近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛速,人們對(duì)生活質(zhì)量有了更高的要求,尤其是在家居設(shè)計(jì)上,不僅追舒適,更加追求個(gè)性化的表達(dá)。如何做出更好的室內(nèi)家居效果,減少家居設(shè)計(jì)與實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中的偏差,成為極具研究意義的課題。作為納斯達(dá)克上市企業(yè)“微美全息WIMI.US”旗下研究機(jī)構(gòu)“微美全息科學(xué)院”的科學(xué)家們探討了如何基于計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為室內(nèi)家居設(shè)計(jì)提供新思路,更為直觀(guān)的查看室內(nèi)家居設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。
借助計(jì)算機(jī)三維虛擬動(dòng)畫(huà),完成對(duì)應(yīng)的三維模型搭建。虛擬現(xiàn)實(shí)的家居設(shè)計(jì)當(dāng)中,用戶(hù)能夠通過(guò)仿真的虛擬室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng),對(duì)室內(nèi)的家居擺放,各類(lèi)裝飾擺設(shè)進(jìn)行直觀(guān)的了解,可更加便捷地進(jìn)行室內(nèi)家居設(shè)計(jì),進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)質(zhì)量, 優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VRML) 結(jié)合對(duì)應(yīng)的編程腳本,能夠逼真直接地為用戶(hù)搭建可操作可視化的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,改變了以往通過(guò)樣板的參觀(guān)以及用戶(hù)自主憑空設(shè)想進(jìn)行家居設(shè)計(jì)的窘境。通過(guò)VRML語(yǔ)言,以Web3D技術(shù)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的基于計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)室內(nèi)家居設(shè)計(jì)框架,完善相應(yīng)的交互功能,幫助人們實(shí)現(xiàn)更為便捷高效的室內(nèi)家居設(shè)計(jì)。
1.以Web3D為基礎(chǔ)的虛擬室內(nèi)家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)
1.1室內(nèi)家居設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
目前來(lái)看,人們對(duì)自己的新房進(jìn)行裝修時(shí),對(duì)于居住的功能需求以及房子的平面布局該當(dāng)如何主要依靠憑空設(shè)想,對(duì)于房屋的空間具體安排并不明確。通常,用戶(hù)與家居設(shè)計(jì)的從業(yè)人員通過(guò)平面圖進(jìn)行對(duì)房屋的家居設(shè)計(jì)計(jì)劃,用戶(hù)參考的是類(lèi)似的效果圖以及部分實(shí)景圖片。盡管部分家居設(shè)計(jì)公司會(huì)為用戶(hù)提供相應(yīng)的三維動(dòng)畫(huà),但是對(duì)于用戶(hù)更明顯直觀(guān)的了解自家家居設(shè)計(jì)實(shí)景的幫助微乎其微。往往在家居設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中,實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果與用戶(hù)預(yù)期效果差異較大。同時(shí),為了幫助用戶(hù)更加了解自己的室內(nèi)家居設(shè)計(jì),房地產(chǎn)商會(huì)通過(guò)設(shè)置樣板房的方式為用戶(hù)提供參考。
但是樣板房的設(shè)置不僅極其浪費(fèi)人力財(cái)力,同時(shí)其類(lèi)型及數(shù)量受限較大,難以滿(mǎn)足各種各樣的用戶(hù)的不同需求。結(jié)合計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà),通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)室內(nèi)家居進(jìn)行設(shè)計(jì),節(jié)省了資源,也能夠更好的滿(mǎn)足用戶(hù)的多樣化需求,是未來(lái)的主要研究方向。
1.2以VRML為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實(shí)家居設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)實(shí)際用戶(hù)的需求分析,以VRML為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實(shí)家居設(shè)計(jì)具體應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)方面的功能。
(1)能夠最大程度的滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求,用戶(hù)能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)家居設(shè)計(jì)當(dāng)中的各類(lèi)家具、擺設(shè)的具體信息、質(zhì)量進(jìn)行查詢(xún),能夠?qū)揖拥南嚓P(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改,如家居風(fēng)格的改變、家居顏色的調(diào)整、家具擺放位置的調(diào)整等。
