高健權，方新國*

（1.佛山科學技術學院機電工程學院，廣東佛山528000；2.佛山科學技術學院工業(yè)設計與陶瓷藝術學院，廣東佛山528000）

隨著計算機技術、傳感器技術、控制技術與網絡技術等技術的飛躍發(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)，能夠使家居產品有機地聯(lián)結起來，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注的一個熱點，它以計算機技術為核心，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，從而讓人們產生身臨其境的感受［1］，它在當代游戲、教育等領域的介入正發(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日常生活的一部分，而如何很好地把虛擬現(xiàn)實技術融入智能家居領域，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。

計算機技術與嵌入式技術的發(fā)展，給虛擬現(xiàn)實和智能家居產品帶來了發(fā)展的契機，虛擬現(xiàn)實和智能家居也逐漸成為時下科學人員研究的熱點。虛擬現(xiàn)實作為一種技術手段在如今多個行業(yè)都有應用的案例，而在智能家居行業(yè)中如何將虛擬現(xiàn)實技術引入，并與智能家居有效結合產生良好的應用方案，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

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）又稱靈境技術或人工環(huán)境，是近年來人們關注的熱點之一。它是通過計算機技術、傳感技術、交互技術、顯示技術等綜合集成，模擬產生一個逼真的數(shù)字化三維環(huán)境，用戶可以通過特定的技術設備，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)實技術在房地產、娛樂游戲、航空航天等領域都有著廣泛的應用。它的出現(xiàn)是人類在探索自然、認識自然發(fā)展過程中產生的，是人類認識自然、模擬自然的科學方法與技術。

1.2 增強現(xiàn)實技術

增強現(xiàn)實技術（Augment reality，AR）是在虛擬現(xiàn)實技術的基礎上發(fā)展起來的一種新興技術，是虛擬現(xiàn)實領域的一種。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］，并通過光學透視式頭盔顯示器或手機、平板等配有各種成像元件的設備進行顯示，用戶可以與設備中的虛擬物體進行實時地交互。增強現(xiàn)實技術在產品設計、機械裝配、教育和娛樂等領域有著廣泛的應用，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，通過網絡通信技術、自動控制技術、綜合布線技術等多種技術的綜合集成，將家居生活有關的設備產品關聯(lián)起來，同時構建可集中管理、智能控制的綜合管控系統(tǒng)，它能讓人們在戶外或室內查看家居信息或控制家居相關的設備［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人類生活的全新技術，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)實與智能家居的結合

2.1 虛擬現(xiàn)實技術在智能家居的應用

2.1.1 VR設備成為智能家居的一部分

智能家居是物聯(lián)網時代的產物，未來也是物聯(lián)網萬物互聯(lián)的時代，VR設備作為一種智能產品同樣在未來將和其他家電設備進行連接互聯(lián)［3］。例如：在你佩戴VR設備進行操作的同時，家里的其他設備產品也會對你的動作甚至習慣等進行感知，從而為你提供智能服務，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感知設備如：Kinect、FeelReal、Virtualizer等為家里的智能娛樂系統(tǒng)產生更多的內容和娛樂形式，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容。

2.1.2 虛擬現(xiàn)實技術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結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)的二維設計理念也已經滿足不了消費者的需求［4］，因此許多消費者對智能家居產品缺乏體驗，限制了用戶的選擇權，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)實的三維展示技術與智能家居結合，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備的消費。因此，虛擬現(xiàn)實技術為智能家居市場的推廣起了重要作用。

除此之外，虛擬現(xiàn)實技術對于智能家居的定制服務也提供了很大幫助。例如：在智能家居設計搭配階段，利用虛擬現(xiàn)實技術搭建一個以用戶為中心的個性化智能家居設計方案，并創(chuàng)建相應的數(shù)據(jù)模型模擬智能家居產品的服務配置與功能［6］，甚至是模擬設計智能家居的網絡布線工程布局，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險。

