基于虛擬現(xiàn)實(shí)在室內(nèi)軟裝飾設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用

李微微+沈冰

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在設(shè)計(jì)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量差等問題，很難達(dá)到用戶對(duì)于軟裝飾的高標(biāo)準(zhǔn)需求，通過對(duì)室內(nèi)建模、可視化和美觀化不同階段的分析，設(shè)計(jì)軟裝飾流程。其采用Mesh網(wǎng)格生成算法將復(fù)雜參數(shù)轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)擅長(zhǎng)的Mesh網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并對(duì)局部進(jìn)行優(yōu)化；對(duì)材質(zhì)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，確定距離，進(jìn)行碰撞檢測(cè)提升軟裝飾設(shè)計(jì)質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)能提高軟裝飾設(shè)計(jì)的性能，降低設(shè)計(jì)成本，并且還能節(jié)省大量時(shí)間，提高設(shè)計(jì)有效性，客戶滿意程度較高。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí)； 室內(nèi)軟裝飾； 網(wǎng)格生成； 碰撞檢測(cè)； 局部?jī)?yōu)化； 邊緣檢測(cè)； 復(fù)雜參數(shù)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)： TN911?34； TN958 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）02?0148?04

Abstract： As the traditional design method has high time consumption， poor quality and other issues， it is difficult for users to achieve the high standard demand of soft decoration. The technological process of soft decoration was designed according to the analysis of indoor modeling， visualization and appearance in different stages. The mesh generation method is used to convert the complex parameters into the mesh data in virtual reality technology， and optimize the local material. The edge detection is performed to determine the distance， and then the collision detection is executed to improve the design quality of soft decoration. The experimental results show that the technology can improve the performance of soft decoration design， reduce design cost， save a lot of time， and improve design effectiveness and customer satisfaction degree.

Keywords： virtual reality； indoor soft decoration； mesh generation； collision detection； local optimization； edge detection； complex parameter conversion

0 引 言

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程速度加快，室內(nèi)裝修受到越來越多人的喜愛，室內(nèi)裝飾完美的呈現(xiàn)，不但能給視覺帶來享受，還能體現(xiàn)生活的品質(zhì)。由于設(shè)計(jì)者和客戶文化與理念不同，往往設(shè)計(jì)出來的裝飾作品很難滿足客戶要求，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使室內(nèi)軟裝飾設(shè)計(jì)更加合理。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是思想文化革新，通過計(jì)算機(jī)藝術(shù)形式能夠?qū)⒚缹W(xué)與空間藝術(shù)完美的結(jié)合，直觀影響展現(xiàn)給客戶[1]。

由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在設(shè)計(jì)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量差等問題，很難達(dá)到用戶對(duì)于軟裝飾的高標(biāo)準(zhǔn)需求。基于此現(xiàn)象，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)軟裝飾設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。通過對(duì)室內(nèi)建模、可視化和美觀化不同階段的分析，設(shè)計(jì)軟裝飾流程，采用Mesh網(wǎng)格生成算法能夠?qū)?fù)雜參數(shù)轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)擅長(zhǎng)的Mesh網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并對(duì)局部進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)能提高軟裝飾設(shè)計(jì)的性能，降低設(shè)計(jì)成本，節(jié)省大量時(shí)間，提高設(shè)計(jì)有效性，滿意程度較高，為室內(nèi)裝飾提供技術(shù)支持。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)在室內(nèi)軟裝飾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

目前現(xiàn)代室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)中，除了地面、墻面、天花板和木飾面的硬裝飾之外，還非常重視大件家具、電器的軟裝飾[2]。室內(nèi)軟裝飾設(shè)計(jì)流程主要有建模、可視化和美觀化，不同裝飾階段要求，其表達(dá)功能也不一樣，如表1所示。

