摘要：虛擬現實技術的沉浸感交互性和構想性決定了其在家居設計領域的應用前景廣闊。本文提出了一個基于3dmax和虛擬現實建模語言（VRML）的虛擬家居漫游系統，對于系統的整體架構及實現方法進行了闡述。
關鍵詞：虛擬現實技術；家居設計；漫游
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 13-0000-02
Roaming System Design and Implementation of Virtual Home Furnishing
Sun Fangfang,Yang Li,Liu Min,Zheng Xin
(Schllo of Media&Arts,Suzhou University of Science&Technology,Suzhou215009,Chiana)
Abstract:Virtual reality immersion and interaction determines the concept of home design in the foreground.In this paper,based 3dmax and Virtual Reality Modeling Language(VRML)virtual home roaming system,the system's overall architecture and implementation are described.
Keywords:Virtual reality technology;Home design;Roaming
虛擬現實技術是一門新興的綜合性信息技術，它利用計算機信息技術生成一個逼真的多感知的三維信息空間，用戶可以以自然的方式與其進行交互，從而獲得身臨其境的沉浸感。它集成了計算機軟硬件技術、傳感技術、人工智能等眾多領域的發展結晶，在房地產、規劃、娛樂、設計等眾多領域得到越來越廣泛的應用。
隨著當今社會人們對于生活品質的要求不斷提升，作為主要生活空間的居室，其設計風格更是日益受到人們的重視。對于居室的設計人們不再僅僅滿足于使用功能的完善，而是追求更多的審美情趣、舒適性及藝術性兼具的生活環境享受上。然而傳統的家居設計效果往往是以二維效果圖的方式進行展示，空間格局的設置，材質的搭配及光影的效果都無法得到很好的體現，使得缺乏專業知識的用戶對于整體效果無法形成一個直觀認識，這一問題表明我們亟需改善現有的家居展示方式，為用戶提供一個身臨其境的所見即所得的展示空間，虛擬現實技術無疑是最好的選擇。應用虛擬現實技術，我們可以利用計算機將家居設計理念以一個逼真的多感知的三維虛擬環境進行展示，直觀的表達設計意圖及效果，用戶借助專用的設備可以以自然的方式在虛擬空間中進行漫游，從任意角度對于環境中的物體進行觀察，或與之進行交互，獲得與現實世界一樣的體驗，其沉浸感、交互性與實時性是傳統二維效果圖所無法比擬的。因此，將虛擬現實技術應用于家居設計行業，將是未來的發展趨勢之一。本文擬在此領域加以嘗試，使用3dmax及虛擬現實建模語言VRML設計并開發了虛擬家居漫游系統。
一、虛擬現實系統概述
虛擬現實系統是由計算機軟硬件技術生成的逼真的三維虛擬境界，能夠給人多種感官刺激，是一種高級的自然人機交互系統，是人們利用計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新手段。其主要特征體現在：
沉浸性：指利用計算機所生成的虛擬境界應給人以真實感，當使用者處于其中時所接觸到的虛擬物體及運動體驗應與人們長期生活所積累的經驗相一致，使人產生身臨其境的沉浸感。
多感知性：用戶在虛擬現實系統中可以感受到多種感官刺激，除了一般計算機系統所具備的視覺感知外還應包括聽覺、力覺、觸覺及身體感覺等。
交互性：用戶能夠以自然的方式與系統中的虛擬物體進行交互，除了常規的鍵盤鼠標等設備外，還可以使用手勢、人類語言等自然方式進行。
構想性：虛擬現實系統不僅可以對于客觀存在的環境進行模擬仿真，也可以充分發揮人類的想象力，構想客觀上不存在或者不可能發生的場景，拓寬人類的視野及認知范圍。
二、虛擬家居漫游系統的架構
虛擬漫游是虛擬現實系統發展的一個重要分支，其應用前景極其廣闊。虛擬家居漫游系統是將虛擬漫游應用于家居設計領域的一種嘗試，指利用虛擬現實技術將家居設計理念以所見即所得的方式進行展示，用戶可以在虛擬的家居空間中漫游，可以全方位的觀察結構布局，可以任意角度地觀察空間中的對象。相對于只能提供靜態視覺體驗的二維效果圖，或具備動態表現力但無法進行實時交互的三維動畫來說，其優勢可謂得天獨厚。
我們所設計的虛擬家居漫游系統以虛擬現實技術為依托，利用三維建模工具3dmax和虛擬現實建模語言VRML完成了系統的研發，系統的總體架構如圖1所示。系統中使用者可以通過鍵盤或鼠標來自由地控制走向，可以對居室內的物品進行任意角度的觀察，也可以按照設置好的視點來進行視角的轉換，還可以與系統進行簡單的交互，使用戶對于整個家居設計的格局及環境有一個整體的把握。
