虛擬現(xiàn)實在智能家居的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來探析

高健權(quán)，方新國*

（1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東佛山528000；2.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計與陶瓷藝術(shù)學(xué)院，廣東佛山528000）

隨著計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的飛躍發(fā)展，人們的生活越來越趨向于智能化、移動化。技術(shù)發(fā)展的同時給人類帶來了更高檔次的生活水平，人們對于生活環(huán)境的要求也在逐漸提升。智能家居是一種通過智能化系統(tǒng)，能夠使家居產(chǎn)品有機地聯(lián)結(jié)起來，從而讓人們生活更舒適、更環(huán)保、更安全與便捷，它的出現(xiàn)是當代人類生活水平提升的體現(xiàn)，符合當下人們對高層次生活水平的需求。而虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）也是近年來人們比較關(guān)注的一個熱點，它以計算機技術(shù)為核心，生成與一定范圍真實環(huán)境在視、聽、觸等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，從而讓人們產(chǎn)生身臨其境的感受［1］，它在當代游戲、教育等領(lǐng)域的介入正發(fā)揮著革命性的作用。未來虛擬現(xiàn)實與智能家居都將成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，而如何很好地把虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入智能家居領(lǐng)域，發(fā)掘兩者的互連價值，從而革新人類未來的生活方式，成為當代具有重要意義的探討問題。

計算機技術(shù)與嵌入式技術(shù)的發(fā)展，給虛擬現(xiàn)實和智能家居產(chǎn)品帶來了發(fā)展的契機，虛擬現(xiàn)實和智能家居也逐漸成為時下科學(xué)人員研究的熱點。虛擬現(xiàn)實作為一種技術(shù)手段在如今多個行業(yè)都有應(yīng)用的案例，而在智能家居行業(yè)中如何將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入，并與智能家居有效結(jié)合產(chǎn)生良好的應(yīng)用方案，是當下值得深入研究的課題。

1 虛擬現(xiàn)實與智能家居的基本概念

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）又稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是近年來人們關(guān)注的熱點之一。它是通過計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、交互技術(shù)、顯示技術(shù)等綜合集成，模擬產(chǎn)生一個逼真的數(shù)字化三維環(huán)境，用戶可以通過特定的技術(shù)設(shè)備，感受三維虛擬環(huán)境所帶來的視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等不同感知，并和虛擬環(huán)境物體進行實時的交互，以達到身臨其境的體驗。如今虛擬現(xiàn)實技術(shù)在房地產(chǎn)、娛樂游戲、航空航天等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。它的出現(xiàn)是人類在探索自然、認識自然發(fā)展過程中產(chǎn)生的，是人類認識自然、模擬自然的科學(xué)方法與技術(shù)。

1.2 增強現(xiàn)實技術(shù)

增強現(xiàn)實技術(shù)（Augment reality，AR）是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的一種。虛擬現(xiàn)實是完全的計算機生成的虛擬假象，而增強現(xiàn)實技術(shù)原理是致力于將計算機生成的物體疊加到現(xiàn)實景物上［2］，并通過光學(xué)透視式頭盔顯示器或手機、平板等配有各種成像元件的設(shè)備進行顯示，用戶可以與設(shè)備中的虛擬物體進行實時地交互。增強現(xiàn)實技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計、機械裝配、教育和娛樂等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它的出現(xiàn)正逐漸革新著人類傳統(tǒng)的交互方式。

1.3 智能家居

智能家居是以住宅為平臺，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、綜合布線技術(shù)等多種技術(shù)的綜合集成，將家居生活有關(guān)的設(shè)備產(chǎn)品關(guān)聯(lián)起來，同時構(gòu)建可集中管理、智能控制的綜合管控系統(tǒng)，它能讓人們在戶外或室內(nèi)查看家居信息或控制家居相關(guān)的設(shè)備［3］。它的出現(xiàn)使人類家居生活變得更舒適、更安全、更環(huán)保、更便捷。隨著物聯(lián)網(wǎng)全面鋪開之際，智能家居將得到更飛速的發(fā)展，作為一種近年來才興起的改變?nèi)祟惿畹娜录夹g(shù)，它在未來發(fā)展過程中將會面臨巨大的挑戰(zhàn)，而虛擬現(xiàn)實越來越成熟的技術(shù)將會為智能家居發(fā)展路上提供不容小覷的幫助。

