虛擬現實技術在室內設計中的運用

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摘要:文章首先簡單地描述了什么是虛擬現實，然后從其特點出發介紹了虛擬現實技術的多感知性、沉浸性、交互性以及構想性。進而延伸了虛擬現實在技術上的運用與發展。并簡單介紹了虛擬現實在室內設計的運用和作用。

關鍵詞：虛擬現實技術；特征；虛擬現實的分類；關鍵技術；室內設計

虛擬現實技術是多種技術的共同運用，借助了網絡技術、多媒體技術、模擬現實、多感知和自然技能；使用計算機圖形學與仿真技術結合模擬真實的環境；使用傳感器技術將模擬的環境與人的感知相連接，實現包括視覺感知還有觸覺、聽覺、力覺、味覺和嗅覺等感知的模擬。使用戶能夠使用自然技能包括用戶自身的眼睛轉動、手部動作或者其他的行為動作，通過計算機識別這些動作并實時地反饋到人的五官，完成用戶與虛擬空間的互動。[1]虛擬現實技術中所需要研究的是利用計算機圖形學技術來建立實時的三維視覺效果，運用虛擬現實來增強科學技術領域的研究和開發，建立對虛擬世界的觀察界面。

一虛擬現實技術

1什么是虛擬現實技術

虛擬現實（VirtualReality，VR）1989年由美國的JarnLanier正式提出。最初運用在20世紀60年代的美國，主要集中在美國軍方對宇航員和飛機駕駛員的模擬訓練。后來美國軍隊費用減少，這個技術逐漸在民間傳開。虛擬現實發展到現在為人熟知，受很多體驗者的喜愛，很大一部分原因是由于它可以運用計算機技術創造出一個與現實環境相仿的模擬環境，并且用戶可以親身體驗。比如美國開發了一個虛擬現實的游戲系統，這個游戲系統利用了人工智能技術，有效地增加了娛樂性、挑戰性和真實性。VR技術運用非常廣泛，其發揮的作用也不容忽視。比如虛擬現實技術在醫療方面的教學上可以建立虛擬的人體模型，這有利于學生了解學習人體的結構，從而提高今后的實踐能力。虛擬現實在娛樂方面的運用也很廣泛，芝加哥開放了世界上第一臺大型的，可以供多人使用的VR娛樂系統。虛擬現實技術在室內設計領域的作用也很大，虛擬現實有利于提高設計和規劃的效率和質量，因為利用虛擬現實技術，設計師可以把自己的設計變成看得見的虛擬物體和環境，設計師還可以任意變換自己在房間的位置來全方位觀察設計的效果，這不僅為設計師節約了時間還節省了做模型的費用。

2虛擬現實技術的特征

虛擬現實技術按其特點可以概括地分為多感知性、沉浸性、交互性和構想性。虛擬現實模擬了人的聽覺、視覺、觸覺等感官器官，用戶沉浸在虛擬環境中，并且運用這些感官在虛擬的環境中進行溝通和交流。虛擬現實技術創造了一個虛擬的、真實的環境。（1）虛擬現實的首要特性是多感知性，虛擬現實技術的成長最終應到達一切人類所擁有的感知功能；這種多感知性包含了計算機自己的視覺感覺屬性之外，還有人在現實生活中所具有的聽覺、味覺和嗅覺等。（2）虛擬現實的主要特征是沉浸性。是指用戶存在于計算機生成的虛擬環境中的真實程度，它致力于在三維的虛擬環境中創造出一種身臨其境的感覺，使人難以分辨真假。這可以通過逼真的照明、變換場景中的視點以及虛擬環境中的音響效果來達到。使用戶在虛擬環境中觸摸到的、看到的、聽到的、感覺到的與真實環境感知到的完全一樣。（3）虛擬現實所具有的特征其次是交互性。是指用戶能與虛擬環境中的物體相互作用，用戶可以操作這些物體。比如當用戶操作環境中的任何物體時，用戶會直接感受到觸摸感，能夠感受到物體的大小、重量、體積，這種“互動”與真實世界的交戶一模一樣。（4）虛擬現實技術還具有構想性。構想性是指用戶融入到虛擬環境并依靠自己的認知和感知能力來獲取新的知識，虛擬技術具有廣闊的想象空間，可以構想不存在的環境，能夠提高感性和理性的思維。用戶在虛擬環境中可以根據自己的認知發揮人本身的想象力和創造力，學會新的理論和知識。所以說虛擬現實具有啟示和再創造的作用，是一個學習——創造——再學習——再創造的過程。

