基于VR的在線定制家具虛擬場景設(shè)計與實現(xiàn)

1、    基于vr的在線定制家具虛擬場景設(shè)計與實現(xiàn)    羅銳桑海偉趙建川馬敏耀 丁云云張小紅黃潔摘要：本文介紹了一種可以讓用戶根據(jù)自己的喜好設(shè)置不同風(fēng)格的虛擬現(xiàn)實家具應(yīng)用系統(tǒng)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實（vr）和3dmax技術(shù)，實現(xiàn)通過頭戴式顯示器與耳機和手持控制器，允許用戶與各種家具進行交互，能夠?qū)崟r更改面料、樣式等元素，為用戶提供身臨其境的家具定制化體驗，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實家具的交互式個性化定制。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;3dmax;交互;場景中圖分類號：tp311      文獻標識碼：a文章編號：1009-3044（2019）14-0186-0

2、31引言隨著時代的發(fā)展，人口數(shù)量的增多，住房需求也迅速升高。促進了家裝行業(yè)的發(fā)展越來越快，與此同時，用戶對于裝修的風(fēng)格也提出了更高的要求，裝修不再是傳統(tǒng)意義上的裝修，而是個性化設(shè)計。但是由于每個人心中的裝修風(fēng)格都是不一樣的，無法保證設(shè)計師設(shè)計的風(fēng)格都能夠滿足用戶的要求，而虛擬現(xiàn)實（vr）技術(shù)為家裝行業(yè)提供了新的方式。vr是利用計算機三維圖形和vr設(shè)備給使用者提供交互式和沉浸式的視覺體驗。集數(shù)字圖像處理、圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感和測量技術(shù)、仿真和人工智能等多種技術(shù)于一體，利用計算機模擬生成一種多源信息交融的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的仿真系統(tǒng)。具體來說，就是模擬人眼的視覺效應(yīng)，雖然看不到真

3、實的環(huán)境，卻可以看到非常逼真的虛擬畫面，達到虛擬現(xiàn)實的目的。用戶很難想象家具裝修后的場景。虛擬現(xiàn)實可以讓消費者嘗試不同的面料、顏色以及其他屬性，看到裝修后的家具效果。虛擬現(xiàn)實為消費者提供了家具信息的存在感，利用vr技術(shù)設(shè)計的智能家具定制系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)的設(shè)計觀念，可以讓客戶自己設(shè)計自己感受，最終達到讓客戶選擇自己心儀的設(shè)計方案。2系統(tǒng)設(shè)計虛擬環(huán)境中三維模型是基于現(xiàn)實環(huán)境中的實物，從而模擬出來的圖像，虛擬現(xiàn)實建模中最關(guān)鍵的技術(shù)是三維建模，在進行建模過程中需要用到相應(yīng)的軟件，3dmax是autodesk公司的游戲和動畫的3d建模和渲染軟件，具有功能完善、兼容性強和制作效率高等優(yōu)點，使用3dmax工

4、具集來整形和定義詳細的環(huán)境，對象和字符，建立事物建模。3dmax可與大多數(shù)主流渲染器配合使用，能夠滿足虛擬現(xiàn)實中家具模型制作的要求，因此選用3dmax進行家具以及場景的建模。在軟件開發(fā)上選擇了unity3d作為開發(fā)軟件，unity3d擁有對25個以上平臺的支持開發(fā)平臺，通過功能全面的c#腳本和包括通信，渲染和物理的api，可適應(yīng)當前不斷發(fā)展的技術(shù)需求。unity3d提供靈活的圖形優(yōu)化的可編程渲染管線（srp），一流的視覺質(zhì)量的高清渲染管線（hdrp），和保證性能的輕量級渲染管線（lwrp），在性能和質(zhì)量上unity3d均完全設(shè)計的滿足。智能家具定制作為虛擬技術(shù)的一種應(yīng)用，應(yīng)該在生理和心理上給予

5、用戶真實體驗，根據(jù)用戶的需求，在實現(xiàn)用戶要求的風(fēng)格的同時，也能利用vr實現(xiàn)效果預(yù)覽，本系統(tǒng)功能如下：1）選擇任何自己想要的家具、材料、顏色、大小、方式和位置;2）可以隨時更改各種裝修風(fēng)格;3）自主的選擇與房間相協(xié)調(diào)的家具款式，用戶也可以選擇自己喜歡的家具款式;4）體驗設(shè)計后的家裝效果。3系統(tǒng)實現(xiàn)3.1 系統(tǒng)開發(fā)流程及方法通過計算機和頭戴式顯示器（hdm）來體驗虛擬場景。數(shù)字交互式3d圖像與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合，通過建模、布景、光照、貼圖、渲染和htc vive硬件提供可視化定制設(shè)計的家具。開發(fā)流程如圖1。利用3dmax軟件對家具的各種模型元素進行設(shè)計和實現(xiàn)，圖2為3dmax中沙發(fā)模型，依托于資源豐富

6、和模型細膩的3dmax軟件，能夠滿足用戶的各種需求，而unity3d支持各種3d格式，包括fbx和3ds等格式的文件，unity3d提供了比任何“游戲制作”的程序更靈活和更強大的工具，使用unity3d，將創(chuàng)建好的模型直接添加到場景，unity3d以快速，直觀的方式將家具的基本對象創(chuàng)建完成。在使用3dmax建立了家具的基本元素后，使用vrtk和steamvr插件，快速實現(xiàn)手柄與實體的交互。vrtk的一系列腳本和功能，在unity3d中快速輕松地構(gòu)建vr解決方案。它提供了許多常見的解決方案，使用戶體驗更加接近真實。比如虛擬空間內(nèi)的運動，交互，抓取和使用對象等交互、通過指針或觸摸交互等。沉浸系統(tǒng)最

