AR智能家居装修系统设计

袁怡杉，王亚鑫，刘 强

(郑州科技学院，河南 郑州 450000)

0 引言

随着经济的发展以及消费水平的提高，人们对居住环境舒适度的要求也越来越高。随着国家政策的实施和房地产行业的发展，全屋装修的规模逐年增加，传统家装行业中存在很多问题，如：装修过程中无故加价，导致客户要投入更多的时间、精力、金钱才能完成装修；行业内没有统一的施工标准和流程，导致建筑材料运输不及时，装修过程偷工减料，存在一定的安全隐患；设计师牟利推销，产生多种回扣现象。为了解决传统家装中存在的各种问题，以AR技术为载体的新型装修模式正飞速发展。

5G时代的来临，AI，AR，VR等技术一起走进我们的生活，让我们对家居环境的想象变得现实化、可视化和智能化。智能化的装修讲究实用性、可靠性、标准性和方便性的综合体验。AR技术讲究真实性、可交互性，是虚拟内容和真实环境的融合。AR技术与智能化装修设计相结合，能够更好地满足客户的需求，带给客户更多体验的同时，帮助客户判断装修效果是否符合实际期望，从而提高客户满意度，减少返工以及对装修方案不满意的问题。

1 AR智能家居装修系统的优势

随着科技的发展及生活水平的提高，人们越来越追求高品质的居住环境，追求高要求的装修品质，因此，以AR技术为载体的新场景化装修将快速发展。越来越多的企业会尝试使用数字化、智能化的技术来多元化、多方位地监测和监控装修过程，以解决装修中出现的一些问题，提供更加丰富的视觉体验来满足不同消费者对装修风格的需求。AR智能家装的运用将大大增加家装的即视感和可控性，提高装修效率的同时增强客户的满意度和参与感。

AR即增强现实技术，它是一种将虚拟信息与真实信息相融合的技术。它综合运用了计算机图形图像技术、多媒体技术、传感技术、网络技术、智能交互等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息相互叠加，从而实现对真实世界的增强[1]。AR智能家居装修系统的优势概括为以下几点。

1.1 科技与装修相结合，让装修智能化

在装修过程中融入现代高科技元素，让装修效果或者客户的构想蓝图可视化。加入的科技元素即AR技术，因为AR可以提供图像识别、场景识别和特征跟踪等多种技术，可以对家居物品进行一系列三维重建，将虚拟的家具模型添加到真实场景中，通过可用的移动平台对家具进行准确的位置摆放和尺寸调整。传统的家居装修设计只能给用户展示设计效果图纸，相比而言，AR智能家装的视觉观看效果更立体、形象更直观。所以，通过AR技术和家居装修相结合的方式，可以使用户足不出户也能全方位地感受装修后真实的效果，也可以随着用户产生的想法随时更换装修风格，让用户不再纠结装修设计的选择。

1.2 提高家居产品的利用率，减少设计的成本和时间

AR技术与装修结合可以有效地提高家居产品的利用率，在根据用户装修需求进行设计的同时，节省设计的成本和时间，也节省了用户的选择和纠结时间。用户只需要通过AR软件就能实现自由搭配家具的想法，感受到最终的装修效果，不必再与设计师费力沟通和挑选风格，随时探讨，随时修改，让家居设计师也直接受益。家居设计师利用AR技术后可以有效解决了一些装修难题，不仅能优化装修设计方案，还缩短了设计和修改时间。技术人员用相对应的软件制作出三维家居物品后，再结合AR技术，可以让用户真正地实现在装修之前看到设计之后的房屋装修效果。

1.3 AR智能家居更好地满足了不同装修人群的需求

消费者的需求五花八门、多种多样，在进行房屋装修时，让客户更直观地看到装修效果是当下各大企业的共同追求。如今，由于中国经济增长方式的改变，市场经济快速发展，许多家庭已经脱贫致富。中国人均收入水平的提升不但促进了消费结构的提升，同时对住宅环境的品质和装饰格调也提出了更高的要求。越来越多的用户在装修时要求人性化和高级感，对公司的服务标准要求也日益提升。家居文化和个性化风格已经成为消费者装修的潮流，这样进一步扩大了家装的市场需求规模，而且对装修的质量和很多细节提出了更高的要求，促进家装行业不断改进和创新，更好地提升用户对装修的满意度，进而提升家装公司的品牌效应。