3虛擬技術的分類

由于VR所傾向的特征的存在差別，虛擬現實技術又細分為桌面虛擬現實系統、沉浸的虛擬現實、增強現實性的虛擬現實和分布式虛擬現實系統。(1)桌面虛擬現實系統成本相對較低，但是也有其缺點，因受到身邊真實環境的影響，它的沉浸性比較差，但是在這幾個系統中是普及最廣的。它需要一個虛擬環境產生器，用戶通過計算機的屏幕或者投影器來觀察。我們常見的桌面虛擬現實有：桌面游戲、虛擬現實造型語言VRML等。(2)沉浸式虛擬現實需要用到高技術的設備，包括數據手套、跟蹤器、頭盔等。這些設備有利于用戶完全沉浸在虛擬的世界。沉浸式虛擬現實系統所運用的軟件、硬件體系結構也比桌面級虛擬現實系統更加靈活。我們常見的沉浸式虛擬現實有：遠程存在系統、基于頭盔顯示器的系統。(3)增強現實性的虛擬現實系統還有另外一個稱呼，叫作混合虛擬現實系統，用戶體驗的時候呈現在眼前的是現實中的物體與虛擬環境中的物體的疊加和重合，在技術上為了達到精準的重疊需要利用虛擬現實位置跟蹤技術。(4)分布式虛擬現實系統提升到了一個更高的境界，它是由以上幾種類型結合而成的大型網絡系統，用于更復雜任務的研究。它的基礎是分布交互模擬。由坦克仿真器通過網絡連接而成的SIMNET系統是目前最典型的例子。

4關鍵技術

虛擬現實技術是由多領域多方面技術綜合而成的一項高科技領域技術，其關鍵技術主要分為以下幾個：(1)系統開發工具應用技術，技術的開發和利用需要發揮人的主觀能動性；如：分布式虛擬現實技術、VR開發平臺。(2)動態環境建模技術，是利用軟件建立模型來建造虛擬環境，并對實際環境獲取三維的數據。需要研究在真實的環境中獲取三維數據的方法和虛擬的視覺建模技術等。(3)系統集成技術是由語音識別、數據轉換技術與合成技術組合而成。它在虛擬現實系統里面發揮著不可替代的作用。(4)快速、高精度的三維跟蹤技術，其主要是在不影響圖形的質量和復雜的前提下實現實時的三維效果。(5)立體顯示和傳感技術，致力于提供給用戶沉浸感、真實感和清晰感，如精確的跟蹤技術、數據手套、頭盔式三維立體顯示器、力覺以及觸覺傳感器技術。[2]5虛擬現實技術的運用有什么作用與意義虛擬現實技術為人類的文明與發展帶來了一個新的時代，VR通過一種先進的技術實現逼真的遙控現場效果，利用用戶的身體感知進行實時交互，便于用戶操作和感受。虛擬現實的具體意義和作用表現在教育領域、醫學領域、娛樂領域、軍事領域。虛擬現實在教育上為增強人的認識本領和學習能力提供了新的工具，虛擬現實可以建立一個大型的模擬圖書館，這個模擬的圖書館可以對之前消失的知識進行復原，可以提供更加豐富的教學資源。醫學上的運用包括解剖教學、模擬復雜的手術，VR在手術過程中提供了預測結果和相關信息；VR在遠程醫療上也很有潛力，比如在偏遠山區，醫生可以對患者進行遠程治療。娛樂方面虛擬現實提供了顯示環境和多感知功能，是理想的視頻游戲工具；軍事上提供了模擬訓練，模擬戰場；模擬真實的作戰環境對軍隊進行訓練，有利于提高士兵的戰斗能力。正如其他的新興技術一樣，虛擬現實也是許多相關領域的綜合運用和相互交叉的產物。虛擬現實技術運用的對象不一，它所發揮的作用也不一樣。比如將概念或者構思變得可以操作和直視，或者在各種復雜的虛擬環境中用戶可以自我感受各種各樣的環境和效果；所以我們可以了解到虛擬現實的運用能夠為人們的生活帶來便利，它的作用是不可替代的。

