AR智能家居裝修系統(tǒng)設(shè)計

袁怡杉，王亞鑫，劉 強(qiáng)

(鄭州科技學(xué)院，河南 鄭州 450000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及消費(fèi)水平的提高，人們對居住環(huán)境舒適度的要求也越來越高。隨著國家政策的實(shí)施和房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，全屋裝修的規(guī)模逐年增加，傳統(tǒng)家裝行業(yè)中存在很多問題，如：裝修過程中無故加價，導(dǎo)致客戶要投入更多的時間、精力、金錢才能完成裝修；行業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的施工標(biāo)準(zhǔn)和流程，導(dǎo)致建筑材料運(yùn)輸不及時，裝修過程偷工減料，存在一定的安全隱患；設(shè)計師牟利推銷，產(chǎn)生多種回扣現(xiàn)象。為了解決傳統(tǒng)家裝中存在的各種問題，以AR技術(shù)為載體的新型裝修模式正飛速發(fā)展。

5G時代的來臨，AI，AR，VR等技術(shù)一起走進(jìn)我們的生活，讓我們對家居環(huán)境的想象變得現(xiàn)實(shí)化、可視化和智能化。智能化的裝修講究實(shí)用性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)性和方便性的綜合體驗(yàn)。AR技術(shù)講究真實(shí)性、可交互性，是虛擬內(nèi)容和真實(shí)環(huán)境的融合。AR技術(shù)與智能化裝修設(shè)計相結(jié)合，能夠更好地滿足客戶的需求，帶給客戶更多體驗(yàn)的同時，幫助客戶判斷裝修效果是否符合實(shí)際期望，從而提高客戶滿意度，減少返工以及對裝修方案不滿意的問題。

1 AR智能家居裝修系統(tǒng)的優(yōu)勢

隨著科技的發(fā)展及生活水平的提高，人們越來越追求高品質(zhì)的居住環(huán)境，追求高要求的裝修品質(zhì)，因此，以AR技術(shù)為載體的新場景化裝修將快速發(fā)展。越來越多的企業(yè)會嘗試使用數(shù)字化、智能化的技術(shù)來多元化、多方位地監(jiān)測和監(jiān)控裝修過程，以解決裝修中出現(xiàn)的一些問題，提供更加豐富的視覺體驗(yàn)來滿足不同消費(fèi)者對裝修風(fēng)格的需求。AR智能家裝的運(yùn)用將大大增加家裝的即視感和可控性，提高裝修效率的同時增強(qiáng)客戶的滿意度和參與感。

AR即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是一種將虛擬信息與真實(shí)信息相融合的技術(shù)。它綜合運(yùn)用了計算機(jī)圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能交互等多種技術(shù)手段，將計算機(jī)生成的文字、圖像、三維模型、音頻等虛擬信息模擬仿真后，應(yīng)用到真實(shí)世界中，兩種信息相互疊加，從而實(shí)現(xiàn)對真實(shí)世界的增強(qiáng)[1]。AR智能家居裝修系統(tǒng)的優(yōu)勢概括為以下幾點(diǎn)。

1.1 科技與裝修相結(jié)合，讓裝修智能化

在裝修過程中融入現(xiàn)代高科技元素，讓裝修效果或者客戶的構(gòu)想藍(lán)圖可視化。加入的科技元素即AR技術(shù)，因?yàn)锳R可以提供圖像識別、場景識別和特征跟蹤等多種技術(shù)，可以對家居物品進(jìn)行一系列三維重建，將虛擬的家具模型添加到真實(shí)場景中，通過可用的移動平臺對家具進(jìn)行準(zhǔn)確的位置擺放和尺寸調(diào)整。傳統(tǒng)的家居裝修設(shè)計只能給用戶展示設(shè)計效果圖紙，相比而言，AR智能家裝的視覺觀看效果更立體、形象更直觀。所以，通過AR技術(shù)和家居裝修相結(jié)合的方式，可以使用戶足不出戶也能全方位地感受裝修后真實(shí)的效果，也可以隨著用戶產(chǎn)生的想法隨時更換裝修風(fēng)格，讓用戶不再糾結(jié)裝修設(shè)計的選擇。

