使用VR3ID方法在VR中进行室内房屋设计的3D模拟外文翻译资料

使用VR3ID方法在VR中进行室内房屋设计的3D模拟

严瑞红¹，阿努姆-马苏德¹，李平^2,lowast;，萨巴-加赞法尔-阿里¹，盛斌^1,lowast;，和任杰³

上海交通大学计算机科学与工程系，上海，中国

澳门科技大学信息技术学院，澳门，中国

上海体育大学，上海，中国

摘要：-随着整个世界经济、科技和社会的快速进步，人类的生活环境也在日新月异地发生着良好的变化。如今，人们对室内生活空间的要求已不再局限于房子的实用性，而是对改善室内生活空间的美学方面感兴趣，以获得更好的生活质量。在这方面，室内设计师面临的一个主要问题是，他们不方便用不同的室内设计来模拟住宅，以描绘出现实生活中改进后的室内生活空间的形象。潜在的虚拟现实技术在这一领域有广泛的应用，以解决在一个给定的空间里模拟不同的室内设计的问题，让人们得到他们改变后的房子内部的形象。在本文中，我们应用了快速发展的虚拟现实技术，提出了一种三维室内装饰设计方法，即VR3ID，通过这种方法，人们可以在VR中模拟并看到一个给定的空间在改变其室内设计后的外观和感觉。

Index Terms-3D, virtual reality, interior decoration.

1. 简介

随着社会经济和科学技术的快速进步，人们对居住环境的要求也在不断变化。人们对室内生活空间的要求不再局限于实用功能，而是追求室内空间的美观和生活质量的提高[1], [2]。本文通过展示所提出的室内设计的大量成果，验证了虚拟现实平台强大的直观性和综合性特点。我们将虚拟现实技术的快速发展应用于家装领域。利用虚拟现实技术进行室内表现，可以让多个设计师和目标营销人员体验到方便快捷的表现方案[3]-[5]。同时，也能让客户在模拟的环境中体验到更真实的视觉感受。在家装系统中使用虚拟现实技术，可以在高保真的家装系统中进行家居模拟。

这项工作得到了国家自然科学基金61872241和61572316的部分资助，澳门科技发展基金0027/2018/A1的部分资助，国家重点研发计划2017YFE0104000和2016YFC1300302的部分资助，以及上海市科委18410750700、17411952600和16DZ0501100的部分资助。

978-1-5386-7672-1/18/$31.00 copy;2018 IEE

如果有一个系统可以通过VR设备显示虚拟环境中的所有家具，那么用户可以对室内设计有一个更直观的了解。我们的工作VR3ID旨在解决室内设计的困境。我们提出的方法不仅能够让客户选择虚拟家具的风格，而且还能给他们一个设计空间的机会。在我们提出的方法中，我们使用虚幻引擎来4设计一个室内设计师系统。用户可以设计房子的类型，改变室内布局，并走进他们设计的房间，观察布局并进行设计。也就是说，它允许用户在不需要实际参观房子的情况下查看房子的类型。我们的工作旨在解决以下问题。

• 用户可以通过按下按键在公寓内漫游。
• 改变墙壁和地板的质地，用户可以按左边的墙纸或地板按钮，选择

他们想要的纹理。

• 添加家具时，左边显示一组按钮供用户选择。他们可以首先选择类别和

然后找到他们喜欢的物品。

• 编辑家具 通过点击并按住鼠标左键，用户可以拖动家具，让它移动。

当一起按住鼠标右键时，他们可以让家具旋转。而当滚动鼠标滚轮时，他们可以改变家具的比例。

1. 相关的工作

世界上对互动设计的研究主要集中在多媒体数字技术的表现上。作者在[6]中提出了他们的实践项目Inter- active landscapes和Interactive Architecture，这对建筑中的交互设计的发展具有重要意义。Michael A. Fox[7]指出，建筑互动设计是互动设计和建筑学科的集合，它认为环境可以在智能动态的基础上进行自我适应，它可以重新配置自己并作出反应，自动适应物理变化。同时虚拟现实技术作为人工智能时代刚刚兴起的一项技术，该技术已经在很多领域得到了广泛的应用，虚拟现实技术在建筑设计中的应用也逐渐被发现。关于室内互动的研究