2 虛擬現(xiàn)實與智能家居的結(jié)合

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在智能家居的應(yīng)用

2.1.1 VR設(shè)備成為智能家居的一部分

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)時代的產(chǎn)物，未來也是物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的時代，VR設(shè)備作為一種智能產(chǎn)品同樣在未來將和其他家電設(shè)備進行連接互聯(lián)［3］。例如：在你佩戴VR設(shè)備進行操作的同時，家里的其他設(shè)備產(chǎn)品也會對你的動作甚至習(xí)慣等進行感知，從而為你提供智能服務(wù)，這也是未來智能家居生活的一部分。與此同時，為了滿足虛擬現(xiàn)實多感知的體驗，日益增多的VR感知設(shè)備如：Kinect、FeelReal、Virtualizer等為家里的智能娛樂系統(tǒng)產(chǎn)生更多的內(nèi)容和娛樂形式，智能和娛樂相得益彰，因此虛擬現(xiàn)實將給智能家居生活添加更多精彩的內(nèi)容。

2.1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)為智能家居提供三維場景漫游體驗

智能家居是目前眾多技術(shù)結(jié)合下的新型居住理念，然而智能家居在面向市場終端普及過程比較困難，通過智能家居具體實物來展示功能成本較高，傳統(tǒng)的二維設(shè)計理念也已經(jīng)滿足不了消費者的需求［4］，因此許多消費者對智能家居產(chǎn)品缺乏體驗，限制了用戶的選擇權(quán)，從而阻礙了智能家居市場的推廣。而虛擬現(xiàn)實為智能家居提供了很好的解決方案，利用虛擬現(xiàn)實的三維展示技術(shù)與智能家居結(jié)合，對智能家居現(xiàn)實場景的每個模塊進行仿真。例如：通過模擬智能家居環(huán)境，用戶能通過操控虛擬人或以第一人稱視角進行智能家居仿真環(huán)境的漫游，并與虛擬智能家居場景實時交互［5］，以了解熟悉智能家居的概念和功能，從而刺激消費者對智能家居設(shè)備的消費。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為智能家居市場的推廣起了重要作用。

除此之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于智能家居的定制服務(wù)也提供了很大幫助。例如：在智能家居設(shè)計搭配階段，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建一個以用戶為中心的個性化智能家居設(shè)計方案，并創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型模擬智能家居產(chǎn)品的服務(wù)配置與功能［6］，甚至是模擬設(shè)計智能家居的網(wǎng)絡(luò)布線工程布局，通過虛擬場景的搭建，用戶就可以把腦海中構(gòu)想的方案展示出來，并與虛擬場景進行身臨其境的漫游，從而在方案實施前進行評價分析，提高了定制方案的可靠性［6］。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輔助，消費者就可以個性化定制自己所需要的智能家居產(chǎn)品，能夠很好地進行購買前的虛擬體驗，也減少了實施階段所帶來的風(fēng)險。

2.1.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)為智能家居系統(tǒng)提供友好的界面交互方式

智能家居系統(tǒng)可以對人們的住宅實現(xiàn)智能化的控制與管理，它將智能家居產(chǎn)品的用電設(shè)施進行集成，使智能家居產(chǎn)品能在同一個操作平臺上進行手動的無線或互聯(lián)網(wǎng)操控。然而傳統(tǒng)的智能家居控制平臺交互界面方式通常為二維平面按鈕操作，不符合人們的交互習(xí)慣。把虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入智能家居控制界面中，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)為智能家居的交互方式進行優(yōu)化，對現(xiàn)實的智能家居場景進行模擬仿真，并以三維數(shù)字化場景呈現(xiàn)在用戶的平臺界面上，這種設(shè)計有效地把握了人機工程要素，把用戶體驗作為設(shè)計的核心［7］，對于某件家居產(chǎn)品的仿真操作，再到家居環(huán)境的逆向反饋，都能夠讓用戶體驗到現(xiàn)實家居更為可靠的控制感受，使智能家居系統(tǒng)界面更加貼合用戶的使用。

