基于MR技术的建筑室内设计研究与应用

许 超 Xu Chao

(湖南环境生物职业技术学院生态宜居学院，湖南衡阳 421005）

建筑室内设计是一项对空间技术要求较高的设计门类，随着设计理念的不断更新与创新要求的不断增强，建筑室内设计也有了更高的要求。但在目前的实际操作中，存在着可视化与互动性较差等问题，如空间设计效果、工艺内部结构等专业核心问题与大多通过效果图图片、模型、视频等常规模式展示在空间结构表现力不足与可视化较差等问题，从而影响设计人员专业能力与设计水平的提升。实景化与实操性较差也会导致设计与实际操作脱节，因此严重束缚设计人员的动手能力与创新能力的培养。运用MR技术进行建筑室内设计并进行展示模式更新，是当下建筑室内设计的大势所趋。

1 混合现实(MR）技术概述

1.1 混合现实(MR）技术简介

混合现实(MR）技术包括增强现实与虚拟现实，混合现实技术能够将现实和虚拟世界进行合并，从而产生新的可视化环境。在新的可视化环境里，物理和数字对象能够形成共存，并以此形成现实交互以及达到实时交互效果。在VR以及AR技术发展的基础上，混合现实应运而生，可以将此项技术看做这两项技术的融合与增强。欧美国家率先将此项技术投入教育领域之中，并建立了综合实训系统。此项技术能够建造一个虚拟与现实相结合的混合虚拟环境，让师生都在这个完全拟真的环境中进行教育教学活动与实际训练，并进行技能的提升以及教育教学核心素养的锻炼。能够弥补在传统的教育教学中所欠缺的环节，促进教育教学水平的大幅度发展。我国在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中对目前的高精尖技术做出了发展要求与相关指示，对于智能系统、新一代科技信息发展以及虚拟现实与互动影视等新兴产业与技术的创新增长提出了相关要求与规范。以混合现实技术为基础的人机互动、虚拟现实、数据网络、高效通信以及基于混合现实的虚拟环境试验等，为此项技术的发展增添了新的技术支持与动力支持[1]。

1.2 VR、AR技术在设计领域的应用与发展

当运用于教育教学实践中时VR、AR技术能够打破传统室内设计方式与方法的束缚，力求构建信息化设计环境，为多样化设计手段提供了条件。而AR技术是在VR技术的基础上发展而来的，AR技术相较于VR技术能为设计工作提供更为直观、交互和探索式的操作环境，并在具体的设计活动中创造虚实结合的情景，对强化课堂教学有较好的辅助作用。欧美国家早在上世纪就已经将AR技术同教育教学以及相关试验技术相结合，针对用户的体验进行相关优化与改进，以便得到更好地体验效果与操作方式。AR技术在发展中也产生了多样化演变与相关进步，在具体的使用中，AR技术能够深入设计领域的各个方面，通过其现实展现优势为设计人员提供高效的可视化理解与技术支持。还能够帮助设计人员直观地提出设计要求与相关理念，拉近设计人员与其职业或作品间的融合感，更容易形成相关的互动与理解[2]。

1.3 MR技术在设计领域的应用与发展

混合现实是在虚拟现实（VR）技术和增强现实（AR）技术的基础上发展与进步才出现的一项新技术，相对于其他两项技术来看，混合现实（MR）通过穿戴智能硬件可将现实环境与虚拟环境完美的相互融合，其超强的真实感和互动性为设计与演练提供无限种可能。该技术一经出现，就得到了设计领域的极大关注。同时，在教学应用、实验室创设、实训技能培训等方面取得了较好的应用效果。欧美国家已经进行设计并开发了一个模拟超声（US）检查的“基于MR的混合交互系统”，该系统能够将物理超声体模和软件应用程序与3D虚拟场景相结合，来训练医学生的空间感知能力和手眼协调能力。通过CT扫描、渲染体模获取其内部结构的几何信息；虚拟探针中嵌入的追踪器，能实时跟踪并显示所有渲染对象的位置（方向）。医学生可以在3D虚拟场景中通过人机交互从不同角度观察器官的切面或整体，以此训练精确定位探针位置（方向）和规划其轨迹，显著提高诊断疾病的准确性。美国纽约大学学者已经开发了可以集成AR技术、对视觉的控制和触摸屏交互功能，为学习者创造了随时随地深度参与的学习场所。通过移动设备的摄像功能，捕获实验室的实时画面，并投射出与实验台相连的3D虚拟场景，设计者可以拖拽和点击触摸屏直接操纵虚拟实验。在MR环境中，实验轻松有趣，既不会因操作失误造成人身事故，又能减少对软硬件设备的要求。而在建筑、室内领域，借助全息MR设备，从业者可以看到3D设计模型在真实环境中的全貌。该环境能为受训者提供直观真实的学习体验，对提高特定职业技能、促进理解建筑设计具有重要作用[3]。

