虚拟现实技术在室内设计中的运用

摘要:文章首先简单地描述了什么是虚拟现实，然后从其特点出发介绍了虚拟现实技术的多感知性、沉浸性、交互性以及构想性。进而延伸了虚拟现实在技术上的运用与发展。并简单介绍了虚拟现实在室内设计的运用和作用。

关键词：虚拟现实技术；特征；虚拟现实的分类；关键技术；室内设计

虚拟现实技术是多种技术的共同运用，借助了网络技术、多媒体技术、模拟现实、多感知和自然技能；使用计算机图形学与仿真技术结合模拟真实的环境；使用传感器技术将模拟的环境与人的感知相连接，实现包括视觉感知还有触觉、听觉、力觉、味觉和嗅觉等感知的模拟。使用户能够使用自然技能包括用户自身的眼睛转动、手部动作或者其他的行为动作，通过计算机识别这些动作并实时地反馈到人的五官，完成用户与虚拟空间的互动。[1]虚拟现实技术中所需要研究的是利用计算机图形学技术来建立实时的三维视觉效果，运用虚拟现实来增强科学技术领域的研究和开发，建立对虚拟世界的观察界面。

一虚拟现实技术

1什么是虚拟现实技术

虚拟现实（VirtualReality，VR）1989年由美国的JarnLanier正式提出。最初运用在20世纪60年代的美国，主要集中在美国军方对宇航员和飞机驾驶员的模拟训练。后来美国军队费用减少，这个技术逐渐在民间传开。虚拟现实发展到现在为人熟知，受很多体验者的喜爱，很大一部分原因是由于它可以运用计算机技术创造出一个与现实环境相仿的模拟环境，并且用户可以亲身体验。比如美国开发了一个虚拟现实的游戏系统，这个游戏系统利用了人工智能技术，有效地增加了娱乐性、挑战性和真实性。VR技术运用非常广泛，其发挥的作用也不容忽视。比如虚拟现实技术在医疗方面的教学上可以建立虚拟的人体模型，这有利于学生了解学习人体的结构，从而提高今后的实践能力。虚拟现实在娱乐方面的运用也很广泛，芝加哥开放了世界上第一台大型的，可以供多人使用的VR娱乐系统。虚拟现实技术在室内设计领域的作用也很大，虚拟现实有利于提高设计和规划的效率和质量，因为利用虚拟现实技术，设计师可以把自己的设计变成看得见的虚拟物体和环境，设计师还可以任意变换自己在房间的位置来全方位观察设计的效果，这不仅为设计师节约了时间还节省了做模型的费用。

2虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术按其特点可以概括地分为多感知性、沉浸性、交互性和构想性。虚拟现实模拟了人的听觉、视觉、触觉等感官器官，用户沉浸在虚拟环境中，并且运用这些感官在虚拟的环境中进行沟通和交流。虚拟现实技术创造了一个虚拟的、真实的环境。（1）虚拟现实的首要特性是多感知性，虚拟现实技术的成长最终应到达一切人类所拥有的感知功能；这种多感知性包含了计算机自己的视觉感觉属性之外，还有人在现实生活中所具有的听觉、味觉和嗅觉等。（2）虚拟现实的主要特征是沉浸性。是指用户存在于计算机生成的虚拟环境中的真实程度，它致力于在三维的虚拟环境中创造出一种身临其境的感觉，使人难以分辨真假。这可以通过逼真的照明、变换场景中的视点以及虚拟环境中的音响效果来达到。使用户在虚拟环境中触摸到的、看到的、听到的、感觉到的与真实环境感知到的完全一样。（3）虚拟现实所具有的特征其次是交互性。是指用户能与虚拟环境中的物体相互作用，用户可以操作这些物体。比如当用户操作环境中的任何物体时，用户会直接感受到触摸感，能够感受到物体的大小、重量、体积，这种“互动”与真实世界的交户一模一样。（4）虚拟现实技术还具有构想性。构想性是指用户融入到虚拟环境并依靠自己的认知和感知能力来获取新的知识，虚拟技术具有广阔的想象空间，可以构想不存在的环境，能够提高感性和理性的思维。用户在虚拟环境中可以根据自己的认知发挥人本身的想象力和创造力，学会新的理论和知识。所以说虚拟现实具有启示和再创造的作用，是一个学习——创造——再学习——再创造的过程。

