基于VR技術的樣板間展示系統的設計與實現

徐雪峰，楊 慶

（江蘇電子信息職業學院 建筑裝飾與藝術設計學院，江蘇 淮安223003）

0 引 言

2020年，一場突如其來的新冠疫情對世界經濟的發展造成了極大的影響，許多經濟領域出現嚴重下滑趨勢，而唯獨電子商務數字經濟新業態顯示出了強大的韌性。房地產企業為了提升自身的競爭力，不失時機地借助電子商務平臺，將營銷創新轉向“線上營銷”。通過線上營銷平臺，利用VR引導用戶看房、體驗沉浸式樣板房［1］，從而大大提高用戶對商品房的認可度和認購比率。本文正是在這種背景下，利用Unity3D、3DMAX等技術，開發一套基于VR技術的樣板間展示系統，便于消費者身臨房屋虛擬現場，自由地觀察室內空間的布局和家居的展示效果，做出最后的選擇。

1 系統總體架構設計

開發一個好的系統一般需要分析、設計、開發、實施、維護5個步驟。本文從房地產行業房屋銷售現狀和問題入手，分析系統開發的可行性、功能需求和非功能需求；對樣板間三維展示系統的設計制定詳細的方案；按照設計要求完成系統的開發和檢測；確保系統的安全使用，并在使用過程中收集反饋信息，為系統的優化提供支持。由此可以看出，設計是開發系統的關鍵步驟，而系統架構的設計是所有設計的前提。本文在前期系統基本需求分析基礎上，按照數據層、業務層和用戶層3個層面構建系統架構，如圖1所示。

圖1 樣板間虛擬三維展示系統總體架構Fig.1 Overall architecture of virtual 3D display system in sample room

在三層體系架構設計中，數據層主要包含利用建模工具創建的場景模型和實物模型數據；業務層主要是用來實現系統的各種功能包，如：三維場景包、漫游包、個性化定制包等；用戶層是用戶直接操作的界面接口，用來實現樣板間信息的查看與交互。

2 系統功能設計

（1）三維場景展示功能設計。虛擬樣板間在展示現場場景時，要從整體上設計不同場景模塊之間的位置，能實時加載虛擬場景，并渲染，利用Unity3D引擎中內置的強大的渲染引擎，生成LOD層次性強的渲染畫面，得到場景對象的優化顯示效果。

（2）三維場景漫游功能設計。三維場景漫游模塊是本系統的核心模塊，可以給用戶強烈的沉浸感。利用Unity3D引擎技術可以實現虛擬樣板間三維漫游，用戶對三維場景縮放、移動、旋轉等操作，非常逼真地反映樣板間的結構。

樣板間展示是以房間布局、家居裝飾等各種實物模型為載體，以實時信息傳遞為目的的專業性展示。在虛擬空間中，針對潛在的購房者，利用場景漫游和交互功能可以調動用戶的視覺、觸覺、聽覺等識別系統，進行信息的發布、傳遞、接受和反饋，克服空間和時間的限制，達到實時的營銷效果。

（3）個性化定制模塊設計。為了實現虛擬樣板間展示的效果，利用新的技術將真實樣板間無法展示的角度，在虛擬樣板間實現，抓住潛在客戶的內心，提升展示成果。為此，在前期調研和功能需求分析基礎上，設計真實樣板間無法實現的個性化需求定制模塊。

3 系統開發流程設計

對于虛擬樣板間展示系統，首先要獲取整個場景的數據，以這些數據為基礎建立場景模型，為模型添加貼圖、材質，優化處理后將其導入到渲染引擎中，進行場景模型渲染烘焙，產生逼真的虛擬場景，通過頭戴式顯示設備HTC Vive實現沉浸式交互。本系統技術實現路線如圖2所示。

