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摘要：科学技术对于现今生活的影响力是巨大的，各行各业均因科学力量迭代更新，尤其在疫情时代下迅速发展的“虚拟科技”力量更是强大。本文就“虚拟科技”中的“次时代技术”在智能家具行业中运用及实践进行解说。研究对象为“攀登计划”广州华商职业学院“咕咕镜”项目。

关键词：次时代技术;智能家具;视觉;数字化制造

次时代技术

次时代，又称次世代，是下一代的意思，次世代是舶来语是日本的叫法，这是日语的日文汉字。次时代技术常用于游戏、动画等领域，这项技术改变了90年代游戏市场中广泛运用的“低模”技术带来的譬如锯齿、棱角、贴图不合等不良体验。

高模次时代技术的产生使3D建模面部表情更加细腻带来更多变化，服饰更加柔软贴合人体，更被用来烘焙法线、AO、灯光等贴图映射到与之匹配的LPM上来传达更多的细节效果。次时代技术高模更多的锚点使得“重力”可以被运用到建模当中：衣摆可以下垂随风飘荡、佩饰可以像现实中那样随着相应的动作旋转坠落、发丝不再是一整片飞起而是如花瓣般四散等等。

虽然次时代技术高模带来的改变似乎只是“进化了低模”，但其实这是3D行业中的一次革命性更新，“重力”的加入是这个行业的必经之路，人们的需求越来越高，无法产生细腻动态表现的低模将被淘汰，超写实的超高细腻度雕刻的次时代技术将在更好的技术出现之前称霸这个市场。

低模虽称之为3D建模，但当建模旋转时更像是一张图片简单地扩充呈现不同的画面，而次时代技术中的“Normal map”及“AO map”技术改变了3D建模的质感及三维空间的真实效果。

“Normal map”即法线贴图，让建模拥有了凹凸的质感，Normal map现阶段的技术无法使建模拥有真实的可碰撞凹凸，是一种计算机技术产生的视觉错觉，让使用者产生“这块地方是非平面的”错觉，本质上仍然是手绘图，但通过计算机可以使这张手绘图完美贴合建模，甚至拥有纹理体现细节。比如人类的颧骨是突出的，那么法线在此局域高于其他部位，颧骨部分更加明亮于其他部位，视觉上就产生了“颧骨高”的效果。次时代技术与传统3D建模技术的其中一点区别就在于法线与锚点的数量一个多一个少，也就是高模与低模的本质差别，比如在系统中手动构建一个球形，使用的锚点越少，球的棱角越多越不圆滑，当锚点越多、绑骨越细，这个球形就更加圆滑。低模3D使用较少的锚点与法线力求简便，而后直接贴图，正因如此一些老3D动画里的人物跳跃时头发都是一整把飞起，而现今的次时代技术可以使目标具有“发丝”的效果（如图1）。

“AO map”即环境闭塞贴图，光线的概念介入建模之中，使得建模在不同光线下自发产生不同的阴影效果。AO map技术也是一种“计算机视觉欺诈”，通过计算机语言编写脚本根据颜色设定建模的某块区域“吸光”或者“反光”，譬如黑色的布料略微吸光，颜色淡的区域更容易反光，这样，阴影处的区域就“处在了阴影中”，层叠的布料也会更加厚重。AO map给建模带来阴影，吸收环境光让环境拥有了深度。

“Parallx map”技术是后引进技术，即“位移贴图”。其作用与Normal map类似，但更具动态感，比如人物建模用手指触碰脸颊，脸颊凹陷产生的纹理就是用Parallx map技术做出的，但这项技术引擎负载量更大，所耗费的财力精力也就更大，程序的编写难度更高也更容易产生bug。

家具的智能化革新

1.市场需求的产生

1.1 消费者的更新需求

市场及商品是需要更新进化的，市场是“喜新厌旧”的，一成不变的商品使消费者们感到厌倦，摆脱温饱问题后，购买能力提高的消费者必然会需求更好更新的商品，有需求，就会有市场。

家居企业也逐渐通过现代信息技术和通信手段（ ICT） ，以数字化来改变企业为客户创造价值的方式。数字技术已正逐渐融入到家居产品、服务与流程当中[1]。

1.2 科幻小说带来的梦想

科幻小说在工业革命、达尔文进化论的时代兴起，在相对论的提出后中兴，后来宇宙航行、彩色计算机等科学技术带来了科幻小说的繁荣。区别于幻想小说的是科幻小说是基于科学力量的，不是凭空想象出来的虚无缥缈的奇幻生物，科幻小说在科学的支撑下具有了一定的“可信度”，让人们觉得这些科学幻想是可实现的，让人觉得这一切都在不遥远的未来。科幻小说也因此具有了一定的“预言性”，由于科幻小说中的科幻产物具有一定的可实现性，这在一定程度上推动了科技的发展。