二虛擬現實在室內設計的運用

（1）虛擬現實技術和室內設計的關系隨著近年來虛擬現實技術的快速發展，這項技術已經逐漸運用在各個領域，包括室內虛擬設計的運用。室內設計以創造功能合理、舒適優美、滿足人們物質精神的室內環境為目的，能反映項目所承載的歷史文脈、建筑風格、環境氣氛。室內設計的過程包括前期的設計制圖、設計效果圖、設計模型、電腦三維設計，[3]主要是為了給委托方展現設計師的設計方案。虛擬現實技術在室內設計中的運用集中體現在其浸入感和交互性的特點，有利于將室內設計的潛能充分發揮出來?，F在，很多設計師嘗試將虛擬現實技術作為一種表現手法納入室內設計，這一趨勢反過來也有利于促進虛擬現實技術的發展。（2）在室內設計中運用虛擬現實技術是有其必要性的A傳統的室內設計有其不足和弊端傳統的室內設計中，設計師按照委托方的意愿設計出個人喜愛的風格特點，室內設計的過程中設計師通過在紙上展示自己的構思和設計風格和詳細的裝飾風格，再根據委托方的要求進行改進和修改設計，最終是在紙上實現的設計方案。這種方式也有其優勢的，可以培養和提高設計師的思維邏輯性、手繪能力。但是也是有其局限性的，由于空間的限制，設計師并不能全面的細微的對每個地方進行創意設計，紙上表現的意圖和風格也不能完全地傳達給委托方，這就形成了委托方對設計師設計能力的落差，設計師不能全面直觀的向委托方傳達自己的想法和創新。這種修改再修改的循環也增長了設計的成本和周期時長。B虛擬現實技術在室內設計中的運用有很大的優勢虛擬現實技術通過展示一個三維的、互動的、沉浸的、虛擬的室內空間，傳達自己的創意設計。設計師在這個虛擬的空間里面可以和委托方全面的介紹所有的設計意圖和設計構思，委托方通過設計師展現的這個虛擬室內空間，可以跟設計師交流，進行各方面的修改。這有利于提高設計師的設計本領，有利于委托方直觀的了解設計師的想法和設計，能更好地與設計師進行設計上的交流和溝通。虛擬現實技術在室內設計中的運用已經成為時代的趨勢，如今三維立體互動的室內虛擬空間和傳統的室內設計圖紙相比較，其主要優勢在于虛擬室內是實際設計空間的全尺寸三維模型，它可以運用鼠標和其他交互設備進行室內的漫游，通過直觀的視覺力對設計提出修改建議。這個室內虛擬空間具有人性化，有直觀視覺效果，能提高設計的效率，降低成本。設計師通過虛擬現實技術能更好地展示一個直觀的、逼真的、美觀的室內空間。（3）虛擬現實技術在室內設計中的作用室內設計的設計要素主要包括空間要素、色彩要求、光影要求、千變萬化要素、綠化要素，室內設計還需要考慮裝修的風格設計、室內裝飾設計、室內家具的擺放和搭配。室內裝飾設計是設計師按照委托方的要求對室內的各種裝飾進行前期的設計，再通過把二維的裝飾設計用三維立體的模型展示出來。室內家具的擺放和搭配主要考慮人性化、空間感、色彩感。底特律的設計師Ignatius就嘗試將虛擬現實技術融入到他的設計流程中。他表示，在設計前期，使用Google公司開發的產品，在虛擬現實中進行創作，除了更易于修改和嘗試自己的創意以外，還能借助虛擬現實無法比擬的臨場感，調動自己的創作靈感。并且，在向客戶展示他創作構想以及進行溝通時，虛擬現實技術使客戶能夠更直觀地感受到設計師的創作想法，溝通的難度大大降低了。虛擬現實技術在室內設計的運用可以很直觀地向委托方反映這些要素，虛擬現實技術的作用主要有以下幾點：a虛擬現實技術的運用彌補了室內設計中的不足，有利于增強設計雙方的互動，能與客戶全方位地進行交流有利于促進方案的實施。b打破了時間和空間的限制，能夠使客戶直觀地貼近設計方案，相對于平面的設計方案來說有很大的優勢，同時設計師身臨其境，極大地提高了設計師的創新能力，能夠完整的表達設計的意圖。c提高了項目成本預算的精確度，避免了在設計過程中的不必要損失。由于虛擬現實系統具有真實性，和實施后的真實效果幾乎沒有偏差，因此幾乎能保證客戶的滿意，從而解決傳統設計中出現的不全面不準確的問題。在一個地中海風格的室內設計案例中，設計師向客戶介紹了經典地中海風格的配色特點。客戶通過效果圖大致了解了藍白色調的配色方案，但是還是無法想象施工后的居住感受。此時，虛擬現實技術的介入就很好的填補了這個缺口。Ignatius使用虛擬現實技術，讓客戶在項目尚未動工前，就在虛擬三維空間中體驗了他的設計意圖。最后項目施工一步到位，客戶沒有提出任何修改（圖1－5）。

三總結

綜上所述，虛擬現實技術各個方面的研究還有很大的空間。比如我們提到的室內設計上的運用，有其顯著的優勢。虛擬現實所具有的特征決定了它本身獨特的作用，它在技術上的運用包括醫學技術、房產開發項目、娛樂游戲、軍事航天演習、建筑規劃等。但是虛擬現實技術還是一項新興產業，它對軟件、硬件的要求比較高，需要專業的技術人員對其開發和開拓。[4]堅信虛擬現實技術在未來的很多領域上都會有技術上的重大突破。并在我們的生活和學習中能發揮重要的作用。

作者:蔣小汀 吳美玲 單位:沈陽建筑大學

參考文獻:

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[2]王芳.虛擬現實技術的運用及其發展[TP].科技信息[TP];2010.(11):795-796.

[3]郭海新.劉慶.虛擬現實技術在室內設計中的運用[A].大眾商務;2010.(02):190-191.

[4]王旭升.虛擬現實技術的發展及其應用探索[TP].大眾科技；2008.(01)：44-45