。

场景漫游可以通过Unity中Standard Assets下Characters中的FirstPersonCharacter预制功能来实现，该功能可以实现行走速度、步长以及声音等的设置，进入Game场景后使用者便可通过键盘上的W、A、S、D来控制人物的行走，Space控制人物的跳跃（如图2所示）。

图2 FirstPersonCharacter及其参数设置界面

其中场景漫游碰撞过程作为抓取过程中的触发条件之一，其次创建一个空的GameObject，并在其上添加用以实现抓取的名为Drag的C#脚本组件，然后编写Drag脚本组件时以面作为参考创建Planelayer层，同时新建模型层并将其归入Draglayer层。其中，Drag脚本的基本逻辑为：当在模型上发生碰撞时模型的position变为抓取主体（例如鼠标光标）位置的值，当抓取主体松开模型时，模型的position变为抓取主体松开时位置的值，从而实现模型的抓取与放置，实现自主地沉浸式室内设计。（如图3所示）。

图3 Drag脚本的基本逻辑

2．模型资源库建设

用户于沉浸式虚拟环境中进行自主的室内设计必须依靠丰富的家具、物品素材库，因此，资源库的建设是沉浸式虚拟室内设计系统建设的基础。为了给用户使用时提供更多、更方便的选择，所以资源库建设时需要进行分类以及导航，可以按照模型的类别分类，例如家具、软装、电器等，还可以按照风格类型进行分类，例如极简风、北欧风、复古风、中国风等。

3．案例库的建设

对已完成的室内设计方案进行收集与整合。收集的对象包括自主的设计方案，以及向其他设计公司购买的已使用的设计方案，并基于这些设计方案建设VR场景，当案例库越来越丰富时，也需要对其中的案例进行分类与导航。

总结

第一，虚拟现实技术在室内设计中的应用可以将平面的信息三维立体地在虚拟环境中呈现，让设计师与顾客之间的交流变得更为有效，提升室内设计的服务品质与效率。

第二，模型资源库的建设可以将创建的模型系统化，可以为沉浸式虚拟室内设计系统的交互功能提供素材基础，便于用户在系统中自主、直观地进行室内设计。

第三，案例库的建设可以为不具备室内设计相关知识的顾客提供设计的参考，同时结合资源库以及交互功能，实现以案例为基础的个性化设计和优化设计。