图1：Imagination Home VR设计系统

商业建筑的设计是以环境行为理论为基础，对室内空间的互动进行研究。它应该是为了改善商业建筑的室内设计系统，提高设计预览的准确性，同时可以在设计师和客户之间建立更加顺畅和有效的沟通渠道。这里有一些研究构建了一套商业建筑的交互式室内设计方法。其重点是关注用户的行为，利用用户的心理过程和行为反馈来指导设计[8]。这种方法主要是依靠虚拟现实技术建立商业建筑模型，然后在设计的早期阶段使用，并在模型中采取模拟实验的方式获得相关数据进行分析。一些商业项目即Imagination Home VR设计系统和Trial Cloud设计系统。

1. 想象力家居VR设计系统

拥有海量素材库，精品样板房直接使用和展示。支持私人材料上传，打造公司自己的装修套餐。轻松绘制公寓户型，只需不到十分钟就能完成装修效果设计，客户直观看到设计方案，立即修改，无需等待。想象家VR设计系统准确把握客户的真实装修想法，树立良好口碑。本产品使设计房屋类似于玩游戏，设计师、销售人员、工长、客户都能快速上手，提高销售效率，并节省外部效果图的费用。

1. 试用云设计系统

试用云设计系统支持自由绘制房屋类型，可以从平面图切换到三维平面图。用户可以从产品模型菜单中调出项目，同时调整方向和尺寸。同时还支持一键生成样板间，全景漫游体验，以及缩放、多方位观察。试用云设计系统支持同时进行多个VR头戴式显示器。

1. 综述 我们的系统有以下功能。

图2：试用云设计系统

• • 用户管理功能。提供基本的注册、登录和其他功能。
  • 房间管理功能。提供添加、删除、查询和修改房间类型的功能。
  • 室内物品的管理功能。这些功能包括移动、旋转、放置等功能。

张贴、悬挂和解除物体的束缚。此外，还需要改变物体的材料和颜色的功能。

• • 保存和加载功能。当用户在系统上模拟家庭装修时，他们可以保存和加载

结果在任何时候都可以进行比较。

此外，用户还希望实现社交功能，如评论、留言、评论等。这部分功能可能会在未来实现，本文没有涉及。系统的整体框架采用经典的三层架构模型，即UI层、业务逻辑层和数据访问层。在系统的整体架构中涉及到很多类，而3是精简架构的结果。在 3，最下面的一层是数据访问层。数据加载类是用来获取和保存JSON格式的数据。对于一些模型和图片，资源被用来与资源加载类进行交互。中间的是3业务逻辑层。GameController是这个类中最核心的类。它控制某个当前对象的操作，如移动旋转等。这个类继承自MonoBehavior类，提供整个场景的保存和加载。在Game-Controller中的每个子类都有一个控制类作为其组成部分。控制类记录对象的各种状态，如位置、旋转和材料，并对这些状态进行操作。还提供射线用于选择场景中的对象[9]。动画控制器类用于将当前对象状态的变化与用户界面上的动画相结合。同时，Game-Controller中的OnGUI、更新和其他内置方法也可以用于界面交互。

1. 方法
2. 对象的选择

当用户通过电脑或其他设备访问家装系统并使用输入主

算法 选择对象1

要求。A射线

Ensure: 射线遇到的对象或空。

介面

动画播放器

游戏控制器

房间信息

用户信息

观念

动画控制器

对象状态

设置状态

对象列表 当前对象

移动物体 旋转物体 放置物体 悬挂物体 捆绑物体 解除物体 保存场景 载入场景

1: RaycastHit击中

2: Vector3.pos = Input.GetTouch(0).position

3: Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(pos)

