基于虛擬現(xiàn)實(shí)的室內(nèi)空間表現(xiàn)研究

陳海軍

摘要：室內(nèi)空間的表現(xiàn)形式多樣，從傳統(tǒng)的手工繪制、實(shí)體模型表現(xiàn)，到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的二維圖片，再到虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)，由二維到三維到四維再到多維，從業(yè)者一直在探索，一直在創(chuàng)新。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)是行業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。VR室內(nèi)空間表現(xiàn)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)交流工具。它以視覺形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，把空間變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，用戶沉浸其中，使以往傳統(tǒng)表現(xiàn)模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，提升了用戶的體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);VR;室內(nèi)空間表現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TP3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）36-0129-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

B20峰會(huì)上，建設(shè)創(chuàng)新型世界經(jīng)濟(jì)，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢(shì)待發(fā)，人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)日新月異，虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合將給人們的生產(chǎn)方式和生活方式帶來(lái)革命性變化。“十三五”規(guī)劃也明確把虛擬現(xiàn)實(shí)作為戰(zhàn)略性前沿技術(shù)而進(jìn)行基礎(chǔ)研發(fā)與提前布局。這幾年虛擬現(xiàn)實(shí)取得初步發(fā)展，可以說是我國(guó)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)室內(nèi)空間表現(xiàn)技術(shù)

“虛擬現(xiàn)實(shí)”英文“Virtual Reality”，簡(jiǎn)稱“VR”，是數(shù)字科技發(fā)展的產(chǎn)物，并伴隨著數(shù)字科技進(jìn)步不斷發(fā)展創(chuàng)新，自VR技術(shù)出現(xiàn)到現(xiàn)在，逐漸向各行各業(yè)積極拓展延伸，涉及軍事、設(shè)計(jì)、娛樂、教育、醫(yī)療、地產(chǎn)等，藝術(shù)設(shè)計(jì)也在積極探索與虛擬現(xiàn)實(shí)的融合。

室內(nèi)空間的表現(xiàn)形式多樣，虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)為室內(nèi)空間的表現(xiàn)提供技術(shù)支持與物質(zhì)保障。其原理是基于一個(gè)或者多個(gè)信息處理實(shí)時(shí)圖像圖形的三維軟件，創(chuàng)建幾何模型，對(duì)其著色、材質(zhì)、陰影、渲染等，以視覺表現(xiàn)的方式來(lái)展示設(shè)計(jì)者的思路，并同時(shí)利用第三方硬件（如計(jì)算機(jī)、VR眼鏡、數(shù)據(jù)頭盔、VR手柄等）或平臺(tái)與觀者進(jìn)行交互體驗(yàn)。例如室內(nèi)空間裝修之前的工作，首先要做的是設(shè)計(jì)師根據(jù)自己的設(shè)計(jì)理念，對(duì)空間的結(jié)構(gòu)、風(fēng)格、規(guī)劃等仔細(xì)構(gòu)想，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建身臨其境的空間環(huán)境、而觀者能沉浸其中，看到表現(xiàn)效果、體會(huì)設(shè)計(jì)師理念，動(dòng)手操作互動(dòng)，從而構(gòu)建自然和諧、人機(jī)交互的環(huán)境。

2 室內(nèi)空間表現(xiàn)發(fā)展歷程

室內(nèi)空間的表現(xiàn)形式多樣，從傳統(tǒng)的手工繪制、實(shí)體模型表現(xiàn)，到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的二維圖片，再到虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)，由二維到三維到四維再到多維，從業(yè)者一直在探索，一直在創(chuàng)新。

（1）傳統(tǒng)手工繪制形式

在計(jì)算機(jī)技術(shù)沒有普及之前，一直是以手工繪制的形式來(lái)表現(xiàn)室內(nèi)空間設(shè)計(jì)，其以徒手為基礎(chǔ)，以各繪圖工具為媒介，把設(shè)計(jì)師所思所想記錄下來(lái)，可以說是一種最為純凈與自然的表現(xiàn)形式。設(shè)計(jì)師思維最直觀的體現(xiàn)方式，是由思維轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)，由手工繪制推動(dòng)和深化的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)師需具備成熟的技巧和方法。形象的刻畫、環(huán)境的塑造、材質(zhì)的賦予等設(shè)計(jì)語(yǔ)言，都需要成熟豐富的技巧來(lái)組織，以達(dá)到與思維的高度統(tǒng)一。這種表現(xiàn)方式自然純凈、豐富自由，但相對(duì)而言，門檻較高，耗時(shí)較多。

