虛擬現實技術在室內設計行業發展現狀研究

■陳 浩，鐘世祿 Chen Hao & Zhong Shilu

(南京林業大學家居與工業設計學院，江蘇南京 210037）

2018年一部名為《頭號玩家》的好萊塢大片席卷全球，再次將大眾的目光聚焦到虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）上，觀影者們希望未來也能夠像電影里一樣，只需簡單裝備便可暢游虛擬世界。VR技術再次成為各界熱議的話題，繼互聯網+之后，VR+有一次掀起各行業融合創新地熱潮。

室內設計行業發展至今，早已形成了一條涵蓋談單、設計、預算、制造、安裝、排單制造、后期維護等完整的產業鏈條。但是在當下這個追求效率和用戶體驗的高競爭性的環境中，房租壓力、勞動力成本、材料費用、客戶的審美追求等，都使行業內的商家感到巨大壓力。虛擬現實技術的引入，似乎對綜合成本的降低、提高客戶體驗感有所幫助。

1 虛擬現實技術發展現狀

國內相關從業者普遍將2016年定義為VR元年，那時虛擬現實剛剛進入大眾視野，確實在科技界掀起了不小的浪潮，隨著資金的涌入，不少VR相關軟硬件應運而生，但是受限于當時計算機綜合能力不足，用戶體驗感差、缺少現象級應用程序，虛擬現實的熱度急速下降，甚至一度被定義為“偽需求”。時至今日，5G（第五代移動通訊技術）、高性能的GPU(圖形處理器)、CPU（中央處理器）、數顯設備等技術的出現與高速發展，之前的技術壁壘被逐個擊破，VR再次成為技術創新領域的佼佼者。

1.1 虛擬現實發展歷史

最早的VR技術可以追溯到1956年，莫頓·海利希（Morton Heilig）設計制造了名為“Sensorama”的全傳感仿真機器，一臺集顯示、氣味、立體聲、震動座椅于一體的機器，其功能只局限于固定影片的播放，類似于現在的6D電影技術。1968年，被譽為“計算機圖形學之父”“虛擬現實之父”的Ivan Sutherland研發制造的Sword of Damocles（達摩克利斯之劍），該設備的出現被認為是虛擬現實設備的真正開端[4]。之后的幾十年時間里，各家科技公司都開始涉足虛擬現實軟硬件的開發，運用場景也從最初的影視衍生至軍事、游戲等領域。

2016年是虛擬現實生態極具里程碑意義的一年，Oculus、HTC、三星發布了跨時代版本的頭戴式VR設備，與此同時Intel、高通等行業頭部企業著手開發適配VR設備的高性能芯片，Unity、Blender、CryEngine、Source等游戲引擎也宣布全面支持VR，各類互聯網公司也開發具有代表性的VR應用程序。隨著計算機技術的高速發展，VR給各行各業都插上了想象的翅膀。

1.2 室內設計相關產業結合虛擬現實技術發展現狀

綜合行業產品與學術研究成果看，室內與建筑產業鏈中，設計環節與虛擬現實技術最為適配[5]。作為設計師，如何向客戶表達清楚自己的設計理念，讓沒有專業知識的客戶理解并且接受所做的設計，設計效果的表現方式尤為重要。VR技術還未出現時，設計師與客戶交流方案主要依靠手繪、效果圖、平面布局等等二維圖片，客戶很難從單一角度的圖片中完全明白設計師所述內容，更難根據圖片提出有效修改意見，這樣呈現的最終產品就成了設計師的設計，而不是客戶的真正內心所想[6]。

隨著VR技術的引入，全景效果圖的出現讓用戶體驗上升了一個檔次，用戶可以360°全景式地查看設計成果(圖1)，突破了二維靜態圖片的束縛，對設計有了更深層次地理解，該技術同時支持pc（personal computer，個人電腦）端與移動端，較為方便[7]。制作難度與單角度效果圖相比并無太大提升，運用較為廣泛。