(2)用戶(hù)不僅能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體縱覽室內(nèi)家居設(shè)計(jì)效果,同時(shí)能夠在室內(nèi)的各個(gè)位置自由移動(dòng),能夠做出虛擬互動(dòng)。對(duì)于室內(nèi)的功能性區(qū)間,用戶(hù)能夠做出直觀(guān)的感受。
(3)用戶(hù)在虛擬現(xiàn)實(shí)室內(nèi)家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體驗(yàn)當(dāng)中,能夠直觀(guān)快捷地了解對(duì)應(yīng)的空間尺度、功能分區(qū)以及交通動(dòng)線(xiàn)等,能夠?qū)ρb修后的整體效果有相對(duì)精確的掌握。同時(shí),用戶(hù)能夠依據(jù)實(shí)際感受,提出個(gè)性化的改善意見(jiàn),方便設(shè)計(jì)師在實(shí)際操作之前進(jìn)行進(jìn)一步的完善。
這里通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)室內(nèi)家居設(shè)計(jì)的需求分析,同時(shí)結(jié)合VRML, 總結(jié)了對(duì)應(yīng)的家居設(shè)計(jì)流程。VRML工作原理流程圖如圖1所示。
圖1 VRML工作流程圖
如圖1所示,首先設(shè)計(jì)師通過(guò)CAD進(jìn)行平面布置圖的繪制,而后將CAD所得文件導(dǎo)入做出三維建模。模型創(chuàng)建的主要對(duì)象是門(mén)窗、家具、墻體等對(duì)應(yīng)的室內(nèi)設(shè)施。建模完成之后,將對(duì)應(yīng)的模型進(jìn)行真實(shí)材質(zhì)的貼圖操作,并借助插件,生成WRL格式的文件。對(duì)于家具、門(mén)窗等這類(lèi)設(shè)計(jì)到需要互動(dòng)的家居模型時(shí),應(yīng)當(dāng)制作獨(dú)立的WRL文件。所有WRL文件制作完成之后,進(jìn)行互動(dòng)代碼的編寫(xiě),并進(jìn)一步輸出主場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)文件。同時(shí),在此主場(chǎng)景當(dāng)中,加入與之相對(duì)應(yīng)的互動(dòng)環(huán)節(jié)如燈光、試點(diǎn)以及漫游等各系統(tǒng)模塊。虛擬現(xiàn)實(shí)室內(nèi)家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)搭建完成之后,其用戶(hù)界面的制作可以借助HTML網(wǎng)頁(yè),并使用Web3D技術(shù)發(fā)布到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)上。
2.場(chǎng)景模型的搭建
2.1場(chǎng)景模型搭建的內(nèi)容
基于計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)室內(nèi)家居設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的室內(nèi)建模不同。在此系統(tǒng)當(dāng)中,所有家具的設(shè)計(jì)模型應(yīng)當(dāng)盡可能詳細(xì),同時(shí)要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸進(jìn)行建模。建模的內(nèi)容包括家具的整體外觀(guān)以及家具對(duì)應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時(shí),應(yīng)當(dāng)加入對(duì)應(yīng)的互動(dòng)操作,以便于用戶(hù)進(jìn)行完整的漫游體驗(yàn)。場(chǎng)景模型的搭建,主要的搭建對(duì)象是鞋柜、衣柜、櫥柜、壁柜、窗、門(mén)等各類(lèi)家具。對(duì)于此類(lèi)家居,應(yīng)當(dāng)制作對(duì)應(yīng)的獨(dú)立MAX文件,同時(shí)生成與之相對(duì)應(yīng)的WRL文件,實(shí)現(xiàn)更為便捷的模塊化操作,優(yōu)化在虛擬場(chǎng)景當(dāng)中的互動(dòng)。
2.2場(chǎng)景模型優(yōu)化
為保證虛擬場(chǎng)景更為真實(shí),對(duì)虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)的實(shí)時(shí)渲染提出對(duì)應(yīng)的要求,通常每秒應(yīng)當(dāng)在12幀及往上。因此在模型的制作過(guò)程當(dāng)中,模型既不能做的十分粗糙,也不能夠做的太過(guò)精細(xì),應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際建模要求進(jìn)行合理安排。具體上,盡可能通過(guò)多邊形建模的形式進(jìn)行場(chǎng)景模型搭建,保證既能夠最大化的滿(mǎn)足用戶(hù)需求也能夠避免多余的模型設(shè)計(jì)。既能夠體現(xiàn)室內(nèi)家居的細(xì)節(jié),也能夠減少模型對(duì)應(yīng)面數(shù)。
3.主場(chǎng)景及設(shè)計(jì)
3.1主場(chǎng)景的整合
虛擬現(xiàn)實(shí)室內(nèi)家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)當(dāng)中,其場(chǎng)景整合主要包括燈光、視點(diǎn)以及模型的設(shè)計(jì)。其中,模型設(shè)計(jì)是虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的重中之重。同時(shí),對(duì)應(yīng)的門(mén)窗以及家具的文件是獨(dú)立的,整合時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循一定的步驟。在平面設(shè)計(jì)圖當(dāng)中,各家具或者門(mén)窗可以當(dāng)做一個(gè)質(zhì)點(diǎn),得到其空間位置坐標(biāo)為(Xn,Yn,Zn) , 結(jié)合VRML所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系原則,可得相對(duì)應(yīng)的VRML坐標(biāo)為(Xn,Yn,Zn) 。而后,通過(guò)Inline 節(jié)點(diǎn)以及Transform節(jié)點(diǎn)將各個(gè)室內(nèi)家具依照給定的位置坐標(biāo)進(jìn)行組合,搭建起對(duì)應(yīng)的主場(chǎng)景。在此過(guò)程當(dāng)中,應(yīng)當(dāng)將抽屜推拉、柜門(mén)開(kāi)關(guān)等各項(xiàng)互動(dòng)操作封裝到對(duì)應(yīng)的獨(dú)立WRL文件當(dāng)中。