4：如果Physics.Raycast(ray,out hit))，则返回hit.transform。

5：否则返回null

6: 结束 如果

加载和保存json

数据加载类

请求资源

资源加载类

图 4: 坐标组件m

图3：我们系统的整体框架

鼠标或操纵杆等设备来执行一个对象，后续的逻辑与二维平面上的操作完全不同。鼠标手柄在操作过程中获得屏幕上的二维坐标。场景中的物体是由三维坐标表示的，所以需要对二维坐标进行转换。此外，可以使用Unity3d中提供的射线类Ray，它可以用来从模拟人眼的摄像机向场景中发射射线。为了表现射线所遇到的物体，需要用Collide组件对场景中的物体进行碰撞，以达到与射线碰撞的效果。通过这种方式，可以模拟出人眼 '看 '的效果。如果用户添加一个效果，改变射线所撞击的物体的外观，用户就可以模拟物体的获取。场景中物体的选择需要使用射线和碰撞检测。它可以在Unity3D中使用RaycastHit类来实现[10]。当用户使用Camera向屏幕发射射线时，万一用户遇到一个带有撞击器组件的物体，用户可以从RaycastHit的属性中获得碰撞的物体。所以我们有算法1。在算法中1，如果这里在手指接触屏幕的位置发射射线，它将在遇到碰撞对象后返回到对象，否则它将返回null，从而完成对对象的选择。

1. 预制构件

在场景中，为了展示一个特定的物体，有许多细节需要处理，如材料、纹理、脚本等。

处理逻辑，动画，等等。以场景中的人物为例。首先用户需要从3D Max中导出fbx格式的角色模型并将其添加到场景中，并在场景中设置材质和纹理。这里，用户还需要设置动画控制器和动画。此外，相应的控制代码也需要作为一个组件添加到角色模型中。可见，一个角色模型是由很多元素组成的。但是，对于角色的使用者来说，只需要关注角色在场景中的位移速度，而不需要关注角色的实现细节。为了便于开发，角色和相关元素可以被打包成一个整体，供后续用户直接使用。预制部件是在Unity3d中制作的。预制部件反映了软件工程师项目中逐步完善和包装的理念。大量的预制件可以极大地提高软件的质量和开发效率。由于家装系统中涉及的电器、家具、书籍、壁纸、地板等所有元素都无法提前制造，需要在实践中不断补充，所以这些项目可以作为预制件提供。下面以创建一个坐标系的预制品为例，介绍预制件的一般逻辑。

选择对象后，往往需要能够拖动相应的对象。比较直观的是，在选择对象时，会出现图2所示的轴线。选择轴线后，按相应的方向拖动对象。为了达到轴的效果，我们需要完成以下工作。

第一步：从3dMax导出fbx格式的锥体。

第2步：在场景中添加圆柱体组件，并调整属性，使其成为一个拉长的外圆柱体。

第3步：将圆锥体和圆柱体结合起来，使其成为一个单一的

图5：物体移动轴时的坐标系。

第4步：将脚本Cone添加到圆锥体中。Cs，这个脚本有两个功能。当鼠标在圆锥体上时，它将材料变为黄色，鼠标移开后又恢复。另外用户可以用鼠标拖动轴。

第5步：复制并旋转轴，使其形成图2中所示的X、Y、Z方向。并改变其他轴的材料。使不同的轴出现不同的颜色。

第6步：提供ConeM

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3D Simulation of Interior House Design in VR Using VR3ID Method

Ruihong Yan¹, Anum Masood¹, Ping Li^2,lowast;, Saba Ghazanfar Ali¹, Bin Sheng^1,lowast;, and Jie Ren³

l. Department of Computer Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China

1. Faculty of Information Technology, Macau University of Science and Technology, Macau, China
2. Shanghai University of Sport, Shanghai, China