（2）實(shí)體模型表現(xiàn)形式

在用圖紙表達(dá)室內(nèi)設(shè)計(jì)空間的時(shí)候，雖然二維圖紙能表達(dá)三維空間效果，但設(shè)計(jì)理念和想法往往不能通過圖紙的方式完全表達(dá)出來(lái)。實(shí)體模型則以其最直觀的形象使設(shè)計(jì)想法最接近實(shí)際。在初期，概念型、草圖型實(shí)體模型可以讓作者推敲室內(nèi)空間結(jié)構(gòu)、色彩、采光等實(shí)際問題，從而推進(jìn)設(shè)計(jì)過程，探求更理想的方案，甚至可以指導(dǎo)實(shí)際施工。在終期，展示型、商業(yè)型實(shí)體模型模擬非常高，展示最真實(shí)的效果，呈現(xiàn)給觀者的是最真實(shí)的體驗(yàn)。

（3）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)表現(xiàn)形式

計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，給設(shè)計(jì)界帶來(lái)翻天覆地的影響，也給室內(nèi)空間的表現(xiàn)帶來(lái)巨大的變化。隨著電腦硬件和軟件的不斷完善，設(shè)計(jì)者徹底從手工繪制的工作中解放出來(lái)，各種功能齊全的設(shè)計(jì)軟件如3DSMAX、CAD、PHOTOSHOP等，通過各種指令，就能極快地完成工作;同時(shí)，由于其可逆性，極大地縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了工作效率，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源的共享，更豐富了室內(nèi)空間的表現(xiàn)手法，拓寬了設(shè)計(jì)思維。但有利也有弊，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在室內(nèi)空間表現(xiàn)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，素材資源的共享，促使設(shè)計(jì)師產(chǎn)生依賴心理，表現(xiàn)作品缺乏個(gè)性，忽視了藝術(shù)修養(yǎng)的培養(yǎng)。

（4）虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)形式

計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定的高度，虛擬現(xiàn)實(shí)開始應(yīng)用于室內(nèi)空間表現(xiàn)領(lǐng)域。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的初期，受硬件和軟件的限制，室內(nèi)空間表現(xiàn)大多以圖片的傳媒方式來(lái)表達(dá)，這種二維方式的表達(dá)有很大的局限性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)并運(yùn)用以后，其可帶領(lǐng)觀者走進(jìn)虛擬的多維空間，沉浸在其中，仿佛感知真實(shí)空間;可以與空間的物體接觸，改變物體的位置，與空間互動(dòng);還可以在視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)、時(shí)間等多個(gè)維度感知空間，其是行業(yè)最近需要探知的方向。

3 VR室內(nèi)空間表現(xiàn)的特征

（1）逼真感

VR室內(nèi)空間表現(xiàn)的場(chǎng)景、模型及情感設(shè)計(jì)都是根據(jù)真實(shí)世界來(lái)虛擬，無(wú)論是VR圖形技術(shù)，還是VR圖像技術(shù)，都可以營(yíng)造觀者感知的真實(shí)環(huán)境和事物。VR室內(nèi)空間表現(xiàn)的界面、顏色、家具與現(xiàn)實(shí)空間所不同的是一個(gè)是感知上的逼真，一個(gè)是現(xiàn)實(shí)中的逼真。

（2）沉浸感

VR室內(nèi)空間表現(xiàn)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬產(chǎn)生三維的虛擬空間，觀者沉浸這個(gè)虛擬空間里，可以去任何地方，感知這個(gè)空間，觸摸這個(gè)空間，讓用戶有身臨其境般的體驗(yàn)。觀者的感知系統(tǒng)感知虛擬空間帶來(lái)的刺激、驚喜，并產(chǎn)生情感與思維上的共鳴。

（3）交互性

當(dāng)VR室內(nèi)空間表現(xiàn)通過相應(yīng)的技術(shù)讓場(chǎng)景環(huán)境、事物可操作的時(shí)候，觀者就可以和虛擬空間產(chǎn)生相互的作用。例如：把場(chǎng)景中的家具改變位置，界面改變?cè)煨停锛淖冾伾蜷_場(chǎng)景中的門窗、電視機(jī)、水龍頭，和場(chǎng)景中的VR空間管家對(duì)話等。這種用戶對(duì)虛擬空間中的事物發(fā)出操作指令和虛擬空間產(chǎn)生的反饋所產(chǎn)生的相互作用是傳統(tǒng)室內(nèi)空間表現(xiàn)不能比擬的。

