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浅谈虚拟现实技术在室内装饰设计中的应用-林炯康博士

2021-01-15

1.虚拟现实技术

虚拟现实技术(VR)的原理如图1所示,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据,通过计算机技术产生的电子信号,将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象,这些现象可以是现实中真真切切的物体,也可以是我们肉眼所看不到的物质,通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的,而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界,故称为虚拟现实。其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假,人在操作过程中,可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。

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图1 虚拟现实技术原理

1.1虚拟现实的关键技术

1)动态环境建模技术

虚拟环境的建立是VR系统的核心内容,目的就是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。

2) 实时三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经较为成熟,那么关键就是“实时”生成。为保证实时,至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒,最好高于30帧/秒。 

3) 立体显示和传感器技术

虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展,现有的设备不能满足需要,力学和触觉传感装置的研究也有待进一步深入,虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。  

4) 应用系统开发工具

虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象,选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率,减轻劳动强度,提高产品质量。想要达到这一目的,则需要研究虚拟现实的开发工具。 

5) 系统集成技术

由于VR系统中包括大量的感知信息和模型,因此系统集成技术起着至关重要的作用,集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等。

1.2虚拟现实的特征与类型

虚拟现实技术的典型特征包含:沉浸性、交互性、多感知性以及自主性等。沉浸性是虚拟现实技术最主要的特征,其目的就是让用户成为并感受到自己是计算机系统所创造环境中的一部分,当使用者感知到虚拟世界的刺激时,包括触觉、味觉、嗅觉、运动感知等,便会产生思维共鸣,造成心理沉浸。交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度,当使用者进行某种操作时,周围的环境也会做出某种反应。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术的限制,目前大多数虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、触觉、运动等等。自主性是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。比如当物体受到力的推动时,会向力的方向移动。

虚拟现实系统的类型依据用户参与形式的不同一般分为4种模式:桌面式、沉浸式、增强式和分布式。桌面式使用普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟境界的一个窗口;沉浸式可以利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备,使得参与者获得置身真实情景的感觉;增强式是把真实环境和虚拟环境组合在一起,使用户既可以看到真实世界,又可以看到叠加在真实世界的虚拟对象;分布式是将异地不同用户联结起来,对同一虚拟世界进行观察和操作,共同体验虚拟经历,如用于部队联合训练的作战仿真互联网。

2.虚拟现实技术的室内装饰设计应用

2.1虚拟现实技术的装饰建模应用

虚拟现实技术的在装饰建模中得以应用主要是通过三维建模技术来实现室内装饰的优化设计。在装饰建模中,虚拟现实技术可以将预先设计好的室内模型放到虚拟空间中,用户通过3D设备置身于虚拟仿真模型当中,在三维建模技术支撑下,用户能够感受到立体实物室内设计,能够与设计师进行深入的交流和沟通,进而真切的感受设计当中的不足之处,给设计师提供切实的优化建议。

2.2 虚拟现实技术的方案比选应用

现代建筑室内装饰设计的方案比选工作在应用虚拟现实技术之后取得了质的飞跃。在通常情况下,传统装饰设计的方案比选工作需要用到设计方案的施工图以及效果图,在这种要求下,室内装饰施工的相关工作人员就必须要具备专业的施工知识,具备专业的识图能力,而在应用虚拟现实技术之后,在具体实践过程中可以将相关数据和设计方案上传至电脑系统当中,通过模拟仿真系统映射到3D设备以及VR设备当中,工作人员可以更加直观地参与到方案设计当中,传统方案比选工作模式出现的问题得到了有效解决。

2.3 虚拟现实技术的方案互动应用

在传统的室内装饰设计流程当中,方案的整体规划需要经历方案分析、设计建模以及产品渲染等多个环节,整个过程的执行极其消耗人力和物力,且十分浪费时间。室内装饰设计方案在传统的方式设计当中是无法进行修改的,一旦涉及修改环节就是整体进行重新处理,这种工序上的反复不仅增加了时间成本,还严重浪费工时成本。虚拟现实技术的应用能够同时容纳多套设计方案,在利用虚拟现实技术进行空间格局变动、管线布局或者光照调整等因素时可以将抽象的信息进行具象化,在保障工作质量的同时,极大地降低方案的返工工序,提升方案的互动性,进而全面提升室内装饰设计的效率。

2.4 虚拟现实技术的三维建模应用

在现实中,众多的物质材料构成了真实世界的建筑空间,它们彼此占据各自的空间并呈现出立体的感受。在室内装饰设计中,空间的划分是一项十分重要的工作内容,要想实现合理地室内装饰设计就必须对建筑内部的空间进行合理地设计和搭配使用。通过虚拟现实技术的有效应用可以构建完整的3D建模,对建筑室内空间的点、线以及面进行完整的勾勒,在结合强大的建模软件,如:MAYA、3DMAX等对建筑空间的物理属性进行完善处理。此外,通过虚拟现实技术进行三维建模应用还能够突出室内装饰设计的动态效果,通过模型驱动以及环境集成来实现交互式建模,用户可以随意改变模型播放的时间、顺序和位置,增强了动态属性,给用户更加亲切和务实的体验。

参考文献:

[1] 赵沁平. 虚拟现实综述[J]. 中国科学(F辑:信息科学), 2009, 39(1):2-46.

[2] 王霏飏.虚拟现实技术及其应用分析[J].科技传播,2020,12(8):148-149.

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