Abstract—With rapid progress in economy, technology and society of the world as a whole, living environment of humans are also changing daily for good. These days, the requirement for a nice indoor living space is no longer limited to the practicality of a house, but people are also interested in improving the aesthetic aspect of their interior living space for a better quality lifestyle. In this aspect, a major problem faced by the interior designers is the inconvenience for them to simulate a home with a different interior design to depict an image of the improved interior living spaces in real life. Potentially Virtual Reality Technology has an extensive application in this field to tackle the problem of simulating different interior design in a given space conveniently and allowing people to get an image of their changed house interior. In this paper, we have applied the rapidly developing virtual reality technology and proposed a 3D interior decoration design methodology, VR3ID, by which people can simulate in VR and see how a given space would look and feel like with changes to its interior design.

Index Terms—3D, virtual reality, interior decoration.

1. INTRODUCTION

With the rapid progress of social economy and science and technology, peoplersquo;s requirements for the living environment are also changing. Peoplersquo;s requirements for indoor living space are no longer limited to practical functions, but they also pursue the improvement of the beauty of the interior space and the quality of life [1], [2]. This paper verify the strong intuitive and comprehensive features of Virtual Reality Plat- form by showing the extensive results of the proposed interior design. We applied the rapid development of virtual reality technology to the home improvement field. The use of virtual reality technology for indoor performance can allow multiple designers and target marketers to experience convenient and quick performance solutions [3]–[5]. At the same time, it also enables customers to experience more realistic visual perception in a simulated environment. The use of virtual reality in home improvement systems allows home simulations to be performed in high-fidelity home improvement systems.

This work was supported in part by the National Natural Science Foundation of China under Grant 61872241 and Grant 61572316, in part by the Macau Science and Technology Development Fund under Grant 0027/2018/A1, in part by the National Key Research and Development Program of China under Grant 2017YFE0104000 and Grant 2016YFC1300302, and in part by the Science and Technology Commission of Shanghai Municipality under Grant 18410750700, 17411952600, and Grant 16DZ0501100.

978-1-5386-7672-1/18/$31.00 copy;2018 IEEE

Users can have a more intuitive understanding of interior design if there is a system that shows all furniture in a virtual environment by the VR equipment. Our work VR3ID aims to solve the dilemma of interior design. Our proposed method not only manage to let the customer choose the style of virtual furniture but also give a chance for them to design the space. In our proposed method, we use Unreal Engine 4 to design a interior designer system. Users can design the type of the house, change the interior layout and walk into the room they designed, observe the layout and make design. That is to say it allows users to view the type of the house without the need of an actual visit to the house. Our work aims to solve the following problems:

• Users can roam in the apartment by pressing keys.
• Changing the texture of wall and floor, users can press wallpaper or floor button on the left and choose the

texture they want.

• Adding furnitures a set of buttons is displayed on the left for users to choose. They can first select the category and

then find the item they like.

• Editing furnitures By clicking and holding the left mouse button, users can drag the furniture to let it move.

When together holding the right mouse, they can let the furniture rotate. And when scrolling the mouse wheel, they can change the scale of the furniture.

1. RELATED WORK

The research of interactive design in the world is mainly focused on the performance of multimedia digital technol- ogy. The authors in [6] put their practice projects Inter- active landscapes and Interactive Architecture which have great significance to the development of interactive design in architecture. Michael A. Fox [7] pointed out the architecture interactive design is a collection of interactive design and architecture subject, it is believed that the environment can be self-adaptation on the basis of the intelligent dynamics, which can reconfigure itself and respond, adapt to the physical changes automatically. At the same time virtual reality is just emerging as a technology in the era of artificial intelligence, this technology has been widely used in many fields, the application of virtual reality in architecture design is also gradually discovered. The research on interior interactive

Fig. 1: Imagination Home VR Desig

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