2.2 增強現(xiàn)實技術(shù)在智能家居的應(yīng)用

2.2.1 AR設(shè)備革新智能家居交互方式

對于智能家居產(chǎn)品的集成操控，期待著能有一個萬能遙控器能控制家里的一切設(shè)備。而AR設(shè)備作為智能家居的操作平臺可辨別家居的各類設(shè)備，并與各種設(shè)備樹立物聯(lián)［8］，用戶只需佩戴AR設(shè)備可以通過手勢的非接觸操作或其他更自然的交互方式，就能控制現(xiàn)實生活中的所有智能家居產(chǎn)品。對于這樣的操作，如谷歌的Google Glass和微軟的Hololens都處于研究階段，并發(fā)布了相關(guān)的AR設(shè)備和應(yīng)用方案。日本的村田制作所推出的原型智能眼鏡“Cool Design Smart Glass”，利用微型PS（Micro Position Sensor）傳感器集成在眼鏡鏡架上，傳感器在基于微紅外激光測距的方法下，能自動檢測家居產(chǎn)品正確位置，結(jié)合AR交互控制技術(shù)后，用戶只需戴上AR眼鏡，將視線瞄準想要控制的智能家居產(chǎn)品，并通過與顯示在眼鏡上的UI界面進行交互，這種交互方式無需動手只需要設(shè)備對眼睛視線的追蹤，就可以控制產(chǎn)品的各項功能。這種全新的交互方式完全取代了傳統(tǒng)的各種控制器，提供了更自然的交互方式［9］。

2.2.2 增強現(xiàn)實技術(shù)為智能家居產(chǎn)品帶來信息可視化

增強現(xiàn)實技術(shù)是一種將虛擬信息疊加在現(xiàn)實環(huán)境中，通過計算機把虛實信息融為一體的視覺技術(shù)。將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，可以通過虛擬的智能家居設(shè)計方案（如智能家居電網(wǎng)的三維設(shè)計布局、智能家居產(chǎn)品）疊加在真實環(huán)境中并直觀和自然地呈現(xiàn)在用戶眼前，供用戶評價或測試，這樣既節(jié)省了實物展示的成本，也減少了設(shè)計方案過程所耗費的時間［10］，最重要是比傳統(tǒng)的定制方法提高了可靠性、減少了過程風(fēng)險。同時，智能家居相關(guān)的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)也是智能家居提供智能生活的重要元素之一。例如：對于智能家居產(chǎn)品的使用方式、功能，甚至是智能家居產(chǎn)品的二氧化碳排放量和能源消耗等與智能家居生活關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息通過增強現(xiàn)實技術(shù)，以可視化的圖像或文字呈現(xiàn)在接收數(shù)據(jù)信息的終端設(shè)備屏幕上［11］，用戶只需利用移動設(shè)備完成對智能家居產(chǎn)品的追蹤和識別即可。智能家居的可視化信息對于未來智慧生活是非常有必要的，因此它對未來人類步入綠色生活和提高家居生活質(zhì)量都具有重要價值與意義。

3 虛擬現(xiàn)實在智能家居應(yīng)用未來展望

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展大大加速了人機互動技術(shù)的發(fā)展，它為人類“走進”虛擬世界提供了可能。智能家居的主要目標是使住戶在家居生活中更舒適、更安全、更方便，從根本上改善人類的家居生活。通過科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，可以想象未來的VR或AR交互設(shè)備、體感設(shè)備等技術(shù)設(shè)備的不斷延伸，以及智能家居智能方案的不斷推陳出新，虛擬現(xiàn)實與智能家居的結(jié)合應(yīng)用也將逐漸演變。對于未來發(fā)展趨勢，主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

