基于VR技術(shù)的家居陳列方法研究

李榕玲　張悅

摘 要： 為了優(yōu)化家居布局，改善家居陳列的合理性，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)的視景處理技術(shù)，提出一種基于VR技術(shù)的家居陳列方法。采用光學(xué)成像分析方法進(jìn)行家居陳列的視覺特征采集，在3DStudio MAX平臺(tái)中建立家居陳列3D幾何模型，利用光線追蹤效果和家居的材料效果進(jìn)行家居陳列的三維虛擬場(chǎng)景層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合多邊形建模和紋理貼圖實(shí)現(xiàn)家居陳列優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行家居陳列的視覺效果較好，在家居裝飾中具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí)； 家居陳列； 家居裝飾； 光線追蹤

中圖分類號(hào)： TN915.5?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）22?0095?03

Abstract： In order to optimize the layout of the household articles and improve the rationality of household articles exhibition， a household articles exhibition method based on VR technology is put forward in combination with the visual processing technology of virtual reality. The optical imaging analysis method is used to acquire the visual feature of the household articles exhibition. The 3D geometric model of household articles exhibition was established in 3DStudio MAX platform. The material effect of the household articles and ray tracing effect are utilized to perform the 3D virtual scene hierarchical structure design for the household articles exhibition. The polygonal modeling and texture mapping are combined to realize the optimization of household articles exhibition. The simulation results show that the method has perfect visual effect of household articles exhibition and high application value in home decoration.

Keywords： virtual reality； household article exhibition； home decoration； ray tracing

隨著人們生活品質(zhì)的提高，生活和居住條件改善，對(duì)家居裝飾提出了更高的要求，家居裝飾行業(yè)和相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。家居陳列是家居裝飾的重要組成部分，家居陳列是利用家居的材料、采光以及顏色進(jìn)行綜合搭配的設(shè)計(jì)工程，傳統(tǒng)的家居陳列設(shè)計(jì)方法通常采用的是人工經(jīng)驗(yàn)判斷方法，陳列的視覺效果和搭配合理性更多是取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)判斷，沒有形成一套智能判斷的專家信息[1]。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視景仿真技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合圖像色彩渲染技術(shù)進(jìn)行家居陳列設(shè)計(jì)展示了較為廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)此，本文提出一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的家居陳列方法。在3DStudio MAX和標(biāo)準(zhǔn)的Creator編輯系統(tǒng)中進(jìn)行家居陳列設(shè)計(jì)，并構(gòu)建仿真模型，應(yīng)用到家居裝飾實(shí)踐中。

1 總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)家居陳列的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)視景仿真技術(shù)進(jìn)行智能判斷，結(jié)合顏色特征分析和光學(xué)信息追蹤方法進(jìn)行視覺優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先需要進(jìn)行家居陳列的視覺特征采集，智能家居陳列系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，主要包括了對(duì)家居分布的顏色特征分析和光線特征分析，顏色分析包括了家具自身顏色、墻面顏色和采光角度等[2]。光影效果的設(shè)計(jì)主要通過多邊形建模、矢量建模、光線追蹤和實(shí)時(shí)渲染技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D幾何建模和圖形分布設(shè)計(jì)，提高家居陳列的視覺感官效果。家居陳列VR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建立在3DStudio MAX，SoftImage，LightWave3D等計(jì)算機(jī)視覺分析和圖像處理軟件基礎(chǔ)上[3]，通過圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺仿真分析，再現(xiàn)家居陳列的家具材質(zhì)效果、逼真的光線追蹤效果以及顏色搭配效果。根據(jù)上述原理分析，構(gòu)建本文設(shè)計(jì)的基于VR技術(shù)的家居陳列設(shè)計(jì)的總體構(gòu)造模型如圖1所示。

2 3D幾何模型構(gòu)建

2.1 家居陳列的視覺特征采集

根據(jù)圖1描述的總體設(shè)計(jì)流程圖，進(jìn)行家居陳列方法VR設(shè)計(jì)的第一步是需要進(jìn)行視覺特征采集，結(jié)合圖像分析處理方法進(jìn)行虛擬視景仿真，在家居陳列分布域?yàn)閇Ω]的空間內(nèi)采用光學(xué)成像技術(shù)進(jìn)行圖像掃描，得到家居分布的像素信息[I（x，y）]。將成像區(qū)域劃分為兩個(gè)顏色空間互補(bǔ)的虛擬場(chǎng)景區(qū)域[R1]和[R2]，采用點(diǎn)匹配方法進(jìn)行家居分布的視覺特征重構(gòu)，點(diǎn)匹配模型描述為：