3.2視點(diǎn)的設(shè)計(jì)
主場(chǎng)景整合完成之后,應(yīng)當(dāng)對(duì)用戶(hù)可能用到的一些。其中場(chǎng)景當(dāng)中對(duì)應(yīng)的視點(diǎn)位置通過(guò)Position定義, 相機(jī)視點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的觀(guān)察朝向通過(guò)Orientation定義。在VRML當(dāng)中,盡管可以對(duì)多個(gè)視點(diǎn)做出定義,但是當(dāng)前觀(guān)察視點(diǎn)只有-一個(gè)。同時(shí), 各個(gè)視點(diǎn)之間能夠進(jìn)行自由的切換。以圖2為例,可以表示如下:
圖2 平面示意圖
3.3互動(dòng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
用戶(hù)通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)空間的漫游時(shí),希望能夠在感受到房間實(shí)際空間的同時(shí),也能夠?qū)κ覂?nèi)家居有進(jìn)-一步的詳細(xì)了解。通過(guò)虛擬空間的漫游,根據(jù)自身感受對(duì)家居風(fēng)格以及家具位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改與調(diào)整,從而達(dá)到滿(mǎn)足其自身需求的室內(nèi)設(shè)計(jì)效果。這一功能需要通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較好的交互來(lái)達(dá)到。具體上,交互功能包括用戶(hù)對(duì)家具的不同風(fēng)格進(jìn)行更換,室內(nèi)家居擺放位置的搭配,家居的具體信息查閱等。
在VRML中,室內(nèi)家居擺放位置的搭配借助擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)Transform2D來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)以及幾何平移。若對(duì)家具的不同風(fēng)格進(jìn)行更換,則使用Switch節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。Switch節(jié)點(diǎn)首先通過(guò)對(duì)用戶(hù)相關(guān)操作數(shù)據(jù)的獲取,對(duì)用戶(hù)所做出的旋轉(zhuǎn)、平移以及更換的參數(shù)進(jìn)行記錄,之后錄入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù),做出對(duì)應(yīng)的家居設(shè)計(jì)方案的更正。
圖3 位置調(diào)整示意圖
3.4互動(dòng)動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)
用戶(hù)與虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行互動(dòng)式,VRML 需要提供對(duì)應(yīng)的交互功能并給出令人舒適的動(dòng)畫(huà)效果。這是VRML區(qū)別于其他系統(tǒng)相對(duì)吸引人的地方。通過(guò)各種各樣的插補(bǔ)器以及與之相對(duì)應(yīng)的時(shí)間傳感器對(duì)整合場(chǎng)景進(jìn)行控制,從而做出對(duì)應(yīng)的VRML動(dòng)畫(huà)。具體而言,在VRML動(dòng)畫(huà)當(dāng)中,時(shí)間傳感器被定義為一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器, 其主要作用是對(duì)時(shí)間間隔、結(jié)束時(shí)間以及開(kāi)始時(shí)間等各種時(shí)間參數(shù)進(jìn)行控制,而后通過(guò)插補(bǔ)器來(lái)定義各種動(dòng)畫(huà)產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)預(yù)期對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵之。一般來(lái)說(shuō),用戶(hù)對(duì)與動(dòng)畫(huà)的定義是由系統(tǒng)使用線(xiàn)性插值的方式而生成的。
圖4 鞋盒交互動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)
4.結(jié)語(yǔ)
本文以計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)室內(nèi)家居,借助VRML語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)三維建模,實(shí)現(xiàn)高還原的室內(nèi)家居設(shè)計(jì)效果。不難發(fā)現(xiàn)更為簡(jiǎn)潔方便,投資成本不高,是利于實(shí)際應(yīng)用。系統(tǒng)能夠?qū)揖釉O(shè)計(jì)當(dāng)中的各類(lèi)家居擺設(shè)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的參數(shù)調(diào)整和位置擺放,從而感受實(shí)際空間的布置效果。同時(shí),全面的交互功能也為用戶(hù)進(jìn)行更好的家居設(shè)計(jì)提供了極大便利。