虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究

■陳 浩，鐘世祿 Chen Hao & Zhong Shilu

(南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇南京 210037）

2018年一部名為《頭號玩家》的好萊塢大片席卷全球，再次將大眾的目光聚焦到虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）上，觀影者們希望未來也能夠像電影里一樣，只需簡單裝備便可暢游虛擬世界。VR技術(shù)再次成為各界熱議的話題，繼互聯(lián)網(wǎng)+之后，VR+有一次掀起各行業(yè)融合創(chuàng)新地?zé)岢薄?/p>

室內(nèi)設(shè)計行業(yè)發(fā)展至今，早已形成了一條涵蓋談單、設(shè)計、預(yù)算、制造、安裝、排單制造、后期維護等完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。但是在當下這個追求效率和用戶體驗的高競爭性的環(huán)境中，房租壓力、勞動力成本、材料費用、客戶的審美追求等，都使行業(yè)內(nèi)的商家感到巨大壓力。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入，似乎對綜合成本的降低、提高客戶體驗感有所幫助。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)相關(guān)從業(yè)者普遍將2016年定義為VR元年，那時虛擬現(xiàn)實剛剛進入大眾視野，確實在科技界掀起了不小的浪潮，隨著資金的涌入，不少VR相關(guān)軟硬件應(yīng)運而生，但是受限于當時計算機綜合能力不足，用戶體驗感差、缺少現(xiàn)象級應(yīng)用程序，虛擬現(xiàn)實的熱度急速下降，甚至一度被定義為“偽需求”。時至今日，5G（第五代移動通訊技術(shù)）、高性能的GPU(圖形處理器)、CPU（中央處理器）、數(shù)顯設(shè)備等技術(shù)的出現(xiàn)與高速發(fā)展，之前的技術(shù)壁壘被逐個擊破，VR再次成為技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的佼佼者。

1.1 虛擬現(xiàn)實發(fā)展歷史

最早的VR技術(shù)可以追溯到1956年，莫頓·海利希（Morton Heilig）設(shè)計制造了名為“Sensorama”的全傳感仿真機器，一臺集顯示、氣味、立體聲、震動座椅于一體的機器，其功能只局限于固定影片的播放，類似于現(xiàn)在的6D電影技術(shù)。1968年，被譽為“計算機圖形學(xué)之父”“虛擬現(xiàn)實之父”的Ivan Sutherland研發(fā)制造的Sword of Damocles（達摩克利斯之劍），該設(shè)備的出現(xiàn)被認為是虛擬現(xiàn)實設(shè)備的真正開端[4]。之后的幾十年時間里，各家科技公司都開始涉足虛擬現(xiàn)實軟硬件的開發(fā)，運用場景也從最初的影視衍生至軍事、游戲等領(lǐng)域。

2016年是虛擬現(xiàn)實生態(tài)極具里程碑意義的一年，Oculus、HTC、三星發(fā)布了跨時代版本的頭戴式VR設(shè)備，與此同時Intel、高通等行業(yè)頭部企業(yè)著手開發(fā)適配VR設(shè)備的高性能芯片，Unity、Blender、CryEngine、Source等游戲引擎也宣布全面支持VR，各類互聯(lián)網(wǎng)公司也開發(fā)具有代表性的VR應(yīng)用程序。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，VR給各行各業(yè)都插上了想象的翅膀。

1.2 室內(nèi)設(shè)計相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

綜合行業(yè)產(chǎn)品與學(xué)術(shù)研究成果看，室內(nèi)與建筑產(chǎn)業(yè)鏈中，設(shè)計環(huán)節(jié)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)最為適配[5]。作為設(shè)計師，如何向客戶表達清楚自己的設(shè)計理念，讓沒有專業(yè)知識的客戶理解并且接受所做的設(shè)計，設(shè)計效果的表現(xiàn)方式尤為重要。VR技術(shù)還未出現(xiàn)時，設(shè)計師與客戶交流方案主要依靠手繪、效果圖、平面布局等等二維圖片，客戶很難從單一角度的圖片中完全明白設(shè)計師所述內(nèi)容，更難根據(jù)圖片提出有效修改意見，這樣呈現(xiàn)的最終產(chǎn)品就成了設(shè)計師的設(shè)計，而不是客戶的真正內(nèi)心所想[6]。

隨著VR技術(shù)的引入，全景效果圖的出現(xiàn)讓用戶體驗上升了一個檔次，用戶可以360°全景式地查看設(shè)計成果(圖1)，突破了二維靜態(tài)圖片的束縛，對設(shè)計有了更深層次地理解，該技術(shù)同時支持pc（personal computer，個人電腦）端與移動端，較為方便[7]。制作難度與單角度效果圖相比并無太大提升，運用較為廣泛。