（4）自主性

如果把VR虛擬空間表現(xiàn)當(dāng)成一個(gè)故事的話，設(shè)計(jì)師不再是唯一的主角了，用戶也不再是單純的觀眾了。VR空間表現(xiàn)可以對(duì)各設(shè)計(jì)元素如不同風(fēng)格的裝飾，不同家具造型的動(dòng)態(tài)對(duì)比，顏色的編輯，材質(zhì)的修改等進(jìn)行有效存儲(chǔ)，用戶在虛擬空間中可以自己DIY，做設(shè)計(jì)故事的主角，改變地板的材質(zhì)，換一換墻壁的顏色，搭配一套自己喜歡的家具，這種虛擬空間表現(xiàn)的樂趣性不言而喻。

4 VR室內(nèi)空間表現(xiàn)的主要技術(shù)要點(diǎn)與過程

VR室內(nèi)空間表現(xiàn)的目的是要實(shí)現(xiàn)可視化，實(shí)現(xiàn)與用戶之間的溝通。為了生成這種特殊的環(huán)境，需要多種技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)VR室內(nèi)空間的整體及細(xì)微的效果表達(dá)，讓用戶產(chǎn)生置身真實(shí)空間的感覺。

4.1 主要技術(shù)要點(diǎn)

（1）虛擬的空間場(chǎng)景建模技術(shù)

在虛擬室內(nèi)空間中，建模技術(shù)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，利用3D SMAX、MAYA等專業(yè)軟件創(chuàng)建建筑、家具、人物、植物、各裝飾構(gòu)件等模塊，同時(shí)注意模型的優(yōu)化，然后在這基礎(chǔ)上進(jìn)行觸感反饋、立體視覺顯示、交互等技術(shù)，營(yíng)造出一個(gè)室內(nèi)空間整體環(huán)境。

（2）立體視覺顯示技術(shù)

立體視覺顯示方式很多，如裸眼3D顯示、全息投影3D顯示、眼鏡3D顯示等。VR室內(nèi)空間表現(xiàn)現(xiàn)在比較常用的是利用基礎(chǔ)建模形成虛擬圖形輸入模塊，利用UE4虛擬平臺(tái)處理圖形輸入模塊，然后形成立體視覺顯示輸出模塊，最后，在計(jì)算機(jī)、VR眼鏡等專業(yè)設(shè)備上就可以看到非常真實(shí)的虛擬空間。

（3）實(shí)時(shí)反饋交互技術(shù)

虛擬的空間要想實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)空間相同的感受，僅僅靠立體視覺顯示不能達(dá)到與現(xiàn)實(shí)空間真實(shí)感的目的，用戶不能被動(dòng)地接受，更應(yīng)該主動(dòng)地感受，應(yīng)加入實(shí)時(shí)反饋交互技術(shù)，讓虛擬空間更具備真實(shí)感。如：在虛擬的室內(nèi)空間當(dāng)中，用手一推，窗戶打開，同時(shí)可能還有微風(fēng)吹過;按下電視機(jī)的遙控按鈕，電視播放節(jié)目等，這種實(shí)時(shí)的反饋更能讓用戶身臨其境。

（4）虛擬空間聲音合成技術(shù)

VR室內(nèi)空間當(dāng)中，視覺不是唯一，聽覺也可作為重要的反饋輔助，在虛擬室內(nèi)空間適當(dāng)加入合適的音效、音樂，構(gòu)建帶有層次的聲音特效，合成環(huán)繞立體聲，提升用戶的沉浸體驗(yàn)。

4.2 實(shí)施過程

（1）前期的規(guī)劃構(gòu)思

古人云：“先謀，后事者昌”。前期對(duì)室內(nèi)空間的規(guī)劃與構(gòu)思在VR室內(nèi)空間表現(xiàn)中處于首要地位，對(duì)具體的空間設(shè)計(jì)圖紙和空間場(chǎng)景做大致的規(guī)劃和構(gòu)想，并對(duì)虛擬空間場(chǎng)景的建模和各個(gè)模塊的功能做出構(gòu)思。收集空間設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，對(duì)空間戶型進(jìn)行調(diào)研與分析，對(duì)方案進(jìn)行整體的構(gòu)思并確定空間規(guī)劃方案。完成CAD制圖進(jìn)行彩色平面圖制作。