2.1.3 虛擬現(xiàn)實技術為智能家居系統(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，它將智能家居產品的用電設施進行集成，使智能家居產品能在同一個操作平臺上進行手動的無線或互聯(lián)網操控。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慣。把虛擬現(xiàn)實技術引入智能家居控制界面中，運用虛擬現(xiàn)實技術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，這種設計有效地把握了人機工程要素，把用戶體驗作為設計的核心［7］，對于某件家居產品的仿真操作，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)實技術在智能家居的應用

2.2.1 AR設備革新智能家居交互方式

對于智能家居產品的集成操控，期待著能有一個萬能遙控器能控制家里的一切設備。而AR設備作為智能家居的操作平臺可辨別家居的各類設備，并與各種設備樹立物聯(lián)［8］，用戶只需佩戴AR設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)布了相關的AR設備和應用方案。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，能自動檢測家居產品正確位置，結合AR交互控制技術后，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備對眼睛視線的追蹤，就可以控制產品的各項功能。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)實技術為智能家居產品帶來信息可視化

增強現(xiàn)實技術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。將增強現(xiàn)實技術應用于智能家居領域，可以通過虛擬的智能家居設計方案（如智能家居電網的三維設計布局、智能家居產品）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、減少了過程風險。同時，智能家居相關的數(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：對于智能家居產品的使用方式、功能，甚至是智能家居產品的二氧化碳排放量和能源消耗等與智能家居生活關聯(lián)的數(shù)據(jù)信息通過增強現(xiàn)實技術，以可視化的圖像或文字呈現(xiàn)在接收數(shù)據(jù)信息的終端設備屏幕上［11］，用戶只需利用移動設備完成對智能家居產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量都具有重要價值與意義。

3 虛擬現(xiàn)實在智能家居應用未來展望

虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展大大加速了人機互動技術的發(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。通過科學技術的快速發(fā)展，可以想象未來的VR或AR交互設備、體感設備等技術設備的不斷延伸，以及智能家居智能方案的不斷推陳出新，虛擬現(xiàn)實與智能家居的結合應用也將逐漸演變。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)實結合應用

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設備與智能家居、語音識別技術結合應用，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，通過語音識別技術轉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和人工智能技術進行評價和反饋，將處理后的信息傳達到各種VR或AR設備的顯示屏幕上。而人工智能技術是其中面臨的最大挑戰(zhàn)。但眾觀目前人工智能技術的發(fā)展趨勢，在未來智能家居和虛擬現(xiàn)實的結合應用中，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)實技術與智能家居結合

在目前智能家居領域中，研究者對技術層面考慮更多的是硬件環(huán)境，而忽略了軟件的環(huán)境和用戶的內在需求。傳統(tǒng)的智能家居往往是人去適應智能家居，而未來智能家居的發(fā)展方向將會是家居產品適應人。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設備作為載體進行呈現(xiàn)。因此，虛擬現(xiàn)實技術將會為未來智能家居用戶提供虛擬管家服務。

3.3 虛擬現(xiàn)實技術將在大范圍的智能家居領域中應用

就目前虛擬現(xiàn)實應用在智能家居的現(xiàn)狀來看，虛擬現(xiàn)實技術應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域密切相關范圍的虛擬現(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)實技術所帶來的多感知性、便捷交互方式都將在家居領域發(fā)揮十分重要的作用。而三維虛擬現(xiàn)實技術以其實現(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用核心。相信虛擬現(xiàn)實技術獨特的優(yōu)勢特長將會為未來智能家居領域提供范圍更廣泛的應用發(fā)展。

4 小結

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。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域的應用將會使人類智能家居生活方式變得科學化、合理化。但就目前應用現(xiàn)狀來看，虛擬現(xiàn)實作為一種新興的技術，被某些行業(yè)領域為了奪人眼球，利用高科技裝腔作勢，所面臨的虛擬現(xiàn)實技術“硬用”問題，是未來所要思考的重要問題。因此，把虛擬現(xiàn)實技術對智能家居的應用發(fā)揮好，將為人類的智慧生活帶來全新的面貌。

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