3.1 智能化語音與虛擬現(xiàn)實結(jié)合應(yīng)用

未來人類與智能家居的交互方式將逐漸趨向于更簡單、更方便。如果將VR、AR設(shè)備與智能家居、語音識別技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可以很好地實現(xiàn)這個目標。智能化語音這種減少手部動作且更自然的交互方式，將用戶對智能家居的控制動作改變?yōu)檎Z音控制，通過語音識別技術(shù)轉(zhuǎn)化為智能家居所能識別的信息，然后利用計算機圖形處理技術(shù)和人工智能技術(shù)進行評價和反饋，將處理后的信息傳達到各種VR或AR設(shè)備的顯示屏幕上。而人工智能技術(shù)是其中面臨的最大挑戰(zhàn)。但眾觀目前人工智能技術(shù)的發(fā)展趨勢，在未來智能家居和虛擬現(xiàn)實的結(jié)合應(yīng)用中，良好的人工智能系統(tǒng)將對減少乏味的人工交互和勞動提供非常積極的作用。

3.2 感知性虛擬現(xiàn)實技術(shù)與智能家居結(jié)合

在目前智能家居領(lǐng)域中，研究者對技術(shù)層面考慮更多的是硬件環(huán)境，而忽略了軟件的環(huán)境和用戶的內(nèi)在需求。傳統(tǒng)的智能家居往往是人去適應(yīng)智能家居，而未來智能家居的發(fā)展方向?qū)羌揖赢a(chǎn)品適應(yīng)人。從用戶交互上來解釋，帶感知性和情感化的虛擬人在未來智能家居中具有重要的意義。未來不但是人類具有情感表達，智能家居設(shè)備也將具有情感的維度。而這種情感交互的實現(xiàn)可以通過智能家居中虛擬人的形象進行語音和視覺的交流，這種交流方式也將通過VR或AR設(shè)備作為載體進行呈現(xiàn)。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將會為未來智能家居用戶提供虛擬管家服務(wù)。

3.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)將在大范圍的智能家居領(lǐng)域中應(yīng)用

就目前虛擬現(xiàn)實應(yīng)用在智能家居的現(xiàn)狀來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在智能家居的解決方案中主要針對的是住宅型的智能家居用戶。以樓宇型、健康型、安全型等其他與家居領(lǐng)域密切相關(guān)范圍的虛擬現(xiàn)實解決方案卻很少，虛擬現(xiàn)實為更大范圍的家居領(lǐng)域提供解決方案將會是未來智能家居發(fā)展的趨勢。以住宅級到樓宇級、以樓宇級到小區(qū)級、以小區(qū)級到城市級，虛擬現(xiàn)實技術(shù)所帶來的多感知性、便捷交互方式都將在家居領(lǐng)域發(fā)揮十分重要的作用。而三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其實現(xiàn)龐大數(shù)據(jù)的有效管理和高度沉浸感的三維虛擬環(huán)境是對智能家居的應(yīng)用核心。相信虛擬現(xiàn)實技術(shù)獨特的優(yōu)勢特長將會為未來智能家居領(lǐng)域提供范圍更廣泛的應(yīng)用發(fā)展。

4 小結(jié)

虛擬現(xiàn)實和智能家居都是一個具有巨大發(fā)展?jié)摿σ约皬V闊發(fā)展前景的技術(shù)。智能家居的主要目標是使用戶的家居生活更便捷、更人性化、更舒適，滿足用戶對期望生活的需求。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢在于它可以被用在人類很難進入、但是人類智能又可以到達的虛擬環(huán)境中，所以它在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用將會使人類智能家居生活方式變得科學(xué)化、合理化。但就目前應(yīng)用現(xiàn)狀來看，虛擬現(xiàn)實作為一種新興的技術(shù)，被某些行業(yè)領(lǐng)域為了奪人眼球，利用高科技裝腔作勢，所面臨的虛擬現(xiàn)實技術(shù)“硬用”問題，是未來所要思考的重要問題。因此，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)對智能家居的應(yīng)用發(fā)揮好，將為人類的智慧生活帶來全新的面貌。

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