科技文化的进展相较于人类的幻想来说是缓慢的，但其他文化的进展更快，科幻小说的繁荣带来科幻漫画的发展，也推动了科幻片的发展。人们将科幻小说的文字进行视觉化，同样是幻想，但图画与电影动画使幻想拥有了一个具体的形象，在科技真正具现化科幻产物之前安慰了人类的的幻想也拉高了人类对于真实科幻产物的期待度。

在如今“内卷”的市场中，3D建模产生了“次时代技术”，次时代技术基于科幻文化丰富了视觉上的体验，以假乱真是其最鲜明的特点。

1.3 家具行业的智能化

在市场及科技的推动下，智能化是家具行业的必然选择，譬如智能灯控、中央空调、触摸屏家具已常见于现代家庭中，人民日益增长的物质文化需求是永远无法停止的，人们渴求更多，智能家具从2D增进到3D也是必然的，因为已经拥有的3D技术已经相当成熟，当然也可以利用到智能家具行业中。

2.日用化的推进

2.1 市场进化论

市场中的部分商品甚至说是大部分领域如今呈现出一种“趋同进化”。与生物学中的“趋同进化”相同的是，商品在迭代更新中演化成具有相似的形态特征或构造。而与生物学趋同进化的最大的不同点在于，自然环境决定生物的趋同进化方向，而市场是人为操控的，除却资本的操控外，消费者的意志绝大程度上决定了商品的“进化”方向，一切商品以人的意志在进行迭代更新。

从手工作坊生产到车间生产再到全自动机械生产;从手控操作到声控操作再到智能自动操作;从普通的白板按钮到图像触控再到3D成像手势操作。

商品的进化大多数由纯人工到懒人省力智能再到全自动，人类在学习的同时，AI也在学习，使得整体市场呈现出一种“趋同进化”。

2.2 人与智能家具

前文所说的科幻在现今的科学技术下逐渐变得不再是幻想，正如智能手机在如今已经不再稀奇，技术层面问题解决后，智能家具成了一种新潮流。

从狭义上讲，将机械传动、传感器、单片机及嵌入式系统等技术原理运用到家具实体中，使之融入智能家具系统，变身智能单品，形成“人-家具-环境”多重交互关系的这类家具属于智能家具。从广义上讲，凡是将高新技术通过系统集成融汇到家具设计的开发过程中去，实现对家具类型、材料、结构、工艺或功能的优化重构，使其代替“人”部分操作的这类家具称之为智能家具[2]。

次时代技术与智能家具的结合

次时代技术目前主要运用于游戏及电影等第九艺术行业中，大部分停留在观赏层面，次时代技术与智能家具的结合使次时代技术具有了实用性。次时代技术与智能家具的结合让消费者突破物理层面，真正与次时代技术互动。

本团队将突破空间的桎梏，让人产生虚拟与现实融为一体的虚幻感的次时代技术与智能家具的结合技术称为“虚拟欺诈”，本团队认为次时代技术运用在智能家具行业的最高目标就是让消费者产生虚拟与现实的混淆感。

物理引擎

物理引擎常用于建模中，物理引擎通过为刚性物体赋予真实的物理属性的方式来计算运动、旋转和碰撞反映，利用目标对象属性模拟刚体行为，例如两枚小球之间产生的碰撞与弹跳。物理引擎是三维艺术区别于二维艺术最鲜明的特点之一，低模是无法应用物理引擎的，简单的脚本编写让系统具有牛顿物理及碰撞检测即可让三维艺术变得更加真实。同时，物理引擎的应用让目标运动不再是“指定性”运动，二维艺术的物理模拟是通过逐帧设定体现出物理属性，而物理引擎植入后开发者仅需要测试目标运动结果即可。

以本团队设计的“咕咕镜”为例，镜子相当于一块巨大的显示器，显示器中的三维场具有真实的物理引擎，正是因“重力”等物理属性让显示器中的虚拟建模打破了空间的桎梏，避免了贴图的呆板。