通過對(duì)室內(nèi)建模、可視化和美觀化流程不同階段的分析，設(shè)計(jì)軟裝飾流程，如圖1所示。

由圖1可知，使用網(wǎng)格生成算法能夠精準(zhǔn)地分析各種布藝、潔具和櫥柜等軟裝飾的形狀[2]，充分利用可視化方法將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)格需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并使用圖形單元處理進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真實(shí)的光線跟蹤，使圖像展示都能在每秒鐘達(dá)到流暢的幀數(shù)[3]。重復(fù)實(shí)現(xiàn)完整建模工具是具有一定難度的，在復(fù)雜形體虛擬建模的過程中可以使用該工具，將大量3ds MAX格式文件通過插件進(jìn)行導(dǎo)出，直接轉(zhuǎn)換使Mesh格式中的3ds MAX文件格式供其使用。

1.1 Mesh網(wǎng)格生成算法

軟裝飾虛擬設(shè)計(jì)需要將復(fù)雜的參數(shù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格算法中需要的數(shù)據(jù)，并將不屬于網(wǎng)格算法中的結(jié)構(gòu)劃分為三種：八叉樹、德勞內(nèi)（Delaunay）、陣線推進(jìn)的三角形網(wǎng)格生成算法[4]。

德勞內(nèi)是由三角結(jié)構(gòu)在各個(gè)網(wǎng)格的散點(diǎn)處組成的三角剖分，并由此形成最小角。作為最接近軟裝飾虛擬設(shè)計(jì)的德勞內(nèi)，需要將兩個(gè)距離較近的三角形構(gòu)造成一個(gè)四邊形，并將對(duì)角線進(jìn)行兌換，確保六個(gè)內(nèi)角值不會(huì)增加。該三角網(wǎng)是具有惟一性的，不可能出現(xiàn)與任何網(wǎng)格點(diǎn)共圓的現(xiàn)象，在該三角形網(wǎng)中，外部圓形不會(huì)出現(xiàn)與此相關(guān)散點(diǎn)，惟一可能出現(xiàn)的情況就是三點(diǎn)共圓[5]。

德勞內(nèi)的三角剖分對(duì)軟裝飾虛擬設(shè)計(jì)具有區(qū)域構(gòu)建的惟一性、網(wǎng)格點(diǎn)的接近性、相鄰三角形的最優(yōu)性、三角網(wǎng)排列的最規(guī)則性[6]。為了構(gòu)造三角網(wǎng)，提出局部?jī)?yōu)化過程，使用LOP對(duì)三角網(wǎng)進(jìn)行處理，如圖2所示。endprint

在室內(nèi)軟裝飾三維物體數(shù)據(jù)中，經(jīng)過圖2的局部?jī)?yōu)化過程不僅能夠高效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還能通過快速遍歷的方法提高真實(shí)感的渲染算法。

節(jié)點(diǎn)并不實(shí)際存儲(chǔ)于任何數(shù)據(jù)模型中，根據(jù)理想模型，將燈光或者布藝等其他軟裝飾連接在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，通過節(jié)點(diǎn)種類和幾何變換信息獲取模型在場(chǎng)景中的位置與大小[7]。

利用數(shù)據(jù)組織的方式能夠節(jié)約存儲(chǔ)空間，并使用同一面墻體在不同虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行模擬，位置相同，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)的幾何數(shù)據(jù)都存在一定的誤差，被多次使用的節(jié)點(diǎn)需要定量刪除、節(jié)點(diǎn)刪除。但是真正模型物體不會(huì)被刪除，只有當(dāng)模型引計(jì)數(shù)為0時(shí)，模型才能被刪除。場(chǎng)景數(shù)據(jù)組織方式不僅能決定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率，還會(huì)影響內(nèi)存管理情況，對(duì)碰撞情況進(jìn)行檢測(cè)。

1.2 碰撞檢測(cè)

為了使同一材質(zhì)之間的縫隙減小，首先需要對(duì)材質(zhì)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，通過對(duì)每一個(gè)材質(zhì)檢測(cè)，能夠確定它們之間的距離[8?9]，檢測(cè)各個(gè)材質(zhì)之間的距離，將參照對(duì)象Oa與Ob之間的距離需要考慮x，y軸，將兩者同一軸之間的距離與規(guī)定距離進(jìn)行比較，如下：