3虚拟技术的分类

由于VR所倾向的特征的存在差别，虚拟现实技术又细分为桌面虚拟现实系统、沉浸的虚拟现实、增强现实性的虚拟现实和分布式虚拟现实系统。(1)桌面虚拟现实系统成本相对较低，但是也有其缺点，因受到身边真实环境的影响，它的沉浸性比较差，但是在这几个系统中是普及最广的。它需要一个虚拟环境产生器，用户通过计算机的屏幕或者投影器来观察。我们常见的桌面虚拟现实有：桌面游戏、虚拟现实造型语言VRML等。(2)沉浸式虚拟现实需要用到高技术的设备，包括数据手套、跟踪器、头盔等。这些设备有利于用户完全沉浸在虚拟的世界。沉浸式虚拟现实系统所运用的软件、硬件体系结构也比桌面级虚拟现实系统更加灵活。我们常见的沉浸式虚拟现实有：远程存在系统、基于头盔显示器的系统。(3)增强现实性的虚拟现实系统还有另外一个称呼，叫作混合虚拟现实系统，用户体验的时候呈现在眼前的是现实中的物体与虚拟环境中的物体的叠加和重合，在技术上为了达到精准的重叠需要利用虚拟现实位置跟踪技术。(4)分布式虚拟现实系统提升到了一个更高的境界，它是由以上几种类型结合而成的大型网络系统，用于更复杂任务的研究。它的基础是分布交互模拟。由坦克仿真器通过网络连接而成的SIMNET系统是目前最典型的例子。

4关键技术

虚拟现实技术是由多领域多方面技术综合而成的一项高科技领域技术，其关键技术主要分为以下几个：(1)系统开发工具应用技术，技术的开发和利用需要发挥人的主观能动性；如：分布式虚拟现实技术、VR开发平台。(2)动态环境建模技术，是利用软件建立模型来建造虚拟环境，并对实际环境获取三维的数据。需要研究在真实的环境中获取三维数据的方法和虚拟的视觉建模技术等。(3)系统集成技术是由语音识别、数据转换技术与合成技术组合而成。它在虚拟现实系统里面发挥着不可替代的作用。(4)快速、高精度的三维跟踪技术，其主要是在不影响图形的质量和复杂的前提下实现实时的三维效果。(5)立体显示和传感技术，致力于提供给用户沉浸感、真实感和清晰感，如精确的跟踪技术、数据手套、头盔式三维立体显示器、力觉以及触觉传感器技术。[2]5虚拟现实技术的运用有什么作用与意义虚拟现实技术为人类的文明与发展带来了一个新的时代，VR通过一种先进的技术实现逼真的遥控现场效果，利用用户的身体感知进行实时交互，便于用户操作和感受。虚拟现实的具体意义和作用表现在教育领域、医学领域、娱乐领域、军事领域。虚拟现实在教育上为增强人的认识本领和学习能力提供了新的工具，虚拟现实可以建立一个大型的模拟图书馆，这个模拟的图书馆可以对之前消失的知识进行复原，可以提供更加丰富的教学资源。医学上的运用包括解剖教学、模拟复杂的手术，VR在手术过程中提供了预测结果和相关信息；VR在远程医疗上也很有潜力，比如在偏远山区，医生可以对患者进行远程治疗。娱乐方面虚拟现实提供了显示环境和多感知功能，是理想的视频游戏工具；军事上提供了模拟训练，模拟战场；模拟真实的作战环境对军队进行训练，有利于提高士兵的战斗能力。正如其他的新兴技术一样，虚拟现实也是许多相关领域的综合运用和相互交叉的产物。虚拟现实技术运用的对象不一，它所发挥的作用也不一样。比如将概念或者构思变得可以操作和直视，或者在各种复杂的虚拟环境中用户可以自我感受各种各样的环境和效果；所以我们可以了解到虚拟现实的运用能够为人们的生活带来便利，它的作用是不可替代的。