2.2 家居陳列的3D幾何建模

在3DStudio MAX平臺(tái)中建立家居陳列3D幾何模型，得到家居形狀特征提取的計(jì)算式描述為：

3 家居陳列VR建模實(shí)現(xiàn)

在上述進(jìn)行了家居陳列的視覺特征采集和3D幾何模型重構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行家居陳列方法優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文提出一種基于VR技術(shù)的家居陳列方法，在3DStudio MAX平臺(tái)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)視景仿真系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，在可視化仿真應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行家居陳列的視景渲染，視景渲染是通過顏色特征提取對(duì)放置在陳列區(qū)域的家居進(jìn)行應(yīng)用（APP）、剔除（CULL）處理，生成一套完整的可視化視覺分析系統(tǒng)[6]，建立NIMADFAD （Ddigital Feature Analysis Data）數(shù)據(jù)庫，通過建立虛擬場(chǎng)景模型進(jìn)行家居陳列的空間分布和顏色搭配的可行性分析。把家居陳列視景渲染過程分為如下三個(gè)階段：endprint

（1） 應(yīng)用階段。在應(yīng)用階段采用高度專業(yè)化的建模工具M(jìn)ultiGen Creator進(jìn)行家居陳列分布的實(shí)體建模，把建模的層次按照家居3D特征分布的紋理信息、位置信息和顏色信息分為以下層次，分別為集合層次（Group Level）、對(duì)象層次（Object Level）、表面層次（Face Level）和頂點(diǎn)層次（Vertex Level） [7]。把三維數(shù)據(jù)庫中的顏色特征信息和家居的色彩搭配信息加載到VR仿真系統(tǒng)的應(yīng)用層，通過邏輯篩選和優(yōu)先級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)家居的顏色分布渲染，這一實(shí)現(xiàn)過程如圖2所示。

（2） 剔除階段。在剔除階段主要是把家居陳列中不合理的顏色信息邊界體和像素點(diǎn)進(jìn)行合理剔除，使得分布的場(chǎng)景視點(diǎn)效果和視覺效果更好，通過判斷場(chǎng)景模型元素進(jìn)行邏輯化和層析化的家居陳列布局設(shè)計(jì)，結(jié)合第2節(jié)給出的家居3D重構(gòu)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)家居陳列的層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化處理。

（3） 繪制階段。最后進(jìn)行三維建模的色彩繪制，采用視景數(shù)據(jù)庫生成家居陳列的三維幾何模型，建立邏輯篩選程序、構(gòu)建繪制優(yōu)先級(jí)列表，利用光線追蹤效果和家居的材料效果進(jìn)行家居陳列的三維虛擬場(chǎng)景層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，家居陳列VR仿真的3D繪制過程如圖3所示。

通過對(duì)家居陳列的視景渲染處理，進(jìn)行紋理映射和實(shí)體建模，采用MultiGen Creator構(gòu)建家居陳列分布的實(shí)體模型，在Face Tools中選擇面的類型[8]，結(jié)合多邊形建模和紋理貼圖實(shí)現(xiàn)家居陳列優(yōu)化。通過Insert Materials tool將選定的材質(zhì)賦給模型，結(jié)合家居陳列的3D幾何建模處理算法，實(shí)現(xiàn)家居陳列的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了家居陳列的整體視覺效果。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

5 結(jié) 語

本文研究了家居優(yōu)化陳列設(shè)計(jì)問題，提出一種基于VR技術(shù)的家居陳列方法。采用光學(xué)成像分析方法進(jìn)行家居陳列的視覺特征采集，在3DStudio MAX平臺(tái)中建立家居陳列3D幾何模型，利用光線追蹤效果和家居的材料效果進(jìn)行家居陳列的三維虛擬場(chǎng)景層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合多邊形建模和紋理貼圖實(shí)現(xiàn)家居陳列優(yōu)化。采用該方法進(jìn)行家居陳列的視覺效果較好，在家居裝飾中具有一定的應(yīng)用前景。

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