AR技術在室內設計專業中的應用

謝青伶+羅旭

一、AR技術簡介

AR（Augmented Reality）技術被稱為增強現實技術，它是將眼前真實空間的圖象與虛擬的圖象疊加顯示。AR技術突破時空的限制，將圖像、音頻和視頻以及觸覺感知等數字信息或者計算機生成的信息實時地融合到真實環境里。與虛擬現實不同，增強現實可以讓用戶看到一個添加了虛擬物體的真實世界。這項技術致力于將計算機生成的物體疊加到現實景物上。它通過多種設備，如與計算機相連接的光學透視式頭盔顯示器，或配有各種成像原件的眼鏡等，讓虛擬物體能夠疊加到真實場景上，以便使它們一起出現在使用者的視場中。同時使用者可以通過各種方式來與虛擬物體進行交互。

增強現實有三個特點：

（1）把真實場景信息與虛擬信息相結合；

（2）可以實時地進行人機交互；

（3）用于三維環境中。

增強現實系統的組成：

硬件

（4）計算機，如PC機或者移動設備；

（5）顯示器或者顯示屏；

（6）攝像機；

（7）跟蹤與傳感系統，如GPS、羅盤、加速度計等

（8）計算機網絡；

（9）標識物。

軟件：

（1）本地運行的應用軟件或程序；

（2）網絡服務；

（3）內容服務器。

二、增強現實技術的發展

1968年，Ivan Sutherland創建了使用光學透視式頭盔顯示器的“達摩克利斯之劍”，是第一個已知的增強現實系統，并且首次使用六自由度跟蹤器。1992年，Tom Caudell和David Mizell為波音公司計算機服務部的自適應神經系統研究與開發項目設計的一款軟件，可以為波音公司制造部門設計鋪設電纜的位置上疊加顯示增強信息以幫助工作人員更好的處理工作任務。1996年，Jun Rekimoto 開發了NaviCam增強現實原型系統，改進了二維矩陣標識物的設計思想，使得攝像機能更好的跟蹤真實環境物體，這一技術至今仍在使用。1999年，Hirokazu Kato在開源社區發布了ARToolKit軟件包，這個軟件包可以把虛擬物體融合進真實場景視頻，使增強現實技術能夠在網絡瀏覽器上使用，讓這一技術朝平民化普及。2000年，Bruce Thomas等制作了一款增強現實版本的流行游戲Quake，這款游戲集成了六自由度跟蹤系統、GPS、數字羅盤和基于視覺的標識物跟蹤技術。

增強現實的用途非常廣泛，可以被用在游戲、娛樂、體育、設計、教育、維護、醫學、商業、公共服務、軍事等各個方面。

在室內設計領域，增強現實技術可以更好的幫助工程項目各團隊進行方案的交流與理解。

三、室內設計專業工作流程

室內設計（Interior Design）也被稱為室內建筑設計，我國民間俗稱裝修。是對建筑內部空間進行二次開發使之滿足該空間特定使用者的功能與審美需求。室內設計的流程一般為 ：1.項目需求解讀、2.社會調研資料收集、3.方案設計（明確問題、發展方案、評價方案、交流方案、確定方案）、4.施工、5.驗收評估，五個階段。在這五個階段中，前三個階段是設計師工作的主要環節。在工作過程中，設計師主要利用圖解思考的方式來設計、優化方案。表達方式有手繪草圖、電腦繪制工程圖、電腦繪制效果圖（虛擬場景）、真實模型等。

四、AR技術在室內設計中的應用

AR技術輔助增強室內設計可以表現在以下幾個工作環節：

一、現場數據收集階段：當設計師接到任務后，要對原空間及環境進行數據采集，可以使用平板電腦或者智能手機等數字終端設備記錄現場數據信息。這個過程看似方便，但是在現場真實操作卻比較麻煩，效率低下費時費力，測量與記錄不同步。測量一個數據后，圖片存儲、導入、編輯、再導出需要一段時間才能進入下一個數據的測量。因此，實操時還是采用傳統紙筆記畫的方式要簡便快捷。借助AR技術，可以將當前用數碼設備拍照存儲的過程優化，利用攝像頭實時攝取畫面，應用交互技術在畫面上結構處觸屏標識出尺寸名稱等信息，再以截屏或其他方式即時存儲。這個操作方式比當前的方法快捷很多，能將測量與記錄無縫結合。相比紙筆記錄下速度更快，并且可以記錄很多不方便紙面操作的細節信息。

二、方案表現階段：方案的設計通過各種圖紙表現，設計師的交流通過設計圖紙，但是設計師與甲方的交流就需要更直接的效果圖來展示方案。目前使用3Dsmax等軟件進行虛擬室內空間環境，不管是在屏幕上還是在紙張上，這種表現都是靜態的游離在真實環境之外的。如果引入AR技術，則可以將設計方案與現場空間環境融合來表現方案，使方案的表現能夠感知周圍環境，帶來更好的現場感、真實感和空間感，是即時、動態交互，非靜態的。能更科學的幫助確定方案。即使在“紙上談兵”時也可以通過智能終端對著平面圖紙掃描讓屏幕上平面圖的位置出現該設計方案的三維模型，用戶觀察評估方案就更直觀、理解圖紙更容易。

三、施工階段：工人通過閱讀施工圖與效果圖來形成施工的認識。設計師到工地現場與工人交底。將施工圖紙上工人不理解的地方進行溝通解釋，把設計概念與思路告訴工人。工人領會設計師意圖后就會輕松的完成圖紙工藝，若有與圖紙不符的情況，工人可以根據自己的經驗給設計師提供更好的參考意見。如果利用AR技術，工人通過手機對施工節點進行定位，手機屏幕作為交互界面會給出該節點的立體虛擬仿真圖像，并且與現場結合，工人會更容易理解節點等其他部分的工藝材料設計特點，施工起來就能做到胸有成竹。

增強現實技術現在雖然在很多領域開始應用，但仍是一項發展中的技術，從硬件到軟件都還有些不成熟的技術等待去完善，但是由于該技術應用相比沉浸式的虛擬現實來說，它簡便靈活、與真實環境能完美接合的特點讓它具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[2]鄭毅譯，郭培芝審校，（美）基珀，（美）蘭博拉著.增強現實技術導論[M].國防工業出版社，2014.8

[3]鄭曙旸.室內設計程序[M]中國建筑工業出版社，2011.12