圖1.虛擬家居漫游系統總體架構
系統建模：虛擬家居漫游系統中的首要任務是完成系統建模，為后續的虛擬導覽提供三維虛擬空間。系統中我們利用3dmax軟件對于常見的兩室兩廳兩衛住宅的戶型進行建模。
虛擬導覽：在系統中用戶可以按照預設的視點進行視角的轉換，也可以利用鍵盤或鼠標來進行自主瀏覽，控制來實現不同角度和方位的觀察，如前進、后退、左轉、右轉等。
三、虛擬家居漫游系統的實現
（一）系統模型的構建
三維建模技術是虛擬漫游系統中的關鍵技術之一，模型的好壞對于虛擬三維世界的視覺表現力及沉浸感有舉足輕重的影響，是三維世界的核心所在。系統中我們選擇了利用相對更適合建筑建模的3dmax軟件來完成建模，創建的模型主要包括房屋結構模型，家具模型和裝飾模型等。首先確定居室的戶型結構包括兩個臥室，一個客廳，一個餐廳及兩個衛生間，然后對每一個房間的結構，內部家具及裝飾模型進行構建，最后進行材質貼圖及渲染。
系統建模的過程中主要用到的方法有基本組件法、擠壓建模法和布爾運算法等�；窘M件法采用3dmax提供的基本幾何造型來進行建模，適用于外形相對規則的幾何造型，如房屋結構、桌子等，是建造模型的基礎。擠壓建模法是將二維造型沿其法線方向進行擠壓來生成三維模型，適用于制作瓶子罐子之類的柱狀的造型，如系統中的水杯和餐具。布爾運算法就是運用交、并、差等集合運算的方式，將兩個對象進行粘合或取其相交的部分，以生成較為復雜的造型，如衛生間的浴缸等。系統的建模效果如圖2和圖3所示。
圖2.整體俯視圖 圖3.臥室一角
�。ǘ┨摂M導覽的實現
系統中虛擬導覽包括自主瀏覽及自動瀏覽兩種。自主瀏覽在三維建模的基礎上通過用戶控制鼠標及鍵盤即可完成。自動瀏覽與自主瀏覽最大的區別是由系統依照預先設置好的路徑自動帶領用戶進行場景的瀏覽，其實現方法主要是通過使用VRML所提供的視點功能及動畫插補器。視點是指在場景中的觀察位置及朝向，通常由用戶預先定義。用戶可以通過跳躍式或非跳躍式兩種方式在所設置的視點中進行切換。通過跳躍式視點用戶可以略過一些無關緊要的場景，專注于三維世界中重要的觀察點，非跳躍式視點通過兩個觀察點間的平滑過渡來實現動態的瀏覽。自動瀏覽路線的實現本質上是一個動畫，通過VRML提供的位置插補器和朝向插補器來變換視點的位置和空間朝向來完成。
（三）交互功能的實現
人機交互是虛擬現實系統的重要特征，只有交互才能使用戶產生沉浸感，因此在系統中，我們加入了一些簡單的交互功能。這一功能的實現主要依靠VRML中提供的各種傳感器及腳本設計。VRML提供了Script腳本節點用以編程來拓展VRML的功能，實現一些復雜的高級的交互。如系統中的椅子的拖拉（如圖4所示）我們主要利用了VRML中的平面傳感器，而電視機的開關、換臺等功能則通過VRML腳本編程實現。
圖4a.初始狀態的椅子b.經過拖拉后的椅子
虛擬現實技術的沉浸感、交互性和構想性等特性使其在家居設計領域中突顯出了無可比擬的優勢。通過虛擬家居漫游系統為用戶提供所見即所得的三維展示方式，使其可以在虛擬的家居空間中自由漫游，身臨其境地去感受家居設計的整體風格布局，滿足個性化設計的需求，必將是為未來家居業一個新的發展方向。
參考文獻：
[1]段新昱.虛擬現實基礎與VRML編程[M].高等教育出版社,2004
[2]曲寶,趙婭,趙琦.基于Virtools的虛擬家居漫游系統的設計與實現[J].計算機工程與科學,2009,31:12
[3]華孟楠.虛擬現實技術在室內設計中的應用[J].北京工業職業技術學院學報,2010,9:4
[4]郭丹峰,胡風華.基于VRML的三維家居設計的探究[J].電腦知識與技術,2009,5:24
[基金項目]論文來源：蘇州科技學院校科研基金項目：虛擬家居設計系統的架構與實現
關鍵詞：虛擬現實技術；家居設計；漫游
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 13-0000-02
Roaming System Design and Implementation of Virtual Home Furnishing
Sun Fangfang,Yang Li,Liu Min,Zheng Xin
(Schllo of Media&Arts,Suzhou University of Science&Technology,Suzhou215009,Chiana)
Abstract:Virtual reality immersion and interaction determines the concept of home design in the foreground.In this paper,based 3dmax and Virtual Reality Modeling Language(VRML)virtual home roaming system,the system's overall architecture and implementation are described.