7、主要的特點就是真實，光影的添加讓場景更加真實。光照系統(tǒng)（enlighten）的應(yīng)用，提供兩種不同的技術(shù)來預(yù)先計算全局照明（gi）和反射光（圖3）。這些是烘焙全局照明和預(yù)計算實時全局照。除了光照，如何通過分配材質(zhì)來控制渲染器上的著色器，顏色和紋理來控制游戲?qū)ο蟮囊曈X外觀也是物品是否真實的關(guān)鍵。使基于物理的著色系統(tǒng)（pbr）是關(guān)于光和表面材質(zhì)的更詳細的推理，效果對比如圖4。3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)系統(tǒng)由模型搭建、場景布置、放置燈光、添加模型屬性（如材質(zhì)、物理特性等）以及行為腳本等組成。對于腳本，unity3d支持c#和javascript用于編程，通過將每個對象隔離，并迫使其他對象通過其方法與其交互，

8、可以減少可能的無意交互的數(shù)量。unity3d提供了五大基本視圖選項卡，游戲、場景、inspector、項目、層次結(jié)構(gòu)。提供與之交互并進行測試的運行實例、靜態(tài)可編輯游戲場景、通過項卡修改場景中各個實體、可以將模型、材料和其他資源放置于游戲世界中、通過單擊和拖動來查找場景中的對象和實體，如圖5、6所示。材質(zhì)是紋理和著色器的組合，將要導(dǎo)入的紋理，轉(zhuǎn)換為jpg、png或bmp，拖到unity項目目錄下的assets文件夾中，可以從項目選項卡直接拖動到游戲?qū)ο笊?。也可以通過c#將這些資源通過編輯器中的gui text和gui texture gameobjects作為元素讓用戶選擇，并用戶選擇的該紋理與

9、實體實時渲染在場景中。如圖7所示。場景的搭建，場景布置是否溫馨，燈光是關(guān)鍵，它將光芒投射到實體上。如果場景中沒有燈光，則所有多邊形都以相同的亮度級別繪制，這渲染出來的場景不真實。燈光還可以調(diào)節(jié)光的顏色，并且創(chuàng)造出陰影和投影。這會使消費者產(chǎn)生情感和共鳴。4總結(jié)互聯(lián)網(wǎng)已成為信息收集和數(shù)據(jù)分析的利器，影響著快速增長的線上購物者和各行各業(yè)的發(fā)展?；趙eb的虛擬現(xiàn)實與在線家具定制平臺相結(jié)合，是制造商獲取用戶對家具喜好的有利手段，也是獲得消費者對市場現(xiàn)有家具反饋的方式。基于vr技術(shù)的個性化家具定制設(shè)計就是將客戶、企業(yè)、設(shè)計師緊密地聯(lián)系在一起。通過vr技術(shù)允許消費者更改家具寬度、高度、深度以及移動和旋轉(zhuǎn)等

10、，從而提供與家具的動態(tài)交互。同時，允許消費者評估概念設(shè)計，在家具制造前對其進行預(yù)算、空間檢查和美觀性的權(quán)衡，并在沒有物理原型的情況下修改設(shè)計。消費者可以通過自導(dǎo)自演的選擇和配置來確定家具的最終樣式。越來越大的存儲容量允許存儲無限數(shù)量的家具模型，使用兼容的數(shù)據(jù)格式，可以容易地從其他vr顯示系統(tǒng)獲得大小、布局和其他vr顯示匹配的感知。虛擬現(xiàn)實只需要一些不大物理空間，就可以將很多的場景或者家具展示逐一展示給消費者。虛擬現(xiàn)實可在不犧牲客戶需求的情況下實現(xiàn)驚人的真實感。而且每個家具使用的3d模型，可以在各種平臺和設(shè)備上提供服務(wù)。資產(chǎn)的分離使得速度和現(xiàn)實的完美融合。在數(shù)字化信息時代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以處理無

11、限數(shù)量的家具和家具排列。家具經(jīng)銷商可以展示無盡的沙發(fā)、座椅等，同時也為經(jīng)銷商創(chuàng)造了在目標消費者及其產(chǎn)品之間建立強烈情感聯(lián)系的機會，革新了傳統(tǒng)設(shè)計方法，為用戶選擇裝修風(fēng)格提供了一種新的方法。參考文獻：1 劉丙信，劉金科，朱晨陽.基于vr技術(shù)的三維家居設(shè)計及展現(xiàn)系統(tǒng)j.電子技術(shù)與軟件工程，2018（11）：73.2 李智，董建峰，劉辰.家裝設(shè)計服務(wù)一體化應(yīng)用云平臺的研究與實現(xiàn)j.土木建筑工程信息技術(shù)，2017，9（5）：45-49.3 傅小娟.淺談家裝設(shè)計色彩運用j.西部皮革，2018，40（21）：60.4 洪林炳，廖麗瓊，賀林.vr技術(shù)在室內(nèi)家裝設(shè)計中的應(yīng)用思考j.視聽，2019（02）：239-240.5 莊宏金.定制家居行業(yè)智能制造與智能物流升級索菲亞未來工廠的探索與實踐j.物流技術(shù)與應(yīng)用，2018，23（12）：12