（1）與房地產開發商溝通交流，了解用戶的具體需求，包括對樣板間場景構建、工作量計算、系統方案制定、開發平臺選擇等等。

（2）現場勘察，獲取樣板間的原始數據。原始的數據包括：樣板間的內部結構，墻體、窗、梁、管道、煤氣等信息。

（3）構建虛擬場景。三維模型是虛擬場景最基礎的組成部分，本系統主要包括墻體模型，窗戶模型，梁、吊頂模型以及室內家居布置等場景組成元素的模型。

（4）優化模型和整合場景。為了增強系統的性能，需要對三維模型優化處理。尤其是家居模型，需要大量的數據，通過優化可以降低系統資源占用率，增強系統運行效果。

（5）設計漫游和交互。保存模型文件，將文件導入到Unity引擎中，設置場景，添加天空盒效果、光照效果，進行碰撞檢測設置，添加漫游和交互控制腳本。

（6）系統測試。連接HTC Vive設備，利用手柄控制器對場景進行控制，轉換不同場景，并實時交互，增強用戶的沉浸感。

圖2 系統技術實現路線圖Fig.2 System technology implementation roadmap

4 系統實現

（1）室內基本結構模型的構建。本系統采用3ds Max工具進行場景建模，構建的室內三維虛擬系統要真實呈現室內環境中的各種要素，如門窗、吊頂、踢腳線、客餐廳、臥式等。在創建模型前，首先要設置相關參數，如單位設置、首選項、導入圖紙、文件保存路徑等，利用樣條線描線，擠出墻體；利用多邊形建模技術，制作出樣板間的基本結構模型效果，如圖3所示；為了使樣板間在引擎中不能被太陽光直接穿透模型，又創建了樣板間外層模型效果，如圖4所示。

圖3 樣板間基本結構模型效果Fig.3 Effect of basic structure model of sample room

圖4 樣板間外層模型效果Fig.4 Exterior model effect of sample room

（2）室內家居模型的構建。家居模型的創建主要包括臥室、客廳、廚房、衛生間等位置的常用家居。在家居模型創建過程中，可以根據家居模型的特點，在不影響場景效果的情況下，簡化模型。本系統模型的最終效果如圖5、圖6所示。

圖5 臥式家居模型制作后的效果Fig.5 Effect of horizontal household model

圖6 客廳家居模型制作后的效果Fig.6 The effect of living room home model production

（3）模型貼圖處理。樣板間場景模型及室內物品模型構建完成后，需要給模型添加材質貼圖，展示不同的效果。在3ds Max中，設置相應的材質，調整相關的參數，添加貼圖，效果如圖7、圖8所示。

（4）場景渲染。在構建樣板間虛擬場景前，需要設置相關參數，如高清晰渲染管線HDRP、顏色空間、天空盒；將場景模型以文件的形式導入到Unity3D引擎中。為了增強場景的逼真度，需要進一步添加材質貼圖，并調整光效；為了增加場景和模型的反射效果，需要給場景添加反射探頭，并渲染烘焙。最后，根據場景效果使用后期屏幕渲染特效進行色調調整，最終效果如圖9、圖10所示。

圖7 臥式模型添加材質貼圖效果Fig.7 Add material mapping effect to horizontal model

圖8 客廳模型添加材質貼圖效果Fig.8 Add material mapping effect to living room model

圖9 臥式場景效果Fig.9 Horizontal scene effect

圖10 客餐廳廚房場景效果Fig.10 Kitchen scene effect of guest restaurant

（5）場景漫游。把SteamVR.Unity.Plugin.2.5導入到Assets中，Player預制件為場景設置play對象和SteamVR攝像機。SteamVR攝像機能根據自身的定位系統自動捕捉到HMD顯示器與控制器的位置及運動方向。

復制地面，給地面添加碰撞體組件，設置材質等，運行即可產生場景漫游的效果。系統運行的場景如圖11和圖12所示。

圖11 用戶在客廳漫游的場景Fig.11 Scene of users roaming in the living room

圖12 用戶在臥室漫游的場景Fig.12 Scene of users roaming in the bedroom

（6）場景交互。對于物體的抓取，可通過對物體添加剛體組件和碰撞器組件，并進一步添加交互腳本來實現。例如，抓取房間里的椅子，運用VIVE手柄扣下扳機效果如圖13所示。

圖13 抓取物體的效果Fig.13 The effect of grabbing objects

為了增強用戶體驗真實性，系統在虛擬漫游和交互功能的基礎上增加了小地圖功能。地圖可以快速、直觀地反映整個樣板間布局。通過查閱地圖，用戶可以比較快速地了解自身位置和樣板間中室內空間的劃分情況。實現地圖的方式有很多，考慮到整個項目的可移植性和獨立性，本文設計的地圖系統把樣板間的彩屏圖進行等比例映射，把用戶映射到彩屏圖上。系統運行效果如圖14所示。

圖14 輔助小地圖效果Fig.14 Auxiliary map effect

5 結束語

本系統依托大學生創新課題，開發完成后，通過白盒和黑盒測試，表明系統軟件具有較強的穩定性，且移植性好、擴展性強。同時，通過HTCVive交互設備進行驗證，沉浸式交互體驗效果明顯。系統在建模速度方面還有待提高，模型質量還需精確化處理。