Keywords:Virtual reality technology;Home design;Roaming
虛擬現實技術是一門新興的綜合性信息技術，它利用計算機信息技術生成一個逼真的多感知的三維信息空間，用戶可以以自然的方式與其進行交互，從而獲得身臨其境的沉浸感。它集成了計算機軟硬件技術、傳感技術、人工智能等眾多領域的發展結晶，在房地產、規劃、娛樂、設計等眾多領域得到越來越廣泛的應用。
隨著當今社會人們對于生活品質的要求不斷提升，作為主要生活空間的居室，其設計風格更是日益受到人們的重視。對于居室的設計人們不再僅僅滿足于使用功能的完善，而是追求更多的審美情趣、舒適性及藝術性兼具的生活環境享受上。然而傳統的家居設計效果往往是以二維效果圖的方式進行展示，空間格局的設置，材質的搭配及光影的效果都無法得到很好的體現，使得缺乏專業知識的用戶對于整體效果無法形成一個直觀認識，這一問題表明我們亟需改善現有的家居展示方式，為用戶提供一個身臨其境的所見即所得的展示空間，虛擬現實技術無疑是最好的選擇。應用虛擬現實技術，我們可以利用計算機將家居設計理念以一個逼真的多感知的三維虛擬環境進行展示，直觀的表達設計意圖及效果，用戶借助專用的設備可以以自然的方式在虛擬空間中進行漫游，從任意角度對于環境中的物體進行觀察，或與之進行交互，獲得與現實世界一樣的體驗，其沉浸感、交互性與實時性是傳統二維效果圖所無法比擬的。因此，將虛擬現實技術應用于家居設計行業，將是未來的發展趨勢之一。本文擬在此領域加以嘗試，使用3dmax及虛擬現實建模語言VRML設計并開發了虛擬家居漫游系統。
一、虛擬現實系統概述
虛擬現實系統是由計算機軟硬件技術生成的逼真的三維虛擬境界，能夠給人多種感官刺激，是一種高級的自然人機交互系統，是人們利用計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新手段。其主要特征體現在：
沉浸性：指利用計算機所生成的虛擬境界應給人以真實感，當使用者處于其中時所接觸到的虛擬物體及運動體驗應與人們長期生活所積累的經驗相一致，使人產生身臨其境的沉浸感。
多感知性：用戶在虛擬現實系統中可以感受到多種感官刺激，除了一般計算機系統所具備的視覺感知外還應包括聽覺、力覺、觸覺及身體感覺等。
交互性：用戶能夠以自然的方式與系統中的虛擬物體進行交互，除了常規的鍵盤鼠標等設備外，還可以使用手勢、人類語言等自然方式進行。
構想性：虛擬現實系統不僅可以對于客觀存在的環境進行模擬仿真，也可以充分發揮人類的想象力，構想客觀上不存在或者不可能發生的場景，拓寬人類的視野及認知范圍。
二、虛擬家居漫游系統的架構
虛擬漫游是虛擬現實系統發展的一個重要分支，其應用前景極其廣闊。虛擬家居漫游系統是將虛擬漫游應用于家居設計領域的一種嘗試，指利用虛擬現實技術將家居設計理念以所見即所得的方式進行展示，用戶可以在虛擬的家居空間中漫游，可以全方位的觀察結構布局，可以任意角度地觀察空間中的對象。相對于只能提供靜態視覺體驗的二維效果圖，或具備動態表現力但無法進行實時交互的三維動畫來說，其優勢可謂得天獨厚。
我們所設計的虛擬家居漫游系統以虛擬現實技術為依托，利用三維建模工具3dmax和虛擬現實建模語言VRML完成了系統的研發，系統的總體架構如圖1所示。系統中使用者可以通過鍵盤或鼠標來自由地控制走向，可以對居室內的物品進行任意角度的觀察，也可以按照設置好的視點來進行視角的轉換，還可以與系統進行簡單的交互，使用戶對于整個家居設計的格局及環境有一個整體的把握。
圖1.虛擬家居漫游系統總體架構
