基于虛擬現實技術的分布式三維室內設計系統設計

王曉宇

摘 ?要： 為了提高分布式三維室內設計效果，提出一種基于虛擬現實技術的分布式三維室內設計方法。采用分布式的特征信息融合方法構建分布式三維室內設計的色彩圖像模型，對分布式三維室內空間分布圖像進行邊緣輪廓檢測和特征提取，采用RGB顏色分解方法對三維室內空間分布圖像進行顏色像素特征分解，結合三維點云特征重組方法實現分布式三維室內設計的色彩空間重構，實現分布式三維室內設計的顏色特征優化組合。在圖像和色彩處理算法設計的基礎上，基于虛擬現實和視景仿真技術，進行分布式三維室內設計系統的開發設計，采用3ds MAX進行分布式三維室內設計的三維建模，在Multigen Creator建模軟件上實現室內層次化結構設計。測試結果表明，采用該方法進行分布式三維室內設計的視覺效果較好，特征表達能力較強。

關鍵詞： 虛擬現實技術; 分布式三維室內設計; 視景仿真; 特征分解; 色彩空間重構; 三維建模; 特征信息融合

中圖分類號： TN915.5?34; TP399 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）12?0183?04

Abstract： A distributed 3D indoor design method based on the virtual reality technology is proposed to improve the effect of distributed 3D indoor design. The color image model of distributed 3D indoor design is constructed by using the distributed feature information fusion method， so as to conduct edge contour detection and feature extraction of distributed 3D indoor spatial distribution images. The RGB color decomposition method is adopted to conduct color pixel feature decomposition for 3D indoor spatial distribution images. The 3D point cloud feature reorganization method is combined to realize color space reconstruction and color feature optimization and combination of distributed 3D indoor design. On the basis of the design of the image and color processing algorithm， the development and design of distributed 3D indoor design system are conducted based on the virtual reality and visual simulation technologies. The 3D modeling of distributed 3D indoor design is carried out with the 3ds MAX. The design of the indoor hierarchical structure is realized on the Multigen Creator modeling software. The test results show that the method for distributed 3D indoor design has a good visual effect and strong feature expression ability.

Keywords： virtual reality technology; distributed 3D indoor design; visual simulation; feature decomposition; color space reconstruction; 3D modeling; feature information fusion

0 ?引 ?言

隨著建筑裝修業的快速發展以及人們生活水平的提高，對建筑的設計要求越來越高，需要對室內環境進行優化設計。采用綠色環保設計思路，進行室內環境的優化布局，提高室內環境的空間使用價值。研究分布式的三維室內設計方法，在提升裝修風格，美化家居空間以及優化室內環境設計中具有重要價值[1]。

本文構建基于虛擬現實技術的分布式三維室內設計系統，結合室內環境的空間色彩優化結構部署和顏色特征分解，進行室內環境的三維視覺搭配，采用分布式的三維視覺重構方法進行室內環境三維設計，在虛擬現實和視景仿真環境下進行系統設計，采用MAYA，3ds MAX，SoftImage，LightWave3D等三維仿真軟件[2]，實現分布式三維室內設計系統優化設計，并通過實驗分析，得出有效性結論。

1 ?分布式三維室內設計的視覺傳達信息采集分析

1.1 ?分布式三維室內設計圖像采樣

為了實現分布式三維室內設計的視覺傳達信息優化[2]，采用Snake算法對分布式三維室內設計視覺圖像進行邊緣輪廓特征分解，根據特征分解結果進行自適應信息融合增強處理，室內設計的角點分布雅克比矩陣[Jx，y，σ]可以表示為：

1.2 ?視覺特征重構

采用點到線模型的LBG向量量化方法進行圖像的最大灰度值標記，提取分布式三維輪廓特征量，得到圖像的融合中心為[dx，y]。設置分布式三維室內設計圖像向量量化特征量[4]，提取圖像的灰度信息素，得到分布式三維室內設計圖像的前[k]維特征模板描述為：

