虚拟现实技术在室内设计行业发展现状研究

■陈 浩，钟世禄 Chen Hao & Zhong Shilu

(南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037）

2018年一部名为《头号玩家》的好莱坞大片席卷全球，再次将大众的目光聚焦到虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）上，观影者们希望未来也能够像电影里一样，只需简单装备便可畅游虚拟世界。VR技术再次成为各界热议的话题，继互联网+之后，VR+有一次掀起各行业融合创新地热潮。

室内设计行业发展至今，早已形成了一条涵盖谈单、设计、预算、制造、安装、排单制造、后期维护等完整的产业链条。但是在当下这个追求效率和用户体验的高竞争性的环境中，房租压力、劳动力成本、材料费用、客户的审美追求等，都使行业内的商家感到巨大压力。虚拟现实技术的引入，似乎对综合成本的降低、提高客户体验感有所帮助。

1 虚拟现实技术发展现状

国内相关从业者普遍将2016年定义为VR元年，那时虚拟现实刚刚进入大众视野，确实在科技界掀起了不小的浪潮，随着资金的涌入，不少VR相关软硬件应运而生，但是受限于当时计算机综合能力不足，用户体验感差、缺少现象级应用程序，虚拟现实的热度急速下降，甚至一度被定义为“伪需求”。时至今日，5G（第五代移动通讯技术）、高性能的GPU(图形处理器)、CPU（中央处理器）、数显设备等技术的出现与高速发展，之前的技术壁垒被逐个击破，VR再次成为技术创新领域的佼佼者。

1.1 虚拟现实发展历史

最早的VR技术可以追溯到1956年，莫顿·海利希（Morton Heilig）设计制造了名为“Sensorama”的全传感仿真机器，一台集显示、气味、立体声、震动座椅于一体的机器，其功能只局限于固定影片的播放，类似于现在的6D电影技术。1968年，被誉为“计算机图形学之父”“虚拟现实之父”的Ivan Sutherland研发制造的Sword of Damocles（达摩克利斯之剑），该设备的出现被认为是虚拟现实设备的真正开端[4]。之后的几十年时间里，各家科技公司都开始涉足虚拟现实软硬件的开发，运用场景也从最初的影视衍生至军事、游戏等领域。

2016年是虚拟现实生态极具里程碑意义的一年，Oculus、HTC、三星发布了跨时代版本的头戴式VR设备，与此同时Intel、高通等行业头部企业着手开发适配VR设备的高性能芯片，Unity、Blender、CryEngine、Source等游戏引擎也宣布全面支持VR，各类互联网公司也开发具有代表性的VR应用程序。随着计算机技术的高速发展，VR给各行各业都插上了想象的翅膀。

1.2 室内设计相关产业结合虚拟现实技术发展现状

综合行业产品与学术研究成果看，室内与建筑产业链中，设计环节与虚拟现实技术最为适配[5]。作为设计师，如何向客户表达清楚自己的设计理念，让没有专业知识的客户理解并且接受所做的设计，设计效果的表现方式尤为重要。VR技术还未出现时，设计师与客户交流方案主要依靠手绘、效果图、平面布局等等二维图片，客户很难从单一角度的图片中完全明白设计师所述内容，更难根据图片提出有效修改意见，这样呈现的最终产品就成了设计师的设计，而不是客户的真正内心所想[6]。

随着VR技术的引入，全景效果图的出现让用户体验上升了一个档次，用户可以360°全景式地查看设计成果(图1)，突破了二维静态图片的束缚，对设计有了更深层次地理解，该技术同时支持pc（personal computer，个人电脑）端与移动端，较为方便[7]。制作难度与单角度效果图相比并无太大提升，运用较为广泛。

游戏引擎的发展让室内交互漫游成为可能，国内外不少科技公司和个人设计师运用游戏设计软件制作出室内漫游程序，客户可以通过佩戴VR头盔等设备身临其境般沉浸式体验室内空间（图2）。客户可以通过移动观察每一处的设计细节并提出个人修改意见，设计师也可以通过外部显示设备一同漫游，随时讲解个人的设计思路，甚至可以通过外部调试，实时修改设计方案供客户挑选[8]，有效提高了方案敲定效率。这种新的表现形式可以创造出超前的、充满科技感的设计体验，将智能家居、人工智能加入传统设计之中，让客户超前体验新兴产品，不仅能够提升客户体验感还能有效推动智能产品的销售与创新[9]。

样板房一直是各大开发商用于吸引顾客重要工具，所以不少开发商不惜花费重金用于样板房的搭建，但是销售结束之后，样板房内的昂贵的家具和建材只能闲置转让，这无疑是一种浪费。随着VR技术的运用，开发虚拟样板间成了一种新风尚，虚拟样板间不仅造价便宜，而且可以达到多样化、不受现实空间限制、无浪费等效果[10]。

相比较室内设计行业，建筑行业与VR技术结合相对较早也相对较完善，室内设计行业可以借鉴其中，“BIM+VR”能够有效合理地将建材归类，将设计与施工参数化，建立必要的模型库数据库可以将设计与施工过程轻量化、高效化、模块化。有效提高设计施工效率，节约成本。VR与BIM技术能够相互弥补，VR技术使BIM模型拥有丰富内涵的同时还具有表现力，BIM技术使VR虚拟空间制作更加井然有序。室内施工环节可通过VR技术提前模拟，施工团队可预先查找施工过程中的不合理及危险操作，有效预防了返工、浪费、操作不规范等情况地发生[11]。