图1 VR、AR、MR技术示意图

图2 MR技术构造的虚拟建筑世界

1.4 MR技术在我国的发展现状与基础

国内对于AR技术的研究始于20世纪80年代，相对于国外起步较晚，但发展迅速。近年来，我国的虚拟现实产业发展迅速，从VR到AR再到MR的技术进步，在商业、文旅、展览展示、建筑等行业得到广泛的应用。增强显示技术已经运用在了教育、商业、电子科技等各个领域，中建一局使用MR混合现实技术建成世界首座匈奴历史博物馆——昭君博物馆，实现MR技术在中国工程领域的首次应用。在教育教学领域，近年来较多的学者和一线教师积极投身VR、AR、MR的理论研究与教学实践。因VR与AR技术的发展历程较久且各项技术较为完备，所以在各个领域的实际应用中出现了较多成果，混合现实技术作为一项新兴技术，对于提升设计水平、优化设计过程以及改善设计环境等方面具有重要意义，但还需进行进一步完善与发展，增强此项技术的现实意义[4]。

2 MR技术在建筑室内设计领域中应用的优势与现存问题

基于此项技术的建筑室内设计方式与模式相比于传统设计模式存在诸多优点，但在现存的发展过程中仍面临着一些问题，需要进行科学合理的建筑室内设计结合MR技术的模式建立与完善。

2.1 高效精准解决设计人员的主体诉求

当前的建筑室内设计具体操作与设计流程中，设计门类纷繁复杂且要结合室内设计的具体发展方向与特点，对技术的要求较高且对于室内设计的从业者及操作经验较少的人员来讲，设计内容较为枯燥并难以进行理解，知识掌握的难度无形之中增加。利用MR技术，能够将原本的文字形态或设计形态进行立体化与可视化，在增强设计与阅读、理解效率的同时，增强可视性与互动性，建立真实客观的环境体验，并将设计内容等进行形象化、高度可视化，将原本较为复杂的内容进行虚拟可视并简单化处理，能够大幅度提升效率，以便设计人员进行建筑室内设计的构造与工作[5]。

2.2 职业情境的模拟还原

MR技术能够帮助设计人员进行实际情景的模拟与还原，提供了更多的操作可能性与模拟性，并且能够在建筑室内设计的各个阶段进行分别模拟与效果评价，在设计效率与实际效果等方面有了大幅度提升与进步。让设计人员在共享全息的情境下体验到设计目标的全方位实践，并更好地参与到具体实践的各个方面中去，沉浸式的模拟与实践能够使设计人员快速进入工作状态，并及时发现问题、解决问题，促进建筑室内设计设计水平的进一步提高[6]。

2.3 教学资源更新与教学数据库建立

在建筑室内设计的MR技术融合操作中，建立设计的全面数据库并进行阶段性对比与验收是一项重要的工作，能够实现移动智能终端的交互设计及展示方式，让学生在学习与复习中更好地还原整体的设计过程与理念完善过程，提升设计效率的同时对设计的过程进行可持续性的回顾与进步，加强此项技术运用的意义与持续性[7]。