將兩者之間的差值絕對(duì)值進(jìn)行比較，獲取差值最小的一軸，再來判斷兩個(gè)對(duì)象位置關(guān)系，如下：

得到位置關(guān)系之后，改變坐標(biāo)，獲取兩個(gè)對(duì)象之間的距離，如下：

通過獲取的對(duì)象距離，將所有室內(nèi)軟裝飾物體視為場(chǎng)景一部分[10]，物體幾乎都是靜態(tài)，考慮極值點(diǎn)定義上的靜止關(guān)系，將三維問題轉(zhuǎn)化為獨(dú)立一維問題，再進(jìn)行組合，完成碰撞檢測(cè)。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與環(huán)境設(shè)置

選取50個(gè)采用虛擬軟裝飾設(shè)計(jì)的室內(nèi)，再選取50個(gè)采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的室內(nèi)，為了說明實(shí)驗(yàn)真實(shí)性，采用3ds MAX工具進(jìn)行檢驗(yàn)，因此需要計(jì)算機(jī)配置為：

1） 操作系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)（VRP）支持Windows 2000和Windows XP，如需系統(tǒng)需要應(yīng)及時(shí)打上相應(yīng)的補(bǔ)丁。

2） CPU：選擇最低800 MHz的主頻CPU。

3） 內(nèi)存：針對(duì)內(nèi)存要選用最低128 MB，硬盤需要使用40 GB以上的。

4） 顯卡：使用DirectX 8.1的顯卡，適合虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)（VRP）運(yùn)行。

2.2 設(shè)計(jì)性能結(jié)果與分析

基于虛擬現(xiàn)實(shí)在室內(nèi)軟裝飾設(shè)計(jì)中可以將材質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行導(dǎo)入，其步驟為：

1） 軟裝飾材質(zhì)文件重新命名：產(chǎn)品ID.jpg；

2） 模型產(chǎn)品導(dǎo)入，填寫數(shù)據(jù)，對(duì)文件進(jìn)行命名和預(yù)覽；

3） 模型產(chǎn)品導(dǎo)入，貼圖文件上傳到模型文件目錄中，并預(yù)覽目錄。

進(jìn)入虛擬界面之后，按照操作流程能夠創(chuàng)建室內(nèi)軟裝飾。將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與本文設(shè)計(jì)方法所耗費(fèi)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)為1次時(shí)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)室內(nèi)軟裝飾進(jìn)行設(shè)計(jì)，可觀性所耗費(fèi)時(shí)間與傳統(tǒng)方法相比縮短了27 s，而實(shí)用性所耗費(fèi)時(shí)間與傳統(tǒng)方法相比縮短了3 s；當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)為5次時(shí)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)室內(nèi)軟裝飾進(jìn)行設(shè)計(jì)，可觀性所耗費(fèi)時(shí)間與傳統(tǒng)方法相比縮短了36 s，而實(shí)用性所耗費(fèi)時(shí)間與傳統(tǒng)方法相比縮短了5 s；當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)為50次時(shí)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)室內(nèi)軟裝飾進(jìn)行設(shè)計(jì)，可觀性所耗費(fèi)時(shí)間與傳統(tǒng)方法相比縮短了58 s，而實(shí)用性所耗費(fèi)時(shí)間與傳統(tǒng)方法相比縮短了11 s。

2.3 模糊偏好結(jié)果與分析

為了獲得客戶滿意度調(diào)查結(jié)果的可觀性與真實(shí)性，進(jìn)行模糊偏好結(jié)果與分析，并在裝修公司進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。針對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行計(jì)算與匯總，如表3所示。