2 ?分布式三維室內視覺優化

2.1 ?信息融合

在網格模型匹配點上，進行分布式三維室內設計圖像的信息增強處理[5]，分布式三維室內設計視覺圖像的關聯尺度信息分量表示為：

2.2 ?顏色特征優化組合

采用邊緣像素點匹配方法[8]，得到分布式三維室內設計視覺圖像在像素間內的紋理分割區域為：

表示在不同的三維視覺重構的網格區域特征值，結合像素區域分割和自適應特征匹配方法，實現分布式三維室內設計的顏色特征優化組合和設計優化。

3 ?系統開發設計

在圖像和色彩處理算法設計的基礎上，基于虛擬現實和視景仿真技術，進行分布式三維室內設計系統的開發設計，采用3ds MAX進行分布式三維室內設計的三維建模，在Multigen Creator建模軟件上實現室內層次化結構設計。采用PCI總線技術構建分布式三維室內設計系統的信息傳輸模型，構建分布式三維室內設計系統的基本實體對象[9]，采用多線程調度方法進行分布式三維室內設計系統的本地信息處理，采用客戶機/服務器模型構建虛擬現實視景應用支撐層，在CCS 2.20開發平臺下進行分布式三維室內設計系統研究開發，利用WEB?APP瀏覽器（Browser），WEB?CULL服務器進行集成軟件層設計，網絡中間件完成分布式三維室內設計系統接入服務，配置中間件完成分布式三維室內設計系統的各種配置工作，得到系統總體設計結構構架如圖1所示。

根據圖1的總體設計構架，進行系統的模塊化開發設計和總線設計，通過表面層次渲染方法為渲染分布式三維室內設計提供可執行的實時3D應用文件。使用Vega Prime API動態地改變渲染分布式三維室內設計過程中的應用程序加載模式，采用PCI9054的Local總線進行控制程序加載，在輸出終端輸出8路D/A轉換信號，實現分布式三維室內設計系統的總線調度和通信協議開發。采用并行外設接口（PPI）進行人機通信，在ARM Cortex?M3內核中實現分布式三維室內設計系統的嵌入式調度，利用Creator交互式的設計方法進行分布式三維室內設計系統的交叉編譯控制和程序在線讀寫，構建層次結構的編譯軟件。在分布式三維室內設計系統的應用層進行系統的總線傳輸控制，在Simulink建模環境中進行分布式三維室內設計系統的自適應轉發控制和鏈路加載控制[10]，提高分布式三維室內設計系統的信息收發和智能信息處理能力。在分布式三維室內設計系統的內部總線設計中，采用OpenFlight建模環境進行分布式三維室內設計系統的虛擬現實設計，在編譯軟件中提供了三維圖形觀察器，實現對分布式三維室內設計系統的設計效果的觀測。綜上分析，得到本文設計的分布式三維室內設計系統的開發實現流程如圖2所示。

圖1 ?系統的總體設計構架

圖2 ?系統的開發實現流程

4 ?實驗測試分析

分布式三維室內設計圖像的視覺圖像采樣樣本集為1 200，三維視覺分塊區域大小為[256×256×224]，對室內三維設計的規范性模板特征匹配系數為0.15，采用虛擬形式的可視化仿真程序進行分布式的三維室內設計，得到設計結果效果如圖3所示。

圖3 ?三維室內設計效果圖

結合三維點云特征重組方法實現分布式三維室內設計的色彩空間重構，實現分布式三維室內設計的顏色特征優化組合，得到信息融合結果如圖4所示。

圖4 ?圖像色彩信息融合結果

根據圖4的色彩信息融合結果，實現分布式三維室內設計優化，測試設計的歸一化均方根誤差和時間開銷等參數，得到對比結果見表1。分析得知，采用該方法進行分布式三維室內設計的視覺效果較好，特征表達能力較強。

表1 ?性能對比測試

5 ?結 ?語

對室內環境進行優化設計，結合建筑材料的選材和室內裝飾的功能分區調度，美化家居空間，提高室內設計效果，本文提出一種基于虛擬現實技術的分布式三維室內設計方法。采用分布式的特征信息融合方法構建分布式三維室內設計的色彩圖像模型，對分布式三維室內空間分布圖像進行邊緣輪廓檢測和特征提取;采用RGB顏色分解方法對三維室內空間分布圖像進行顏色像素特征分解;采用3ds MAX進行分布式三維室內設計的三維建模，在Multigen Creator建模軟件上實現室內層次化結構設計。研究結果表明，采用本文方法進行分布式三維室內設計的視覺效果較好，誤差較小，視覺表達能力較強。

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