（2）創(chuàng)建室內(nèi)空間模型

當(dāng)前期的規(guī)劃構(gòu)思完善，準(zhǔn)備工作做好以后，就可以開始基礎(chǔ)的室內(nèi)空間場(chǎng)景建模了。建模工作一般通過SDAMAX來(lái)創(chuàng)建與優(yōu)化。3D建模是Unreal Engine 4的基礎(chǔ)部分，場(chǎng)景的模型都要通過3DS MAX來(lái)完成，建模是構(gòu)建場(chǎng)景的基本要素，一個(gè)好的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目要運(yùn)行流暢，最重要就是模型的優(yōu)化，同時(shí)還要保證模型的大小，保證程序發(fā)布之后不會(huì)占用太大的內(nèi)存。基本的優(yōu)化原則就是制作簡(jiǎn)模，建模過程中基本上所有模型都是簡(jiǎn)模，對(duì)于相交的面要?jiǎng)h除相交之后重復(fù)的面，盡量減少模型的點(diǎn)以達(dá)到優(yōu)化的目的，把場(chǎng)景中看不見的面都刪除，這樣就減少3DS MAX的模型面數(shù)，實(shí)現(xiàn)在程序上的流暢狀態(tài)，然后再根據(jù)項(xiàng)目的需要來(lái)進(jìn)行修改得出自己理想的模型 。

（3）構(gòu)建虛擬室內(nèi)空間

引進(jìn)UE4虛幻引擎搭建虛擬平臺(tái)，在UE4平臺(tái)為優(yōu)化了的室內(nèi)空間模型添加燈光設(shè)置渲染、音效，圖形界面，編寫交互藍(lán)圖，最終形成一套完整的虛擬室內(nèi)空間表現(xiàn)。其一，UE4引擎的畫質(zhì)是數(shù)一數(shù)二的，其中燈光設(shè)置渲染是關(guān)鍵，逼真的場(chǎng)景能給用戶帶來(lái)真實(shí)的沉浸感，對(duì)于用戶來(lái)說真實(shí)感越好，容易得到認(rèn)可。測(cè)試烘焙的話可以選擇preview模式，最終效果的話就要選擇production模式，通過提高該模型的燈光貼圖分辨率或是它的燈光貼圖UV面積利用率來(lái)提升效果。其二，根據(jù)空間的需求對(duì)場(chǎng)景中進(jìn)行音樂的腳本添加與合成。例如：在虛擬室內(nèi)空間中加固定聲源和移動(dòng)聲源的方法。固定聲源：窗戶外面海浪的聲音，廚房里面油的聲音，電視畫面聲音等;移動(dòng)聲源：家庭成員經(jīng)過身邊漸行漸遠(yuǎn)的腳步聲，多種聲音合成，形成環(huán)繞立體聲，猶如身臨真實(shí)空間的沉浸體驗(yàn)。其三，根據(jù)室內(nèi)空間與用戶、用戶與界面之間的關(guān)系，UI界面設(shè)計(jì)、交互技術(shù)也是虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的關(guān)鍵。VR室內(nèi)空間表現(xiàn)通過UE4負(fù)責(zé)交互功能的開發(fā)，將虛擬場(chǎng)景與用戶連接在一起，協(xié)調(diào)整體虛擬系統(tǒng)的工作和運(yùn)轉(zhuǎn)。搭建一個(gè)頁(yè)面簡(jiǎn)約直接、邏輯結(jié)構(gòu)合理、極具沉浸感的虛擬環(huán)境。

（4）后期輸出

通過執(zhí)行輸出的可執(zhí)行文件（EXE文件）或?yàn)g覽器播放插件把模型顯示在屏幕上，使用鼠標(biāo)和鍵盤點(diǎn)擊設(shè)置的交互區(qū)域或者第三方交互設(shè)備進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)。通過以上，整套虛擬空間表現(xiàn)基本完成，如圖1所示。

5 結(jié)語(yǔ)

VR技術(shù)的出現(xiàn)為室內(nèi)空間表現(xiàn)注入了新的活力，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)室內(nèi)空間表現(xiàn)的不足，其能充分地將室內(nèi)空間的任何角度展示給觀者，加強(qiáng)了與用戶的聯(lián)系，提升了用戶的體驗(yàn)，較傳統(tǒng)表現(xiàn)方式更直觀、更高效、更具多維性，在國(guó)內(nèi)來(lái)說屬于新興的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。盡管VR室內(nèi)空間表現(xiàn)在發(fā)展初期遇到很多困難，如空間表現(xiàn)用戶體驗(yàn)還是缺乏直觀性、軟硬件還是跟不上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反應(yīng)數(shù)據(jù)、交互性效果不夠理想等諸多問題，但促使人們尋求更多、更新的方法來(lái)解決問題。VR技術(shù)將是室內(nèi)空間表現(xiàn)領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。

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