物理引擎与Normal map的技术结合使虚拟系统拥有了“自主能力”，譬如当人站在“咕咕镜”中试穿衣物时，衣物会随人体旋转晃动产生相应的旋转，且根据目标的质量不同会产生不同幅度的起落。

实时全局光照仿真光模拟

3D游戏、动画、电影中最主要的仿真技术是仿真光模拟，正确运用不同的亮度、光线可以让3D建模更加拟真，不会有“出戏”的感觉。在这个领域中，美国漫威影业公司可以说是行业标杆，譬如《复仇者联盟系列》、《超凡蜘蛛侠》等，其中很多精彩场面都是演员在绿幕前表演，后期合成道具及场景，而其渲染技术让演员与建模的配合毫无违和感（如图2）。

要想做到灯光随意调节和渲染画质提升，得先弄明白三个关键技术：实时全局光照、PBR材质、次时代制作标准。用次时代引擎开发出来的，耳熟能详的有：虚幻引擎、CryEngine引擎，以及后来居上的Unity5[3]。这些引擎均是在光影渲染过程中接收环境光反射进行烘焙，代入光线追踪算法、辐射度算法，目标数量越小计算时间越短，Unity5正常一套衣物的渲染计算在零点几秒内就能完成。开发者如需建入自定义物料属性，仅需使用最简单的Python语言编写脚本插入即可，光照系统是相对简便操作的，对于开发者的编程要求并不高，这也使得3D建模行业门槛较低，让如今的三维世界发展得如火如荼。

色彩伽马值是肉眼区分虚拟与真实的一个重要数值，若伽马值不为1则使画面产生不和谐感，需要进行色彩校正。如果说以前的光照系统是由光源-物体-视点组成的话，那么全局光照系统就是由光源-环境反射光-物体-视点组成的[4]。目标不仅为主体，还包括全场景，视线所及之处无光差带来的饱和度偏差，如此保证色彩伽马值始终为1。

跟踪技术

系统后台代入消费者基础身体数据后可实时通过摄像头进行动作捕捉，将用户的实时动作体现在显示器中，跟踪技术本身不需要单独输入用户基础身体数据，系统后台会自行捕捉采集数据，“咕咕镜”为使用户拥有更好的体验感额外添加了用户自行输入系统，使法线更为贴合且无需使用真实捕捉器。

智能家具控制技术

现今市场智能家具的智能控制技术包括组合控制、机械控制、电子控制、数字控制等技术[5-9]。“咕咕镜”采用的是组合控制，电子控制与数字控制相结合，顺应了数字化时代的潮流。

结语

智能家具作为智能家居环境的一类重要智能产品，是未来家具产业功能性产品发展的潮流和方向。智能家具的设计与制造需要多学科和多领域技术成果的综合运用[10-11]。家具产业走数字化转型并不仅仅依靠次时代技术等计算机技术，同时与智造业相互成就，次时代技术是开发方向，家具是其载体是实现“科幻梦”的方舟。但次时代技术仍有偏振光、材质等问题仍需解决，相信不久的未来我们可以攻克这些问题，实现人与科技、生活与科技的完美结合，次时代“虚拟欺诈”技术未来必定可以开发更多的市场，体现更高的价值。

参考文献：

[1]周济. 制造业数字化智能化[J]. 中国机械工程，2012，23 （ 20） ： 2395-2400.

[2]张雪颖，卢智慧，詹先旭.智能家具的控制技术与设计方法.2019.01

[3]查雁南.运用实时全局光照打造灯光模拟仿真软件.2016.06

[4]查雁南.运用实时全局光照打造灯光模拟仿真软件.2016.06

[5]段海燕，吴智慧 . 智能化家具市场调查分析[J]. 家具，2005，26（6）：63-65.

[6]段海燕，吴智慧. 智能化家具功能模块化设计[J]. 家具与室内装饰，2006，13（5）：20-21.

[7]段海燕，吴智慧. 智能化：未来家具发展的趋势[J]. 林产工业，2006，12（4）：16-19.

[8]段海燕，吴智慧. 智能化家具[J]. 家具，2006，33（3）：36.

[9]吴智慧 . 工业 4.0：传统制造业转型升级的新思维与新模式[J]. 家具，2015，36（1）：1-7.

[10]吴智慧. 工业4.0时代家具产业的制造模式[J]. 林产工业，2016，43（3）：6-10.

[11]唐开军 . 家具智能化体系分析[J]. 家具与室内装饰，2015，22（4）：11-13.