二虚拟现实在室内设计的运用

（1）虚拟现实技术和室内设计的关系随着近年来虚拟现实技术的快速发展，这项技术已经逐渐运用在各个领域，包括室内虚拟设计的运用。室内设计以创造功能合理、舒适优美、满足人们物质精神的室内环境为目的，能反映项目所承载的历史文脉、建筑风格、环境气氛。室内设计的过程包括前期的设计制图、设计效果图、设计模型、电脑三维设计，[3]主要是为了给委托方展现设计师的设计方案。虚拟现实技术在室内设计中的运用集中体现在其浸入感和交互性的特点，有利于将室内设计的潜能充分发挥出来。现在，很多设计师尝试将虚拟现实技术作为一种表现手法纳入室内设计，这一趋势反过来也有利于促进虚拟现实技术的发展。（2）在室内设计中运用虚拟现实技术是有其必要性的A传统的室内设计有其不足和弊端传统的室内设计中，设计师按照委托方的意愿设计出个人喜爱的风格特点，室内设计的过程中设计师通过在纸上展示自己的构思和设计风格和详细的装饰风格，再根据委托方的要求进行改进和修改设计，最终是在纸上实现的设计方案。这种方式也有其优势的，可以培养和提高设计师的思维逻辑性、手绘能力。但是也是有其局限性的，由于空间的限制，设计师并不能全面的细微的对每个地方进行创意设计，纸上表现的意图和风格也不能完全地传达给委托方，这就形成了委托方对设计师设计能力的落差，设计师不能全面直观的向委托方传达自己的想法和创新。这种修改再修改的循环也增长了设计的成本和周期时长。B虚拟现实技术在室内设计中的运用有很大的优势虚拟现实技术通过展示一个三维的、互动的、沉浸的、虚拟的室内空间，传达自己的创意设计。设计师在这个虚拟的空间里面可以和委托方全面的介绍所有的设计意图和设计构思，委托方通过设计师展现的这个虚拟室内空间，可以跟设计师交流，进行各方面的修改。这有利于提高设计师的设计本领，有利于委托方直观的了解设计师的想法和设计，能更好地与设计师进行设计上的交流和沟通。虚拟现实技术在室内设计中的运用已经成为时代的趋势，如今三维立体互动的室内虚拟空间和传统的室内设计图纸相比较，其主要优势在于虚拟室内是实际设计空间的全尺寸三维模型，它可以运用鼠标和其他交互设备进行室内的漫游，通过直观的视觉力对设计提出修改建议。这个室内虚拟空间具有人性化，有直观视觉效果，能提高设计的效率，降低成本。设计师通过虚拟现实技术能更好地展示一个直观的、逼真的、美观的室内空间。（3）虚拟现实技术在室内设计中的作用室内设计的设计要素主要包括空间要素、色彩要求、光影要求、千变万化要素、绿化要素，室内设计还需要考虑装修的风格设计、室内装饰设计、室内家具的摆放和搭配。室内装饰设计是设计师按照委托方的要求对室内的各种装饰进行前期的设计，再通过把二维的装饰设计用三维立体的模型展示出来。室内家具的摆放和搭配主要考虑人性化、空间感、色彩感。底特律的设计师Ignatius就尝试将虚拟现实技术融入到他的设计流程中。他表示，在设计前期，使用Google公司开发的产品，在虚拟现实中进行创作，除了更易于修改和尝试自己的创意以外，还能借助虚拟现实无法比拟的临场感，调动自己的创作灵感。并且，在向客户展示他创作构想以及进行沟通时，虚拟现实技术使客户能够更直观地感受到设计师的创作想法，沟通的难度大大降低了。虚拟现实技术在室内设计的运用可以很直观地向委托方反映这些要素，虚拟现实技术的作用主要有以下几点：a虚拟现实技术的运用弥补了室内设计中的不足，有利于增强设计双方的互动，能与客户全方位地进行交流有利于促进方案的实施。b打破了时间和空间的限制，能够使客户直观地贴近设计方案，相对于平面的设计方案来说有很大的优势，同时设计师身临其境，极大地提高了设计师的创新能力，能够完整的表达设计的意图。c提高了项目成本预算的精确度，避免了在设计过程中的不必要损失。由于虚拟现实系统具有真实性，和实施后的真实效果几乎没有偏差，因此几乎能保证客户的满意，从而解决传统设计中出现的不全面不准确的问题。在一个地中海风格的室内设计案例中，设计师向客户介绍了经典地中海风格的配色特点。客户通过效果图大致了解了蓝白色调的配色方案，但是还是无法想象施工后的居住感受。此时，虚拟现实技术的介入就很好的填补了这个缺口。Ignatius使用虚拟现实技术，让客户在项目尚未动工前，就在虚拟三维空间中体验了他的设计意图。最后项目施工一步到位，客户没有提出任何修改（图1－5）。

三总结

综上所述，虚拟现实技术各个方面的研究还有很大的空间。比如我们提到的室内设计上的运用，有其显著的优势。虚拟现实所具有的特征决定了它本身独特的作用，它在技术上的运用包括医学技术、房产开发项目、娱乐游戏、军事航天演习、建筑规划等。但是虚拟现实技术还是一项新兴产业，它对软件、硬件的要求比较高，需要专业的技术人员对其开发和开拓。[4]坚信虚拟现实技术在未来的很多领域上都会有技术上的重大突破。并在我们的生活和学习中能发挥重要的作用。

作者:蒋小汀 吴美玲 单位:沈阳建筑大学

参考文献:

[1]李敏.韩丰.虚拟现实技术综述[TP].软件导刊；2010.(6):142-144

[2]王芳.虚拟现实技术的运用及其发展[TP].科技信息[TP];2010.(11):795-796.

[3]郭海新.刘庆.虚拟现实技术在室内设计中的运用[A].大众商务;2010.(02):190-191.

[4]王旭升.虚拟现实技术的发展及其应用探索[TP].大众科技；2008.(01)：44-45