游戲引擎的發(fā)展讓室內(nèi)交互漫游成為可能，國內(nèi)外不少科技公司和個人設(shè)計師運用游戲設(shè)計軟件制作出室內(nèi)漫游程序，客戶可以通過佩戴VR頭盔等設(shè)備身臨其境般沉浸式體驗室內(nèi)空間（圖2）?？蛻艨梢酝ㄟ^移動觀察每一處的設(shè)計細節(jié)并提出個人修改意見，設(shè)計師也可以通過外部顯示設(shè)備一同漫游，隨時講解個人的設(shè)計思路，甚至可以通過外部調(diào)試，實時修改設(shè)計方案供客戶挑選[8]，有效提高了方案敲定效率。這種新的表現(xiàn)形式可以創(chuàng)造出超前的、充滿科技感的設(shè)計體驗，將智能家居、人工智能加入傳統(tǒng)設(shè)計之中，讓客戶超前體驗新興產(chǎn)品，不僅能夠提升客戶體驗感還能有效推動智能產(chǎn)品的銷售與創(chuàng)新[9]。

樣板房一直是各大開發(fā)商用于吸引顧客重要工具，所以不少開發(fā)商不惜花費重金用于樣板房的搭建，但是銷售結(jié)束之后，樣板房內(nèi)的昂貴的家具和建材只能閑置轉(zhuǎn)讓，這無疑是一種浪費。隨著VR技術(shù)的運用，開發(fā)虛擬樣板間成了一種新風(fēng)尚，虛擬樣板間不僅造價便宜，而且可以達到多樣化、不受現(xiàn)實空間限制、無浪費等效果[10]。

相比較室內(nèi)設(shè)計行業(yè)，建筑行業(yè)與VR技術(shù)結(jié)合相對較早也相對較完善，室內(nèi)設(shè)計行業(yè)可以借鑒其中，“BIM+VR”能夠有效合理地將建材歸類，將設(shè)計與施工參數(shù)化，建立必要的模型庫數(shù)據(jù)庫可以將設(shè)計與施工過程輕量化、高效化、模塊化。有效提高設(shè)計施工效率，節(jié)約成本。VR與BIM技術(shù)能夠相互彌補，VR技術(shù)使BIM模型擁有豐富內(nèi)涵的同時還具有表現(xiàn)力，BIM技術(shù)使VR虛擬空間制作更加井然有序。室內(nèi)施工環(huán)節(jié)可通過VR技術(shù)提前模擬，施工團隊可預(yù)先查找施工過程中的不合理及危險操作，有效預(yù)防了返工、浪費、操作不規(guī)范等情況地發(fā)生[11]。

■圖1 室內(nèi)全景效果圖

■圖2 室內(nèi)漫游場景截圖

2 虛擬現(xiàn)實相關(guān)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

計算機技術(shù)的高速發(fā)展，計算能力成指數(shù)級提升，給VR技術(shù)帶來無限可能，各式軟件層出不窮，也在各個領(lǐng)域有所專長。

2.1 全景照片類

VR概念的引入，最早被應(yīng)用于全景照片的領(lǐng)域，用戶帶著VR眼鏡，可以360°無死角地觀看場景照片，代表軟件平臺有720yun、pano2vr、utovr、酷雷曼等，他們大多都是基于Krpano編寫，其最大優(yōu)勢就是可以對原始代碼進行二次開發(fā)，將全景工具界面化、平臺化，隨著二次開發(fā)的深入，全景照片中加入了一些小的動畫元素和一些簡單交互功能使得用戶體驗感提升。

2.2 漫游交互類

漫游概念最初被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，漫游動畫可以讓消費者、開發(fā)商提前了解樓盤情況，但是漫游動畫需要逐幀渲染，因此制作周期漫長、成本高昂且缺乏交互。結(jié)合VR技術(shù)，開發(fā)商逐漸開始青睞這種自由度高，交互性良好的方式。代表軟件有游戲引擎U3D(unity3D) 和UE4（Unreal Engine 4、虛幻引擎4）、提倡輕量化webvr概念的A-frame、整合BIM技術(shù)的dvs3d和fuzor20以及3d圖形軟件virtools、vizard等[12-13]。其中運用較為廣泛的是兩款游戲引擎，相較其他軟件平臺，游戲引擎具有兼容主流建模軟件流暢、渲染質(zhì)量高、速度快、開發(fā)從業(yè)者多、架構(gòu)完善、二次開發(fā)自由度高等優(yōu)勢。而UE4相較U3D而言,渲染能力有大幅提升，而且對無太多計算機編程語言知識的設(shè)計師而言，UE4的藍圖系統(tǒng)，給予了他們極大的方便以實現(xiàn)漫游交互功能的設(shè)計開發(fā)[14-15]。

3 虛擬現(xiàn)實相關(guān)硬件發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 VR眼鏡

