基于增強現(xiàn)實技術(shù)的家庭裝修平臺的創(chuàng)新設(shè)計與開發(fā)研究

馬旭++徐正科++高潔++熊小軍

摘要：隨著近年來增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與計算機運算能力的提升，使得將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于解決家庭裝修設(shè)計中的熱點問題成為可能。論文提出的基于增強現(xiàn)實技術(shù)的家庭裝修平臺，區(qū)別于傳統(tǒng)的裝修設(shè)計方式，由服務(wù)器與移動端兩個模塊構(gòu)成，能夠幫助用戶更加便捷、迅速的設(shè)計出用戶想要的效果，并且減少了設(shè)計周期，同時也減少了一些不必要的浪費。論文首先論述了該平臺提出的背景，然后介紹了平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及平臺的實現(xiàn)方案，最后進行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：AR技術(shù)；家庭裝修設(shè)計；增強現(xiàn)實；家庭裝修市場；創(chuàng)意設(shè)計

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0131-03

1 引言

增強現(xiàn)實技術(shù)，也就是常說的AR技術(shù)，其是在虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的基礎(chǔ)上進化而來新技術(shù)。增強現(xiàn)實是將虛擬的信息通過電子設(shè)備與現(xiàn)實世界融合起來的一種技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機實時互動[1]。2017年AR技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)能夠通過AR的SLAM，MARKLESS技術(shù)完成實時感受環(huán)境變化、快速將模型與環(huán)境融合等任務(wù)。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)、高速數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)各自的成熟使得開發(fā)基于移動設(shè)備的高精度、高性能AR應(yīng)用成為了可能。

將增強現(xiàn)實技術(shù)用于家庭房屋的裝修設(shè)計中，這會是一個顛覆性的想法，也是一種顛覆行業(yè)的做法。雖然此前也中出現(xiàn)過很多基于3D的裝修設(shè)計軟件[2]，但此類軟件對3D數(shù)據(jù)的處理一般都需要在性能優(yōu)異的電腦上由專業(yè)人員進行建模處理，不具備便攜性，較高的成本也限制了其應(yīng)用范圍。

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，生活水平、消費水平的迅速上升，導致人們對于房產(chǎn)格外重視，從而人們對家庭裝修越來越重視，甚至把家庭裝修作為一個人品味的評價標準之一[3]?，F(xiàn)有的裝修流程一般采用設(shè)計師制圖，用戶審核通過后直接施工的方式。由于用戶缺少身臨其境的感受，對裝修設(shè)計圖的理解并不準確，經(jīng)常會出現(xiàn)在施工過程中頻繁修改設(shè)計，甚至將即將完工的裝修成品砸掉重裝也時有發(fā)生。這對客戶和家裝公司都帶來了一定程度的經(jīng)濟損失，同時也產(chǎn)生了大量的裝修材料垃圾。

2 平臺簡介

針對引言中提到的一些問題，本文提出了基于AR技術(shù)的家庭裝修設(shè)計平臺。該平臺基于AR相關(guān)技術(shù)[4]能夠完成家庭裝修的基本設(shè)計任務(wù)，其中包括對進行周圍3D環(huán)境的檢測[5]，并使之與數(shù)據(jù)庫中的3D裝修材料和家具模型等融合，為用戶提供實時的3D場景圖像，讓用戶能夠真實的感知裝修后的效果，同時3D的體驗可以隨時感受裝修設(shè)計是否合理，以至于施工之前就將不合理因素排除，減少了裝修中一些不必要的浪費，同時也在一定程度上解決了裝修中設(shè)計圖與施工效果的差異問題，提升了用戶的裝修設(shè)計體驗，同時保障工程實施的順利進行。此外，該平臺提供的3D裝修材料和家具模型等數(shù)據(jù)還能幫助設(shè)計師快速建模，減少裝修周期，提高家裝公司的工作效率，降低成本。本文提出了具有一定的創(chuàng)新性、及時性和便攜性的裝修設(shè)計平臺。

3 平臺的功能與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的裝修設(shè)計平臺的最終目的是通過AR技術(shù)，搭建一個可以快速將家具等的3D模型融入到現(xiàn)實環(huán)境中的裝修設(shè)計平臺。該平臺由云端服務(wù)器與本地移動端組成[6]。家具的3D模型存放在本地是一個非常不明確的選擇，會大量的增加APP的大小，同時會占用用戶很多的存儲空間。隨著技術(shù)的發(fā)展，我們現(xiàn)在完全有能力將數(shù)據(jù)存放在云端，用什么取什么，很大程度上減少了用戶儲存空間的浪費。該平臺的服務(wù)器由云儲存與數(shù)據(jù)庫組成，目前上已有多家提供云存儲的服務(wù)商，我們可以利用其高速下載和數(shù)據(jù)加密的優(yōu)點為用戶提供更好的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫則是將模型數(shù)據(jù)分類整理，最后通過API與移動端進行交互。這樣，每當用戶需要更多的模型數(shù)據(jù)時，移動端通過API獲取數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)家具3D模型的下載、裝修模型配置文件的下載、APP的在線更新等功能。移動端由程序代碼、UI、AR SDK、手機組成[7]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理等功能。圖1是該平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖2是系統(tǒng)各個主要模塊之間的通信。