1.2 提高家居產(chǎn)品的利用率，減少設(shè)計的成本和時間

AR技術(shù)與裝修結(jié)合可以有效地提高家居產(chǎn)品的利用率，在根據(jù)用戶裝修需求進(jìn)行設(shè)計的同時，節(jié)省設(shè)計的成本和時間，也節(jié)省了用戶的選擇和糾結(jié)時間。用戶只需要通過AR軟件就能實(shí)現(xiàn)自由搭配家具的想法，感受到最終的裝修效果，不必再與設(shè)計師費(fèi)力溝通和挑選風(fēng)格，隨時探討，隨時修改，讓家居設(shè)計師也直接受益。家居設(shè)計師利用AR技術(shù)后可以有效解決了一些裝修難題，不僅能優(yōu)化裝修設(shè)計方案，還縮短了設(shè)計和修改時間。技術(shù)人員用相對應(yīng)的軟件制作出三維家居物品后，再結(jié)合AR技術(shù)，可以讓用戶真正地實(shí)現(xiàn)在裝修之前看到設(shè)計之后的房屋裝修效果。

1.3 AR智能家居更好地滿足了不同裝修人群的需求

消費(fèi)者的需求五花八門、多種多樣，在進(jìn)行房屋裝修時，讓客戶更直觀地看到裝修效果是當(dāng)下各大企業(yè)的共同追求。如今，由于中國經(jīng)濟(jì)增長方式的改變，市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，許多家庭已經(jīng)脫貧致富。中國人均收入水平的提升不但促進(jìn)了消費(fèi)結(jié)構(gòu)的提升，同時對住宅環(huán)境的品質(zhì)和裝飾格調(diào)也提出了更高的要求。越來越多的用戶在裝修時要求人性化和高級感，對公司的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)要求也日益提升。家居文化和個性化風(fēng)格已經(jīng)成為消費(fèi)者裝修的潮流，這樣進(jìn)一步擴(kuò)大了家裝的市場需求規(guī)模，而且對裝修的質(zhì)量和很多細(xì)節(jié)提出了更高的要求，促進(jìn)家裝行業(yè)不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，更好地提升用戶對裝修的滿意度，進(jìn)而提升家裝公司的品牌效應(yīng)。

2 AR智能家居裝修系統(tǒng)的設(shè)計思路

2.1 模塊劃分

基于AR技術(shù)的智能家居裝修系統(tǒng)設(shè)計，以三維家居模型為場景，實(shí)現(xiàn)漫游、交互等功能，大致劃分為4個模塊(見圖1)。

圖1 模塊劃分

(1)采集模塊：采集房屋參數(shù)信息，包括戶型、面積大小、房屋拐角的詳細(xì)數(shù)值、門窗朝向、水管及電線走向等，發(fā)送到服務(wù)端。

(2)匹配模塊：獲取服務(wù)端發(fā)送的信息，進(jìn)行特征匹配，從數(shù)據(jù)模型庫中匹配出能夠符合戶型、尺寸大小的裝修方案。數(shù)據(jù)模型庫中三維模型的來源將采用現(xiàn)有的建模軟件自主建模或者專業(yè)素材網(wǎng)站，其中一套三維家裝模型為一個集合，單個元素可進(jìn)行拆分。模型庫中的模型進(jìn)行合理分類方便管理(見圖2)。數(shù)據(jù)匹配時，提取房屋明顯的特征進(jìn)行由易到難、由粗到細(xì)的優(yōu)先級的對比，相互配合，逐輪篩選(見圖3)。

圖2 分類設(shè)計

圖3 優(yōu)先級信息

(3)查找模塊：從各種符合條件的方案中查找出最適合的裝修方案，調(diào)用三維數(shù)據(jù)模型庫，利用關(guān)鍵詞搜索功能可以查看單個的家具元素，可選擇是否提取替換，最終確定完整的裝修效果圖。

(4)渲染模塊：對AR智能家居識別系統(tǒng)最終結(jié)果進(jìn)行三維可視化渲染，即可完成[2]。

2.2 實(shí)現(xiàn)流程

2.2.1 數(shù)據(jù)模型庫的搭建

收集不同房屋不同裝修風(fēng)格的設(shè)計方案，利用3ds Max、MAYA或者專業(yè)的素材網(wǎng)站進(jìn)行建模。對室內(nèi)空間進(jìn)行裝飾，即對紋理貼圖的設(shè)計，紋理貼圖采用Substance Painter制作。建模是對整個三維家居場景建模，保證裝修風(fēng)格上的統(tǒng)一。但該三維場景是可拆分的，一個場景為一個集合，產(chǎn)品元素相互獨(dú)立，方便個性化設(shè)計。每個戶型都制作幾種不同風(fēng)格的家居場景，且都對應(yīng)一張CAD圖紙用于特征匹配。