游戲引擎的發展讓室內交互漫游成為可能，國內外不少科技公司和個人設計師運用游戲設計軟件制作出室內漫游程序，客戶可以通過佩戴VR頭盔等設備身臨其境般沉浸式體驗室內空間（圖2）。客戶可以通過移動觀察每一處的設計細節并提出個人修改意見，設計師也可以通過外部顯示設備一同漫游，隨時講解個人的設計思路，甚至可以通過外部調試，實時修改設計方案供客戶挑選[8]，有效提高了方案敲定效率。這種新的表現形式可以創造出超前的、充滿科技感的設計體驗，將智能家居、人工智能加入傳統設計之中，讓客戶超前體驗新興產品，不僅能夠提升客戶體驗感還能有效推動智能產品的銷售與創新[9]。

樣板房一直是各大開發商用于吸引顧客重要工具，所以不少開發商不惜花費重金用于樣板房的搭建，但是銷售結束之后，樣板房內的昂貴的家具和建材只能閑置轉讓，這無疑是一種浪費。隨著VR技術的運用，開發虛擬樣板間成了一種新風尚，虛擬樣板間不僅造價便宜，而且可以達到多樣化、不受現實空間限制、無浪費等效果[10]。

相比較室內設計行業，建筑行業與VR技術結合相對較早也相對較完善，室內設計行業可以借鑒其中，“BIM+VR”能夠有效合理地將建材歸類，將設計與施工參數化，建立必要的模型庫數據庫可以將設計與施工過程輕量化、高效化、模塊化。有效提高設計施工效率，節約成本。VR與BIM技術能夠相互彌補，VR技術使BIM模型擁有豐富內涵的同時還具有表現力，BIM技術使VR虛擬空間制作更加井然有序。室內施工環節可通過VR技術提前模擬，施工團隊可預先查找施工過程中的不合理及危險操作，有效預防了返工、浪費、操作不規范等情況地發生[11]。

■圖1 室內全景效果圖

■圖2 室內漫游場景截圖

2 虛擬現實相關軟件發展現狀

計算機技術的高速發展，計算能力成指數級提升，給VR技術帶來無限可能，各式軟件層出不窮，也在各個領域有所專長。

2.1 全景照片類

VR概念的引入，最早被應用于全景照片的領域，用戶帶著VR眼鏡，可以360°無死角地觀看場景照片，代表軟件平臺有720yun、pano2vr、utovr、酷雷曼等，他們大多都是基于Krpano編寫，其最大優勢就是可以對原始代碼進行二次開發，將全景工具界面化、平臺化，隨著二次開發的深入，全景照片中加入了一些小的動畫元素和一些簡單交互功能使得用戶體驗感提升。

2.2 漫游交互類

漫游概念最初被廣泛應用于建筑行業，漫游動畫可以讓消費者、開發商提前了解樓盤情況，但是漫游動畫需要逐幀渲染，因此制作周期漫長、成本高昂且缺乏交互。結合VR技術，開發商逐漸開始青睞這種自由度高，交互性良好的方式。代表軟件有游戲引擎U3D(unity3D) 和UE4（Unreal Engine 4、虛幻引擎4）、提倡輕量化webvr概念的A-frame、整合BIM技術的dvs3d和fuzor20以及3d圖形軟件virtools、vizard等[12-13]。其中運用較為廣泛的是兩款游戲引擎，相較其他軟件平臺，游戲引擎具有兼容主流建模軟件流暢、渲染質量高、速度快、開發從業者多、架構完善、二次開發自由度高等優勢。而UE4相較U3D而言,渲染能力有大幅提升，而且對無太多計算機編程語言知識的設計師而言，UE4的藍圖系統，給予了他們極大的方便以實現漫游交互功能的設計開發[14-15]。