■图1 室内全景效果图

■图2 室内漫游场景截图

2 虚拟现实相关软件发展现状

计算机技术的高速发展，计算能力成指数级提升，给VR技术带来无限可能，各式软件层出不穷，也在各个领域有所专长。

2.1 全景照片类

VR概念的引入，最早被应用于全景照片的领域，用户带着VR眼镜，可以360°无死角地观看场景照片，代表软件平台有720yun、pano2vr、utovr、酷雷曼等，他们大多都是基于Krpano编写，其最大优势就是可以对原始代码进行二次开发，将全景工具界面化、平台化，随着二次开发的深入，全景照片中加入了一些小的动画元素和一些简单交互功能使得用户体验感提升。

2.2 漫游交互类

漫游概念最初被广泛应用于建筑行业，漫游动画可以让消费者、开发商提前了解楼盘情况，但是漫游动画需要逐帧渲染，因此制作周期漫长、成本高昂且缺乏交互。结合VR技术，开发商逐渐开始青睐这种自由度高，交互性良好的方式。代表软件有游戏引擎U3D(unity3D) 和UE4（Unreal Engine 4、虚幻引擎4）、提倡轻量化webvr概念的A-frame、整合BIM技术的dvs3d和fuzor20以及3d图形软件virtools、vizard等[12-13]。其中运用较为广泛的是两款游戏引擎，相较其他软件平台，游戏引擎具有兼容主流建模软件流畅、渲染质量高、速度快、开发从业者多、架构完善、二次开发自由度高等优势。而UE4相较U3D而言,渲染能力有大幅提升，而且对无太多计算机编程语言知识的设计师而言，UE4的蓝图系统，给予了他们极大的方便以实现漫游交互功能的设计开发[14-15]。

3 虚拟现实相关硬件发展现状

3.1 VR眼镜

VR眼镜是最早量产的VR相关设备，其最大优点就是制造简单售价低廉，但是需要配合手机等移动设备进行体验，google公司第一代cardboard系列甚至选用了纸制的外壳，后来的第二代产品在佩戴舒适度上有大幅提高，并支持所有4.5-6英寸手机[17]。韩国品牌推出的Gear VR设备具有不错的外观设计，但是只适配自家Note系列手机，所以适配性不佳。国内公司设计制造的VR眼镜产品起初多为影视相关服务，例如小米VR眼镜和爱奇艺小阅悦系列VR眼镜，起初都是主打全景看片，后来相关游戏App面市后也加入了VR游戏功能[18]。

VR眼镜体验主要依赖适配移动设备的性能，屏幕材质、分辨率、陀螺仪等都会影响体验感，随着设备升级，调节瞳距防重影、适配近视人群等功能优化给用户带来不少便利[19]。

3.2 VR一体机

VR一体机相比较VR眼镜用户的沉浸感更强，不需要适配移动设备，但需要与主机相连接，适配性也更强。市面一体机产品质量参差不齐，主流设备包括HTV的vive系列、Facebook的oculus rift系列、sony的PSVR系列、小米的VR一体机系列、华为的HUAWEI VR Glass系列。将上述产品系列的旗舰机型（全套设备）在画面质量、穿戴方式、交互形式、价格等方面进行比较（表1），结合用户反馈发现HTV vive系列综合表现较为出色，但是华为的设备在未来如果集合了5G传输和自家Iot（物联网）技术的优点，相信会是更出众的产品。

4 虚拟现实于室内设计行业当下技术难点、痛点

4.1 开发流程对硬件要求过高

现阶段室内空间效果展示大多都是单个空间的建模渲染，究其原因就是计算机运行性能跟不上，如果将室内空间搭建完全，大多计算机会出现卡顿甚至死机，渲染时间也会成倍上涨，保存文件的大小也会增加不少，优化图形计算能力以及图形渲染方式是发展的重要环节[20]。

表1 VR一体机主流旗舰产品参数对比

4.2 用户佩戴外设的舒适性不高

现阶段VR 设备净重基本在 500 克左右，并且大多无法实现无线传输和充电，需要依靠数据线和电池等维持设备的正常运行，特别是对于头戴式设备，人体在长时间佩戴的情况下会感到比较吃力，同时其在物理运动的过程当中也易因视觉信息与运动信息不同步而产生眩晕感[21]。

5 VR+室内设计未来发展趋势展望

5.1 软硬件开发升级

为了提高用户的舒适性，无线传输会是刚需，但是上文已阐述漫游文件大小相比原先会扩大不少，因此传输速度是需要考虑的问题。5G时代的到来给传输速度问题带来的解决方案。同时外设硬件存储空间的大小以及其中运算处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，是提高用户体验感的关键[22]。

软件方面，纵观虚拟现实市场,之前极大限制VR技术普及的原因，画面渲染延时导致用户佩戴VR眼镜时会出现眩晕症状，游戏引擎内置的实时渲染技术很大程度改善了上述问题[23]。但是渲染速度还没有完全快于上人类大脑反应速度，所以眩晕情况仍会存在，如何在画质渲染质量和渲染速度上找到平衡点是软件开发者需要重视的难点。

5.2 从业人员技术水平亟需提高

室内设计从业人员需要的专业技能较多，无论是手绘技能、色彩搭配、设计心里学还是软件的掌握都需要一定程度的了解掌握，这往往会让新技术难以应用或是应用不够熟练从而摒弃。在软件技术爆发的年代互联网时代背景下，室内设计行业需要有耐心的跟上步伐，在尖端技术层面寻求突破与融合。

6 结语

计算机技术正高速发展，虚拟现实产品质量也将更加趋向照片级别，软件技术的不断优化使得作品的制作简单化、高效化，硬件舒适性的提高将给用户带来更好的观感体验。室内设计行业与虚拟现实技术更加深入的结合将会给设计施工全流程带来全方面质的提升。