2.2.2 制作CAD圖，調(diào)整比例

數(shù)據(jù)采集一般是由客戶提供戶型圖，設(shè)計師制作CAD圖，對比例進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)整。將圖紙放到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)模型。將FBX格式的家居模型導(dǎo)入Unity，制成預(yù)制體。將家居模型拖拽到場景中，在此場景中添加攝像機(jī)以及第一人稱控制器，其中包含控制場景角色視角變換、移動旋轉(zhuǎn)、交互、布局調(diào)整等功能的C#腳本。交互是指對場景中家居產(chǎn)品的交互，包括開關(guān)燈、開關(guān)電視、坐沙發(fā)等。布局調(diào)整是指對客廳、廚房、臥室、衛(wèi)生間、書房等空間的布局調(diào)整，包括更換瓷磚、墻壁裝飾物、衣櫥和床的款式等。注意在場景中的物體上加上Rigidbody剛體，Collier碰撞體，防止穿模，影響體驗(yàn)感[3]。

2.2.3 該系統(tǒng)的展示

該系統(tǒng)的展示方式分為兩種：一種是導(dǎo)至移動端，這里只支持Android安卓系統(tǒng)，通過搖桿控制人物移動對整個場景進(jìn)行瀏覽，通過對界面中放置的button按鈕對家具進(jìn)行替換。另一種是將虛擬場景借助移動設(shè)備攝像頭及屏幕進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展示。AR的實(shí)現(xiàn)設(shè)計師需要在unity導(dǎo)入插件。制作Mark標(biāo)志，通過圖像識別技術(shù)識別攝像頭拍到的畫面，判斷Mark標(biāo)志是否存在，存在則將家居模型與標(biāo)志中的空間坐標(biāo)對齊，然后顯示三維模型。

2.2.4 系統(tǒng)的界面UI設(shè)計

關(guān)于系統(tǒng)的界面UI設(shè)計，創(chuàng)建畫布Canvas，設(shè)置合適的參數(shù)，調(diào)整為屏幕自適應(yīng)。在Canvas控件下創(chuàng)建一個Panel控件，添加需要的控件按鈕，主要用于家居產(chǎn)品的替換、場景的切換等。UI界面與操作場景進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊按鈕的場景跳轉(zhuǎn)[4]。

2.3 AR智能家居識別系統(tǒng)

該部分展示的是模擬人物在三維家居場景中的漫游和操作方法(見圖4)。

圖4 AR識別操作

(1)方向鍵設(shè)計：可對場景中人物進(jìn)行移動，貼近現(xiàn)實(shí)中人在房間走動的感覺，增加代入感。展示視角為第一人稱視角，其中可對視角進(jìn)行切換。

(2)裝飾修改設(shè)計：可以對場景中的單個元素進(jìn)行修改、選擇替換或者刪除。點(diǎn)擊替換會彈出裝飾欄，對裝飾欄的物品進(jìn)行搜索，查找心儀的模型對場景中的模型進(jìn)行替換。點(diǎn)擊刪除則直接刪除。

3 結(jié)語

相比傳統(tǒng)的裝修手段，AR智能化家居擺脫了冰冷的樣板間、統(tǒng)一的裝修套路、不變的色彩搭配、俗套的軟裝擺飾等，因此AR智能化家居無疑是一種新的發(fā)展潮流。雖然AR的終端設(shè)備并不像VR領(lǐng)域那樣已經(jīng)被普遍認(rèn)識，但是隨著5G時代的來臨，越來越多結(jié)合手機(jī)的AR顯示設(shè)備出現(xiàn)，全球超過35億部智能手機(jī)的用戶都是AR技術(shù)的潛在客戶。AR會迎來更大的技術(shù)變革和更多的市場機(jī)遇。加上互聯(lián)網(wǎng)多元化的推廣，例如抖音視頻、官網(wǎng)推薦、快手營銷、公眾號等，大眾有更多的渠道能夠了解到AR智能家居系統(tǒng)，從而擴(kuò)大用戶群體，提升品牌效應(yīng)，帶動更多的經(jīng)濟(jì)效益。