由表3可知，分類指標(biāo)有燈具、布藝、窗簾等軟裝飾；單項(xiàng)指標(biāo)是對(duì)各個(gè)軟裝飾產(chǎn)品評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，客戶對(duì)于分類指標(biāo)與單項(xiàng)指標(biāo)滿意程度為7%左右，中立態(tài)度為36%左右，不滿意程度高達(dá)57%左右。改進(jìn)設(shè)計(jì)中，客戶對(duì)于分類指標(biāo)與單項(xiàng)指標(biāo)滿意程度為68%左右，中立態(tài)度為12%左右，不滿意程度高達(dá)20%左右。客戶對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)方法設(shè)計(jì)室內(nèi)軟裝飾滿意程度較高。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用給人們生活帶來了巨大影響，尤其是在裝修方面。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在設(shè)計(jì)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量差等問題，很難達(dá)到用戶對(duì)于軟裝飾的需求，為此利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠設(shè)計(jì)出質(zhì)量良好、環(huán)保意識(shí)較強(qiáng)的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢治科.基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的室內(nèi)裝飾模擬布置方法研究[J].科技通報(bào)，2015（7）：183?185.

QIAN Zhike. The indoor decoration simulation method based on 3D virtual reality research [J]. Bulletin of science and technology， 2015（7）： 183?185.

[2] 楊悅.梁平藍(lán)印花布在室內(nèi)軟裝飾課程中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].裝飾，2016（3）：92?93.

YANG Yue. Creative practice of Liangping′s blue printed cotton cloth to interior design course [J]. Art & design， 2016（3）： 92?93.

[3] 武正陽(yáng)，胡海輝，廉晶，等.移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備用于植物景觀改造設(shè)計(jì)表達(dá)[J].北方園藝，2016（18）：83?89.

WU Zhengyang， HU Haihui， LIAN Jing， et al. Design and expression of plant landscape transformation by mobile virtual reality device [J]. Northern horticulture， 2016（18）： 83?89.endprint

[4] 肖陽(yáng)，徐秀林，翟藝，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的手功能康復(fù)評(píng)估訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐，2016，22（3）：341?344.

XIAO Yang， XU Xiulin， ZHAI Yi， et al. Develepment of hand function rehabilitation evaluation and training system based on virtual reality technology [J]. Chinese journal of rehabilitation theory and practice， 2016， 22（3）： 341?344.

[5] 史耕金.虛擬現(xiàn)實(shí)在發(fā)電機(jī)檢修培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真，2017，34（7）：170?173.

SHI Gengjin. The application of virtual reality in generator maintenance training system design [J]. Computer simulation， 2017， 34（7）： 170?173.

[6] 宋揚(yáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林綠化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].浙江林業(yè)科技，2015（4）：92?96.

SONG Yang. Landscaping design with virtual reality technique [J]. Journal of Zhejiang forestry science and technology， 2015（4）： 92?96.

[7] 陳海波，鄭健，費(fèi)瑞軼，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（2）：20?25.

CHEN Haibo， ZHENG Jian， FEI Ruiyi， et al. Virtual reality and its application in electric power system [J]. Advances of power system & hydroelectric engineering， 2016， 32（2）： 20?25.

[8] 胡宇楠，陶永亮，胡曉明，等.單人背包式三維全景技術(shù)在室內(nèi)虛擬三維場(chǎng)景中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2015（9）：68?71.

HU Yunan， TAO Yongliang， HU Xiaoming， et al， Application of single knapsack three?dimensional panorama technology in indoor virtual 3D scene [J]. Bulletin of Surveying and Mapping， 2015（9）： 68?71.

[9] 張力勻，劉毅，劉佳.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的維修時(shí)間預(yù)計(jì)方法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2016，28（8）：1383?1392.

ZHANG Liyun， LIU Yi， LIU Jia. Maintenance time prediction using virtual reality [J]. Journal of computer?aided design & computer graphics， 2016， 28（8）： 1383?1392.

[10] 胡春花，陳曉梅，陳仕鴻.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童室內(nèi)火災(zāi)逃生教育中的應(yīng)用研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2016，28（4）：934?939.

HU Chunhua， CHUN Xiaomei， CHEN Shihong. Application research on children′s indoor fire escape education system based on virtual reality technology [J]. Journal of system simulation， 2016， 28（4）： 934?939.endprint