刍议虚拟现实技术在室内空间设计中的应用趋势

    曹晋+邰杰+周蓓

    摘要：虚拟现实技术在室内设计中简称V.R，其能够模拟室内设计完成后的建筑内部空间动态三维图像。V.R技术可以较为逼真地反映室内空间界面的材质和色彩，并进行随意移动、变换家具样式和界面装饰材质；不仅如此，它还可以根据客户的要求随时随地进行设计变更。因此，V.R技术在室内设计中运用越来越广泛。本文探讨了虚拟现实技术的基本特征、关键技术及其与室内设计领域结合的应用趋势，目的是为建筑装饰行业的更好发展提供帮助。

    关键词：虚拟现实 室内设计 应用趋势

    引言

    近年来，计算机技术和人机交互技术的迅速发展，给虚拟现实技术的进步奠定了基础。目前，虚拟现实技术的水平得到了进一步提高，发展应用的范围越来越广。虚拟现实技术所展现的空间场景，真实感非常突出，人与电脑可以进行“友好”的交流，不论是什么东西，只要人们可以想出来，技术人员就可以在虚拟现实技术的帮助下，真实地表现空间场景。在理想的模拟空间环境下，人们很难辨别真假，也就是说，其更能够充分利用人机交互技术，激发人的想象力和创造力。

    一、虚拟现实场景的特征和关键技术

    （一）基本特征

    沉浸感、构想性、交互性、真实性是虚拟现实的基本特征。以上4种特征准确地体现了虚拟现实技术的根本内涵，当体验者进入计算机产生的三位虚拟空间后，能够产生身临其境的感觉，就像是在现实环境中一样。除此之外，体验者还可以在虚拟空间中和周围环境进行沟通互动，成为这个环境的主宰，并通过自己在这个环境的感知来生成对空间的信息。

    1.感知真实性

    虚拟现实的真实性与一般的真实性不同，它主要突出人感知能力的真实性，该技术不但能将体验者看到的东西做成真实的物体，还能给人以特别逼真的听觉、味觉、嗅觉以及生理感觉。体验者在虚拟空间中能够感知到酸甜苦辣，感知到寒冷与温暖。

    2.沉浸感

    沉浸感是指体验者亲临虚拟现实环境现场时的真实感受，具体来说，沉浸感指体验者能真实地感到这个环境的主角是自己，自己可以在这个环境里改变一切。最佳的模拟环境是体验者能够彻底置身于三维虚拟环境中，而且没有办法察觉这个环境的虚拟性，也就是说，体验者在虚拟环境中的经历，在感觉上好比真实场景一样。

    3.交互性

    所谓交互性指的是体验者可对模拟环境中的物体进行一定程度上的操作，以及所处虚拟环境反馈到体验者身上的信息自然程度。体验者在虚拟空间内做出的一系列动作行为都会得到实际的反馈。举个例子来说，当体验者在虚拟空间喝一口水，他能感觉到水是凉、是热，味道是什么样的，手拿着杯子是什么样的感觉，喝完水后，体验者自身口渴的感觉也会随之消失。

    4.构想性

    身处在虚拟现实环境的空间里，体验者不仅可以像现实中一样存在，甚至还可以是这片空间的主宰，如同玄幻小说里的大能者一样，能够呼风唤雨创造一切，可以超越人类的正常思维，创造出与现实生活完全相反的虚拟空间存在。

    （二）关键技术

    虛拟现实是一个能够任意想象和开拓以及发展的空间，该空间不仅可以再次展现真实存在的空间环境，还能够使体验者感觉到创建虚拟世界的真实性，虚拟现实技术是以人工智能开发技术、数字建模技术、网络架构技术、图形图像采集技术和人机交互技术为基础的高科技。

    1.场景建模技术

    三维虚拟空间模型技术为虚拟构建奠定了技术基础。当空间三维建模做好以后，使用者就可以根据事先建好的实际三维模型数据来对虚拟空间之中的三维虚拟模型进行构建。

    2.立体声合成技术

    在虚拟现实系统中，设计者通过利用使用者的两只耳朵接收方位不同的音波而造成了空间音差的方式，形成立体声，以达到使体验者产生方向感的目的。在虚拟现实系统中，体验者听到的声音和声音从什么方向传来没有任何联系。

    3.立体显示技术

    在VR系统之中眼睛的立体视觉发挥着决定性作用，体验者通过双眼可以捕捉接收到所有的图像和声音。并且随时进行分析、分类，根据产生源的不同分别投射到各自独立的显示系统中，因此，与现实中不同，体验者两只眼睛能够分别看到单数帧与双数帧影像。在佩戴专门的视觉捕捉设备后，单、双帧影像间形成的差异则能够使人形成三维立体空间感。

    4.触觉反馈

    处于虚拟现实系统中，体验者可以直接操控虚拟物体，并能够感受到虚拟物体的各种属性，这也是形成触觉反馈的重要因素之一。为了要达到上述效果，虚拟现实系统就必须使人感觉到虚拟物体的存在和它的各种属性，最为常用的一种方式是在vR系统汇总使用安装有一些可以振动的触点手套，通过这些触点来刺激人手的触觉神经，从而给使用者产生触摸到物体的感觉。

    5.交互技术

    键盘、鼠标是计算机使用者与计算机交互的基本设备，但在三维虚拟立体空间中的交互，它们并不适用。三维虚拟立体空间中有六个空间自由度，现有技术还没有更好的办法在三维立体空间内把鼠标的二维运动轨迹直接投影进去。目前，只有空间球、三维空间数字化仪、数据衣和动态数据采集手套等设备能够提供6个自由度输入的设备。