2.4 MR技术投入建筑室内设计研究的意义与作用

MR技术是一项高效的全息模拟技术，能够以真实信息与虚拟环境为基础来构造虚拟抽象的知识与相关概念，提供给设计人员一种全新的体验和沉浸的环境，达到建构设计目标与过程的目的，这一研究过程本身已突破了传统建筑室内设计模式的局限性。MR技术在建筑室内设计的具体操作模式与方式等方面的理论研究，为未来相关操作与设计的研究提供更多的理论参考。一方面有助于探索出MR技术在建筑领域发展的新优势，实现设计形式的多样化，开发出适合MR技术应用的建筑室内设计方式方法策略和建造模型，促进建筑室内设计专业模式改革与水平提升；另一方面，MR技术与建筑室内设计等专业教学的结合，在实际的教学实践之中，通过MR的先进技术，可以对于时间与空间等画面场景进行重新构造与建设，相较于以往的各项工艺材料、施工技术以及设计流程等客观限制有着重要的变革意义，对于设计人员专业知识的掌握与技术技能的提升也有着鲜明的作用，能够更快地帮助设计人员提升操作的熟练度与设计水平，对建筑室内设计水平的提升以及建筑室内设计行业的发展具有重要的现实意义[8]。

2.5 MR技术在室内设计的具体应用中现存的各项问题

因MR技术固有的各种特性，其在全息投影与设计中使用到的全息处理单元、光学投影系统以及成像系统等，虚拟系统的建立在完成3D设计的同时，高度还原真实的场景并进行匹配。但如果匹配不合理或配置达不到相关要求，虚拟界面就会产生视觉反差并形成强烈的眩晕感，影响人的观感与教育教学操作的开展。同时因受到视觉反差以及硬件设备等影响，如果此项技术发生延迟或匹配差异，则会影响大脑对于成像的接受与判断，产生眩晕感与运动延迟。虚拟现实系统在发展的同时，硬件设施是一项重要方面，虽然近些年来硬件设备随系统的发展而不断进步，但基于此项技术的室内设计制作周期与使用周期较长，存在一些技术上与匹配上的问题，但随着此项技术的迅猛发展，势必会发生阶段性改变。

3 MR技术在建筑室内设计中的实际应用研究

3.1 运用在线设计平台进行全屋漫游与设计

MR技术能够进行全息投影，将整体设计目标进行在线设计与在线展示，在室内设计的各个阶段都能够进行使用。可以帮助设计人员更快地接触到设计搭配以及室内空间效果的生成，对于室内设计的各项分部都能够进行全屋漫游，更好地进行直接化的视觉体验，并大幅度提升设计人员的新鲜感与自我获得和成就感。

3.2 基于VR技术对信息资源的整合与总体设计资源的丰富

在目前建筑室内设计的发展中，最重要的是创新与运用，设计方案带头人可以使用此项技术进行设计方案的各项展示与讲解、回顾设计过程，利用新技术庞大的技术库与展示功能，提升设计人员的体验感并进行强大的资源整合与利用，开拓整体的设计思维。随着各项技术的快速发展，建筑室内设计领域势必要进行总体设计资源的革新与进步。同时，各类人员可以通过新技术平台进行思维的开拓与平台的搭建与拓展，模拟各个方案与特色方案的具体环境与各项内容的交互系统，从而做到设计方案水平与设计人员水平的双重进步与提升[9]。

3.3 提供有效的信息支持与提升

虚拟混合技术能够为在线虚拟设计方案的创建提供有效的建筑室内设计整体信息支持，可以利用科学技术作为整体设计环境的有效支撑，并利用多方位的数字技术进行交互，协调设计人员与设计方案之间的联系。与此同时，人工智能、传感器、大数据分析等技术都成为MR技术的辅助组成部分并发挥着重要作用，利用各项技术的整体集合与发挥作用，能够构建高效快速且全面化的设计环境。虚拟现实技术还可以将虚拟对象置于混合空间之中，促进多方交流合作，便于问题与建议的指出，提升各个设计阶段间的交流，促进设计人员的参与性、积极性和交互性，提升各项技能的熟练程度[10]。

3.4 提升模拟与交互性

虚拟混合技术在建筑室内设计方面有着重要的模拟与交互优势，设计有着很强的显示性与交互性，虚拟混合现实技术能够让设计人员直观地进行各项信息的观看与反馈，转变常规传统设计的具体形式，改善设计方式的同时进行真实的情景设计体验，增强技术发展与研究的主动性。

4 结语

未来科技创新始终聚焦在虚拟现实上，混合现实技术将会为未来科技与设计领域提供更多的帮助、发挥更大的作用，未来的混合现实技术在建筑室内设计领域的发展前景也将会越来越广阔。应当贯彻落实对于发展混合现实技术与设计方式相结合的总体设想，促进混合现实技术与现实的具体结合，为建筑室内设计带来全新的设计体验与进步。