3 虛擬現實相關硬件發展現狀

3.1 VR眼鏡

VR眼鏡是最早量產的VR相關設備，其最大優點就是制造簡單售價低廉，但是需要配合手機等移動設備進行體驗，google公司第一代cardboard系列甚至選用了紙制的外殼，后來的第二代產品在佩戴舒適度上有大幅提高，并支持所有4.5-6英寸手機[17]。韓國品牌推出的Gear VR設備具有不錯的外觀設計，但是只適配自家Note系列手機，所以適配性不佳。國內公司設計制造的VR眼鏡產品起初多為影視相關服務，例如小米VR眼鏡和愛奇藝小閱悅系列VR眼鏡，起初都是主打全景看片，后來相關游戲App面市后也加入了VR游戲功能[18]。

VR眼鏡體驗主要依賴適配移動設備的性能，屏幕材質、分辨率、陀螺儀等都會影響體驗感，隨著設備升級，調節瞳距防重影、適配近視人群等功能優化給用戶帶來不少便利[19]。

3.2 VR一體機

VR一體機相比較VR眼鏡用戶的沉浸感更強，不需要適配移動設備，但需要與主機相連接，適配性也更強。市面一體機產品質量參差不齊，主流設備包括HTV的vive系列、Facebook的oculus rift系列、sony的PSVR系列、小米的VR一體機系列、華為的HUAWEI VR Glass系列。將上述產品系列的旗艦機型（全套設備）在畫面質量、穿戴方式、交互形式、價格等方面進行比較（表1），結合用戶反饋發現HTV vive系列綜合表現較為出色，但是華為的設備在未來如果集合了5G傳輸和自家Iot（物聯網）技術的優點，相信會是更出眾的產品。

4 虛擬現實于室內設計行業當下技術難點、痛點

4.1 開發流程對硬件要求過高

現階段室內空間效果展示大多都是單個空間的建模渲染，究其原因就是計算機運行性能跟不上，如果將室內空間搭建完全，大多計算機會出現卡頓甚至死機，渲染時間也會成倍上漲，保存文件的大小也會增加不少，優化圖形計算能力以及圖形渲染方式是發展的重要環節[20]。

表1 VR一體機主流旗艦產品參數對比

4.2 用戶佩戴外設的舒適性不高

現階段VR 設備凈重基本在 500 克左右，并且大多無法實現無線傳輸和充電，需要依靠數據線和電池等維持設備的正常運行，特別是對于頭戴式設備，人體在長時間佩戴的情況下會感到比較吃力，同時其在物理運動的過程當中也易因視覺信息與運動信息不同步而產生眩暈感[21]。

5 VR+室內設計未來發展趨勢展望

5.1 軟硬件開發升級

為了提高用戶的舒適性，無線傳輸會是剛需，但是上文已闡述漫游文件大小相比原先會擴大不少，因此傳輸速度是需要考慮的問題。5G時代的到來給傳輸速度問題帶來的解決方案。同時外設硬件存儲空間的大小以及其中運算處理能力和速度也有待提高，如何更快地完成漫游流程的展示，是提高用戶體驗感的關鍵[22]。

軟件方面，縱觀虛擬現實市場,之前極大限制VR技術普及的原因，畫面渲染延時導致用戶佩戴VR眼鏡時會出現眩暈癥狀，游戲引擎內置的實時渲染技術很大程度改善了上述問題[23]。但是渲染速度還沒有完全快于上人類大腦反應速度，所以眩暈情況仍會存在，如何在畫質渲染質量和渲染速度上找到平衡點是軟件開發者需要重視的難點。

5.2 從業人員技術水平亟需提高

室內設計從業人員需要的專業技能較多，無論是手繪技能、色彩搭配、設計心里學還是軟件的掌握都需要一定程度的了解掌握，這往往會讓新技術難以應用或是應用不夠熟練從而摒棄。在軟件技術爆發的年代互聯網時代背景下，室內設計行業需要有耐心的跟上步伐，在尖端技術層面尋求突破與融合。

6 結語

計算機技術正高速發展，虛擬現實產品質量也將更加趨向照片級別，軟件技術的不斷優化使得作品的制作簡單化、高效化，硬件舒適性的提高將給用戶帶來更好的觀感體驗。室內設計行業與虛擬現實技術更加深入的結合將會給設計施工全流程帶來全方面質的提升。