本文提出的基于AR的裝修設(shè)計平臺擁有如下幾個功能：（1）獲取設(shè)備攝像頭權(quán)限；（2）完成家具模型的下載；（3）完成動態(tài)環(huán)境建模；（4）顯示當前的家具模型；（5）取消顯示的家具模型；（6）上傳與分享配置文件。

4 基于AR技術(shù)的裝修平臺的實現(xiàn)方案

在移動端，程序被用戶打開后，請求獲取設(shè)備攝像頭使用權(quán)限，假如用戶不同意，則退出程序，重新打開程序后仍請求手機攝像頭使用權(quán)限；如果同意獲取權(quán)限則進行下一步。然后程序?qū)崟r通過挪動設(shè)備的攝像頭來獲取外界環(huán)境數(shù)據(jù)，并且將攝像頭獲取的數(shù)據(jù)交給第三方SDK進行實時的處理，由此生成動態(tài)環(huán)境模型，之后的模型顯示和刪除都要基于這個模型，與此同時屏幕已經(jīng)顯示模型[8]。當用戶點擊放置按鈕時，程序?qū)討B(tài)的環(huán)境模型的Z軸頂部與家具模型的Z軸的底部放置在同一平面上，從而使模型顯示在物體的表面上，生成實時3D模型，并顯示在屏幕上，其效果與現(xiàn)實中相似，完成圖像的顯示功能[10]。當用戶點擊取消按鈕時，刪除在用戶點擊生成時的數(shù)據(jù)，家具模型消失，只顯示動態(tài)環(huán)境模型，完成家具3D模型的刪除工作。當用戶點擊下載按鈕時，程序利用API接口向數(shù)據(jù)庫發(fā)送密鑰，數(shù)據(jù)庫根據(jù)密鑰匹配相應(yīng)的下載地址，并返回給程序，程序根據(jù)返回的下載地址下載模型，并加載到程序中，可由用戶進行放置與刪除操作。當整體模型布置完畢之后，詢問用戶是否共享配置文件，若不同意則只將配置文件存儲在本地并繼續(xù)等待用戶操作，若用戶同意則將環(huán)境數(shù)據(jù)保存并上傳到云端，方便備份數(shù)據(jù)與分享給其他用戶。當用戶收到其他用戶分享的URL之后可跳轉(zhuǎn)至APP中自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的下載，等待用戶對數(shù)據(jù)進行加載等操作。圖3為程序各個模塊的實現(xiàn)方法與步驟。

在服務(wù)器端，本文提到的基于AR的裝修設(shè)計平臺用MySQL數(shù)據(jù)庫作為主力數(shù)據(jù)庫[11]，將用戶信息存到數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)用戶的管理功能，同時每一個unity模型文件擁有唯一命名，然后在數(shù)據(jù)庫中將模型的名稱與下載地址一一對應(yīng)，方便數(shù)據(jù)的下載。在接口方面，該系統(tǒng)使用開源的DreamFactory（簡稱DF）來為平臺生成一套方便安全的接口系統(tǒng)。DF兼容多種服務(wù)器端軟件，服務(wù)能夠與MySQL數(shù)據(jù)庫以及用戶管理等機制對接。同時DF提供多重可選擇的API請求方式，方便與客戶端的通信。這樣，DF就成了連接客戶端與數(shù)據(jù)庫的橋梁。當用軟件建立好一個完整的家庭裝修設(shè)計模型之后，我們可以將信息打包保存上傳云端，在打包上傳的時候并不是上傳模型文件，而是上傳可代表模型位置的描述文件[12]，當用戶下載之前保存的或者其他用戶的描述文件之后，程序可以根據(jù)現(xiàn)在的環(huán)境模型和描述文件來自動化的布局。這樣就可以使用其他用戶的成品來做參考，借鑒一下優(yōu)秀的設(shè)計，所以這樣在很大程度上減少了用戶在相似的裝修環(huán)境下的操作，同時也在一定程度上節(jié)省了重新布局的時間。endprint

5 結(jié)語

本文通過對基于AR技術(shù)的裝修設(shè)計平臺的研究，提出了一種搭建靈敏快捷、節(jié)約成本的裝修設(shè)計平臺的方案。相比傳統(tǒng)的裝修設(shè)計方式，本文提出的通過基于AR技術(shù)的裝修設(shè)計平臺的設(shè)計方式既能夠很大程度上保證的裝修設(shè)計的準確性，又能夠保證用戶看到裝修效果的實時性。通過使用云端mysql數(shù)據(jù)庫鏈接的DF接口保證的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與安全性，通過云端與用戶端的連接，組成了一套全面的系統(tǒng)閉環(huán)，也在一定程度上提高了設(shè)備的便攜性。從而可以應(yīng)對不同的使用要求，完成相應(yīng)工作。該平臺在實驗環(huán)境下基本實現(xiàn)所述功能，可通過安卓手機一加5上完成裝修設(shè)計的基本過程，實現(xiàn)預期功能。

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