VR眼鏡是最早量產(chǎn)的VR相關(guān)設(shè)備，其最大優(yōu)點就是制造簡單售價低廉，但是需要配合手機等移動設(shè)備進行體驗，google公司第一代cardboard系列甚至選用了紙制的外殼，后來的第二代產(chǎn)品在佩戴舒適度上有大幅提高，并支持所有4.5-6英寸手機[17]。韓國品牌推出的Gear VR設(shè)備具有不錯的外觀設(shè)計，但是只適配自家Note系列手機，所以適配性不佳。國內(nèi)公司設(shè)計制造的VR眼鏡產(chǎn)品起初多為影視相關(guān)服務(wù)，例如小米VR眼鏡和愛奇藝小閱悅系列VR眼鏡，起初都是主打全景看片，后來相關(guān)游戲App面市后也加入了VR游戲功能[18]。

VR眼鏡體驗主要依賴適配移動設(shè)備的性能，屏幕材質(zhì)、分辨率、陀螺儀等都會影響體驗感，隨著設(shè)備升級，調(diào)節(jié)瞳距防重影、適配近視人群等功能優(yōu)化給用戶帶來不少便利[19]。

3.2 VR一體機

VR一體機相比較VR眼鏡用戶的沉浸感更強，不需要適配移動設(shè)備，但需要與主機相連接，適配性也更強。市面一體機產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，主流設(shè)備包括HTV的vive系列、Facebook的oculus rift系列、sony的PSVR系列、小米的VR一體機系列、華為的HUAWEI VR Glass系列。將上述產(chǎn)品系列的旗艦機型（全套設(shè)備）在畫面質(zhì)量、穿戴方式、交互形式、價格等方面進行比較（表1），結(jié)合用戶反饋發(fā)現(xiàn)HTV vive系列綜合表現(xiàn)較為出色，但是華為的設(shè)備在未來如果集合了5G傳輸和自家Iot（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)的優(yōu)點，相信會是更出眾的產(chǎn)品。

4 虛擬現(xiàn)實于室內(nèi)設(shè)計行業(yè)當下技術(shù)難點、痛點

4.1 開發(fā)流程對硬件要求過高

現(xiàn)階段室內(nèi)空間效果展示大多都是單個空間的建模渲染，究其原因就是計算機運行性能跟不上，如果將室內(nèi)空間搭建完全，大多計算機會出現(xiàn)卡頓甚至死機，渲染時間也會成倍上漲，保存文件的大小也會增加不少，優(yōu)化圖形計算能力以及圖形渲染方式是發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[20]。

表1 VR一體機主流旗艦產(chǎn)品參數(shù)對比

4.2 用戶佩戴外設(shè)的舒適性不高

現(xiàn)階段VR 設(shè)備凈重基本在 500 克左右，并且大多無法實現(xiàn)無線傳輸和充電，需要依靠數(shù)據(jù)線和電池等維持設(shè)備的正常運行，特別是對于頭戴式設(shè)備，人體在長時間佩戴的情況下會感到比較吃力，同時其在物理運動的過程當中也易因視覺信息與運動信息不同步而產(chǎn)生眩暈感[21]。

5 VR+室內(nèi)設(shè)計未來發(fā)展趨勢展望

5.1 軟硬件開發(fā)升級

為了提高用戶的舒適性，無線傳輸會是剛需，但是上文已闡述漫游文件大小相比原先會擴大不少，因此傳輸速度是需要考慮的問題。5G時代的到來給傳輸速度問題帶來的解決方案。同時外設(shè)硬件存儲空間的大小以及其中運算處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，是提高用戶體驗感的關(guān)鍵[22]。

軟件方面，縱觀虛擬現(xiàn)實市場,之前極大限制VR技術(shù)普及的原因，畫面渲染延時導(dǎo)致用戶佩戴VR眼鏡時會出現(xiàn)眩暈癥狀，游戲引擎內(nèi)置的實時渲染技術(shù)很大程度改善了上述問題[23]。但是渲染速度還沒有完全快于上人類大腦反應(yīng)速度，所以眩暈情況仍會存在，如何在畫質(zhì)渲染質(zhì)量和渲染速度上找到平衡點是軟件開發(fā)者需要重視的難點。

5.2 從業(yè)人員技術(shù)水平亟需提高

室內(nèi)設(shè)計從業(yè)人員需要的專業(yè)技能較多，無論是手繪技能、色彩搭配、設(shè)計心里學(xué)還是軟件的掌握都需要一定程度的了解掌握，這往往會讓新技術(shù)難以應(yīng)用或是應(yīng)用不夠熟練從而摒棄。在軟件技術(shù)爆發(fā)的年代互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，室內(nèi)設(shè)計行業(yè)需要有耐心的跟上步伐，在尖端技術(shù)層面尋求突破與融合。

6 結(jié)語

計算機技術(shù)正高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品質(zhì)量也將更加趨向照片級別，軟件技術(shù)的不斷優(yōu)化使得作品的制作簡單化、高效化，硬件舒適性的提高將給用戶帶來更好的觀感體驗。室內(nèi)設(shè)計行業(yè)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)更加深入的結(jié)合將會給設(shè)計施工全流程帶來全方面質(zhì)的提升。