系統建模：虛擬家居漫游系統中的首要任務是完成系統建模，為后續的虛擬導覽提供三維虛擬空間。系統中我們利用3dmax軟件對于常見的兩室兩廳兩衛住宅的戶型進行建模。
虛擬導覽：在系統中用戶可以按照預設的視點進行視角的轉換，也可以利用鍵盤或鼠標來進行自主瀏覽，控制來實現不同角度和方位的觀察，如前進、后退、左轉、右轉等。
三、虛擬家居漫游系統的實現
（一）系統模型的構建
三維建模技術是虛擬漫游系統中的關鍵技術之一，模型的好壞對于虛擬三維世界的視覺表現力及沉浸感有舉足輕重的影響，是三維世界的核心所在。系統中我們選擇了利用相對更適合建筑建模的3dmax軟件來完成建模，創建的模型主要包括房屋結構模型，家具模型和裝飾模型等。首先確定居室的戶型結構包括兩個臥室，一個客廳，一個餐廳及兩個衛生間，然后對每一個房間的結構，內部家具及裝飾模型進行構建，最后進行材質貼圖及渲染。
系統建模的過程中主要用到的方法有基本組件法、擠壓建模法和布爾運算法等�；窘M件法采用3dmax提供的基本幾何造型來進行建模，適用于外形相對規則的幾何造型，如房屋結構、桌子等，是建造模型的基礎。擠壓建模法是將二維造型沿其法線方向進行擠壓來生成三維模型，適用于制作瓶子罐子之類的柱狀的造型，如系統中的水杯和餐具。布爾運算法就是運用交、并、差等集合運算的方式，將兩個對象進行粘合或取其相交的部分，以生成較為復雜的造型，如衛生間的浴缸等。系統的建模效果如圖2和圖3所示。
圖2.整體俯視圖 圖3.臥室一角
�。ǘ┨摂M導覽的實現
系統中虛擬導覽包括自主瀏覽及自動瀏覽兩種。自主瀏覽在三維建模的基礎上通過用戶控制鼠標及鍵盤即可完成。自動瀏覽與自主瀏覽最大的區別是由系統依照預先設置好的路徑自動帶領用戶進行場景的瀏覽，其實現方法主要是通過使用VRML所提供的視點功能及動畫插補器。視點是指在場景中的觀察位置及朝向，通常由用戶預先定義。用戶可以通過跳躍式或非跳躍式兩種方式在所設置的視點中進行切換。通過跳躍式視點用戶可以略過一些無關緊要的場景，專注于三維世界中重要的觀察點，非跳躍式視點通過兩個觀察點間的平滑過渡來實現動態的瀏覽。自動瀏覽路線的實現本質上是一個動畫，通過VRML提供的位置插補器和朝向插補器來變換視點的位置和空間朝向來完成。
（三）交互功能的實現
人機交互是虛擬現實系統的重要特征，只有交互才能使用戶產生沉浸感，因此在系統中，我們加入了一些簡單的交互功能。這一功能的實現主要依靠VRML中提供的各種傳感器及腳本設計。VRML提供了Script腳本節點用以編程來拓展VRML的功能，實現一些復雜的高級的交互。如系統中的椅子的拖拉（如圖4所示）我們主要利用了VRML中的平面傳感器，而電視機的開關、換臺等功能則通過VRML腳本編程實現。
圖4a.初始狀態的椅子b.經過拖拉后的椅子
虛擬現實技術的沉浸感、交互性和構想性等特性使其在家居設計領域中突顯出了無可比擬的優勢。通過虛擬家居漫游系統為用戶提供所見即所得的三維展示方式，使其可以在虛擬的家居空間中自由漫游，身臨其境地去感受家居設計的整體風格布局，滿足個性化設計的需求，必將是為未來家居業一個新的發展方向。
參考文獻：
[1]段新昱.虛擬現實基礎與VRML編程[M].高等教育出版社,2004
[2]曲寶,趙婭,趙琦.基于Virtools的虛擬家居漫游系統的設計與實現[J].計算機工程與科學,2009,31:12
[3]華孟楠.虛擬現實技術在室內設計中的應用[J].北京工業職業技術學院學報,2010,9:4
[4]郭丹峰,胡風華.基于VRML的三維家居設計的探究[J].電腦知識與技術,2009,5:24
[基金項目]論文來源：蘇州科技學院校科研基金項目：虛擬家居設計系統的架構與實現