    6.系统集成技术

    在通常情况下，在虚拟现实系统中存储有很多的模型体系以及各种相关的数据信息，这就使得集成技术在虚拟现实技术中有着非常重要的地位。在虚拟现实系统中，集成技术主要包括了数据转换技术、信息的同步传递技术、数据识别、模型的标准定型技术与信息合成技术等。

    二、VR技术在室内设计领域的应用趋势

    （一）传统设计表达方式的不足

    室内设计作品又被称之为“特殊商品”，其不但要满足客户的个人品味倾向和功能需求，还要体现设计师独特的设计目标。传统设计过程是设计师以客户的实际需求和相关规范为依据，根据建筑平面图、建筑立面图及施工详图和三维摸型，不断地进行设计及深化，把设计构思表达在图纸上来实现最终方案。这样做会限制设计师的思维和想法的发挥，对于非专业人员的客户来说，他们没有那么好的空间想象能力，对最终方案不会有直观准确认知，从而也往往导致客户对原有设计认知与建成环境之间存在一定的差异。

    传统的室内设计通常的表示方法有效果图、三维动画以及建筑平面和立面剖面。其中，效果图只能静态地表示建筑物在某一角度的视图，无法全面反映整个建筑物的信息；三维动画虽然有较强的表达能力，但缺乏必要的准确性和时效性。室内设计利用虚拟现实技术可以实现三维户型的动态表达，即通过人机交互方式，使虚拟场景给人们以身临其境的感觉。在这一虚拟环境下，人们可以全方位地观察和审视室内空间的各个角落，仿佛身临其境，可以从任意角度任意的位置进行观察从而可以让用户更加清楚地了解空间结构与装饰风格。对于房地产装修公司来说，虚拟现实技术在装修领域的应用，无疑是开辟了一种新的装修设计模式，这种交互方式能够更好地满足客户的需求，进一步提高室内装修设计人员的设计水平以及整个装修公司的服务质量。

    （二）VR技术在室内设计中的优势

    设计师在设计之初就要熟悉现场环境的详细情况，并且想办法把室内空间各个具体部位的形象直观地表达出来，完整全面地表达设计意图和最终效果，我们通常在“虚拟室内”创造出一个虚拟的建筑室内空间来实现这一目的。与此同时，可以通过“虚拟室内”与甲方进行充分的、直观的沟通交流，从而高效地展示设计理念，深入具体地表达设计意图和成果。这种设计模式更加人性化、科学化，有利于设计师高效、合理、全面、多角度地考虑、规划、完成设计项目，进一步提高方案整体操控与设计水平，减少因前期设计问题而带来的后期施工生产作业的麻烦，以便进一步完善室内设计的效果，以达到方案整体设计周期短、成本低、质量高、生产效率大的目的。

    1.设计变更的高效性

    使用虚拟现实技术进行室内设计时，用户可以在电脑屏幕上看见设计师所设计的虚拟渲染。如果用户要求对某一局部改动，例如移动一扇门或者是改变窗的尺寸，设计师就可以马上调整，随后项目的新价格也会被显示出来。一旦我们点击发送键，施工图就被发送给了产品设备。与我们传统的沙盘模型相比较，室内虚拟技术能把实际设计的全部空间尺寸完整地展现出来，并且能够利用专门的设备进行修改编辑，最后还能在室内的空间进行漫游，它表达了设计师的最理想效果。

    2.设计表达的体验性

    虚拟室内空间设计与手绘图，电脑效果图以及建筑动漫等设计表现方式相比，则具有很大的技术优势，在艺术性、真实性和创造性具有更强的表现力。虚拟现实技术通过软件平台可以形成一个特殊的虚拟环境，客户可以接受到一个全方位的视觉、听觉、触觉和感官刺激的信息，使客户产生亲临现场的深刻感觉，例如朵漫世家，该公司在经营过程中，从自身的实际情况出发，创造性地推出自己的特色，如3D看房、vR设计等，从样板房、全景设计再到3D定制家，顾客完全不用到现场去实地参观，坐在家里就可以全方位地了解设计方案。

    3.设计沟通的交互性

    在顾客挑选家居的时候，由于时间短，很多业主难以花大量的时间去看家具实物，而如果只看图片，毕竟图片不能真实全面地反映实物，这样就会给购买者带来一定的不便。笔者通过的研究与实践认为，利用虚拟现实技术就可以较好地改变这一问题，通过逼真的虚拟现实场景使客户能够在非常积极的，思想高度集中的状态下浏览和体验设计的内容，有利于高度吸引顾客的注意力，并取得更好的沟通效果。

    4.设计预算的精确性

    室内空间设计应用虚拟现实技术还有利于成本的预算。由于虚拟现实技术的场景效果及界面装饰材料，家具、灯具及软装配饰的模型选择非常真实且能落地，因此，有利于施工人员核算工程成本，在计算室内基础装修和瓷砖、地板、橱柜等主材预算时就会更加准确。

    结束语

    随着城市建设水平的提高，传统的表现方法和设计程序已经不适应科技化、高效率、节约型的市场需求，虚拟现实技术的优越性在实际的应用中得到了充分體现，在设计领域中扮演的角色也越来越重要，已逐渐成为一个独立的分支体系，且发展迅速。虚拟现实技术不但为设计领域注入新鲜的活力，而且还可在室内设计行业定制设计方面做探索性的开发应用。针对目前建筑装饰行业定制设计的关键问题，虚拟现实技术已渐渐成为一种行之有效的解决方案，设计构思与表达过程中甲乙双方的沟通问题将被虚拟现实技术有效地解决掉，减少因为沟通不畅和信息不对称而带来的损失，满足客户的个性化要求。另外，充分利用虚拟现实技术所具备的各种优势，还可加大室内设计行业所具有的科技含金量，为整个建筑装饰行业的发展提供强大的技术支持和动力。