2 AR智能家居装修系统的设计思路

2.1 模块划分

基于AR技术的智能家居装修系统设计，以三维家居模型为场景，实现漫游、交互等功能，大致划分为4个模块(见图1)。

图1 模块划分

(1)采集模块：采集房屋参数信息，包括户型、面积大小、房屋拐角的详细数值、门窗朝向、水管及电线走向等，发送到服务端。

(2)匹配模块：获取服务端发送的信息，进行特征匹配，从数据模型库中匹配出能够符合户型、尺寸大小的装修方案。数据模型库中三维模型的来源将采用现有的建模软件自主建模或者专业素材网站，其中一套三维家装模型为一个集合，单个元素可进行拆分。模型库中的模型进行合理分类方便管理(见图2)。数据匹配时，提取房屋明显的特征进行由易到难、由粗到细的优先级的对比，相互配合，逐轮筛选(见图3)。

图2 分类设计

图3 优先级信息

(3)查找模块：从各种符合条件的方案中查找出最适合的装修方案，调用三维数据模型库，利用关键词搜索功能可以查看单个的家具元素，可选择是否提取替换，最终确定完整的装修效果图。

(4)渲染模块：对AR智能家居识别系统最终结果进行三维可视化渲染，即可完成[2]。

2.2 实现流程

2.2.1 数据模型库的搭建

收集不同房屋不同装修风格的设计方案，利用3ds Max、MAYA或者专业的素材网站进行建模。对室内空间进行装饰，即对纹理贴图的设计，纹理贴图采用Substance Painter制作。建模是对整个三维家居场景建模，保证装修风格上的统一。但该三维场景是可拆分的，一个场景为一个集合，产品元素相互独立，方便个性化设计。每个户型都制作几种不同风格的家居场景，且都对应一张CAD图纸用于特征匹配。

2.2.2 制作CAD图，调整比例

数据采集一般是由客户提供户型图，设计师制作CAD图，对比例进行严谨的调整。将图纸放到数据库中进行匹配，得到目标模型。将FBX格式的家居模型导入Unity，制成预制体。将家居模型拖拽到场景中，在此场景中添加摄像机以及第一人称控制器，其中包含控制场景角色视角变换、移动旋转、交互、布局调整等功能的C#脚本。交互是指对场景中家居产品的交互，包括开关灯、开关电视、坐沙发等。布局调整是指对客厅、厨房、卧室、卫生间、书房等空间的布局调整，包括更换瓷砖、墙壁装饰物、衣橱和床的款式等。注意在场景中的物体上加上Rigidbody刚体，Collier碰撞体，防止穿模，影响体验感[3]。

2.2.3 该系统的展示

该系统的展示方式分为两种：一种是导至移动端，这里只支持Android安卓系统，通过摇杆控制人物移动对整个场景进行浏览，通过对界面中放置的button按钮对家具进行替换。另一种是将虚拟场景借助移动设备摄像头及屏幕进行增强现实展示。AR的实现设计师需要在unity导入插件。制作Mark标志，通过图像识别技术识别摄像头拍到的画面，判断Mark标志是否存在，存在则将家居模型与标志中的空间坐标对齐，然后显示三维模型。

2.2.4 系统的界面UI设计

关于系统的界面UI设计，创建画布Canvas，设置合适的参数，调整为屏幕自适应。在Canvas控件下创建一个Panel控件，添加需要的控件按钮，主要用于家居产品的替换、场景的切换等。UI界面与操作场景进行链接，实现点击按钮的场景跳转[4]。

2.3 AR智能家居识别系统

该部分展示的是模拟人物在三维家居场景中的漫游和操作方法(见图4)。

图4 AR识别操作

(1)方向键设计：可对场景中人物进行移动，贴近现实中人在房间走动的感觉，增加代入感。展示视角为第一人称视角，其中可对视角进行切换。

(2)装饰修改设计：可以对场景中的单个元素进行修改、选择替换或者删除。点击替换会弹出装饰栏，对装饰栏的物品进行搜索，查找心仪的模型对场景中的模型进行替换。点击删除则直接删除。

3 结语

相比传统的装修手段，AR智能化家居摆脱了冰冷的样板间、统一的装修套路、不变的色彩搭配、俗套的软装摆饰等，因此AR智能化家居无疑是一种新的发展潮流。虽然AR的终端设备并不像VR领域那样已经被普遍认识，但是随着5G时代的来临，越来越多结合手机的AR显示设备出现，全球超过35亿部智能手机的用户都是AR技术的潜在客户。AR会迎来更大的技术变革和更多的市场机遇。加上互联网多元化的推广，例如抖音视频、官网推荐、快手营销、公众号等，大众有更多的渠道能够了解到AR智能家居系统，从而扩大用户群体，提升品牌效应，带动更多的经济效益。