基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王曉宇

摘 ?要： 為了提高分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)效果，提出一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)方法。采用分布式的特征信息融合方法構(gòu)建分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的色彩圖像模型，對(duì)分布式三維室內(nèi)空間分布圖像進(jìn)行邊緣輪廓檢測(cè)和特征提取，采用RGB顏色分解方法對(duì)三維室內(nèi)空間分布圖像進(jìn)行顏色像素特征分解，結(jié)合三維點(diǎn)云特征重組方法實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的色彩空間重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的顏色特征優(yōu)化組合。在圖像和色彩處理算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，基于虛擬現(xiàn)實(shí)和視景仿真技術(shù)，進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，采用3ds MAX進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的三維建模，在Multigen Creator建模軟件上實(shí)現(xiàn)室內(nèi)層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的視覺效果較好，特征表達(dá)能力較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù); 分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì); 視景仿真; 特征分解; 色彩空間重構(gòu); 三維建模; 特征信息融合

中圖分類號(hào)： TN915.5?34; TP399 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 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(yè)的快速發(fā)展以及人們生活水平的提高，對(duì)建筑的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，需要對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用綠色環(huán)保設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化布局，提高室內(nèi)環(huán)境的空間使用價(jià)值。研究分布式的三維室內(nèi)設(shè)計(jì)方法，在提升裝修風(fēng)格，美化家居空間以及優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)中具有重要價(jià)值[1]。

本文構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，結(jié)合室內(nèi)環(huán)境的空間色彩優(yōu)化結(jié)構(gòu)部署和顏色特征分解，進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境的三維視覺搭配，采用分布式的三維視覺重構(gòu)方法進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境三維設(shè)計(jì)，在虛擬現(xiàn)實(shí)和視景仿真環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用MAYA，3ds MAX，SoftImage，LightWave3D等三維仿真軟件[2]，實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)分析，得出有效性結(jié)論。

1 ?分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的視覺傳達(dá)信息采集分析

1.1 ?分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)圖像采樣

為了實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的視覺傳達(dá)信息優(yōu)化[2]，采用Snake算法對(duì)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)視覺圖像進(jìn)行邊緣輪廓特征分解，根據(jù)特征分解結(jié)果進(jìn)行自適應(yīng)信息融合增強(qiáng)處理，室內(nèi)設(shè)計(jì)的角點(diǎn)分布雅克比矩陣[Jx，y，σ]可以表示為：

1.2 ?視覺特征重構(gòu)

采用點(diǎn)到線模型的LBG向量量化方法進(jìn)行圖像的最大灰度值標(biāo)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(shè)置分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)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(nèi)設(shè)計(jì)圖像的前[k]維特征模板描述為：

2 ?分布式三維室內(nèi)視覺優(yōu)化

2.1 ?信息融合

在網(wǎng)格模型匹配點(diǎn)上，進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)圖像的信息增強(qiáng)處理[5]，分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)視覺圖像的關(guān)聯(lián)尺度信息分量表示為：

2.2 ?顏色特征優(yōu)化組合

采用邊緣像素點(diǎn)匹配方法[8]，得到分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)視覺圖像在像素間內(nèi)的紋理分割區(qū)域?yàn)椋?/p>

表示在不同的三維視覺重構(gòu)的網(wǎng)格區(qū)域特征值，結(jié)合像素區(qū)域分割和自適應(yīng)特征匹配方法，實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的顏色特征優(yōu)化組合和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3 ?系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

在圖像和色彩處理算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，基于虛擬現(xiàn)實(shí)和視景仿真技術(shù)，進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，采用3ds MAX進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的三維建模，在Multigen Creator建模軟件上實(shí)現(xiàn)室內(nèi)層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用PCI總線技術(shù)構(gòu)建分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的信息傳輸模型，構(gòu)建分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本實(shí)體對(duì)象[9]，采用多線程調(diào)度方法進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的本地信息處理，采用客戶機(jī)/服務(wù)器模型構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)視景應(yīng)用支撐層，在CCS 2.20開發(fā)平臺(tái)下進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究開發(fā)，利用WEB?APP瀏覽器（Browser），WEB?CULL服務(wù)器進(jìn)行集成軟件層設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)中間件完成分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)接入服務(wù)，配置中間件完成分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各種配置工作，得到系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)架如圖1所示。

根據(jù)圖1的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，進(jìn)行系統(tǒng)的模塊化開發(fā)設(shè)計(jì)和總線設(shè)計(jì)，通過表面層次渲染方法為渲染分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)提供可執(zhí)行的實(shí)時(shí)3D應(yīng)用文件。使用Vega Prime API動(dòng)態(tài)地改變渲染分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用程序加載模式，采用PCI9054的Local總線進(jìn)行控制程序加載，在輸出終端輸出8路D/A轉(zhuǎn)換信號(hào)，實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總線調(diào)度和通信協(xié)議開發(fā)。采用并行外設(shè)接口（PPI）進(jìn)行人機(jī)通信，在ARM Cortex?M3內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的嵌入式調(diào)度，利用Creator交互式的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的交叉編譯控制和程序在線讀寫，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)的編譯軟件。在分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用層進(jìn)行系統(tǒng)的總線傳輸控制，在Simulink建模環(huán)境中進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)控制和鏈路加載控制[10]，提高分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的信息收發(fā)和智能信息處理能力。在分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的內(nèi)部總線設(shè)計(jì)中，采用OpenFlight建模環(huán)境進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)，在編譯軟件中提供了三維圖形觀察器，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果的觀測(cè)。綜上分析，得到本文設(shè)計(jì)的分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖1 ?系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

圖2 ?系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)流程

4 ?實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)圖像的視覺圖像采樣樣本集為1 200，三維視覺分塊區(qū)域大小為[256×256×224]，對(duì)室內(nèi)三維設(shè)計(jì)的規(guī)范性模板特征匹配系數(shù)為0.15，采用虛擬形式的可視化仿真程序進(jìn)行分布式的三維室內(nèi)設(shè)計(jì)，得到設(shè)計(jì)結(jié)果效果如圖3所示。

圖3 ?三維室內(nèi)設(shè)計(jì)效果圖

結(jié)合三維點(diǎn)云特征重組方法實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的色彩空間重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的顏色特征優(yōu)化組合，得到信息融合結(jié)果如圖4所示。

圖4 ?圖像色彩信息融合結(jié)果

根據(jù)圖4的色彩信息融合結(jié)果，實(shí)現(xiàn)分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)優(yōu)化，測(cè)試設(shè)計(jì)的歸一化均方根誤差和時(shí)間開銷等參數(shù)，得到對(duì)比結(jié)果見表1。分析得知，采用該方法進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的視覺效果較好，特征表達(dá)能力較強(qiáng)。

表1 ?性能對(duì)比測(cè)試

5 ?結(jié) ?語(yǔ)

對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合建筑材料的選材和室內(nèi)裝飾的功能分區(qū)調(diào)度，美化家居空間，提高室內(nèi)設(shè)計(jì)效果，本文提出一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)方法。采用分布式的特征信息融合方法構(gòu)建分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的色彩圖像模型，對(duì)分布式三維室內(nèi)空間分布圖像進(jìn)行邊緣輪廓檢測(cè)和特征提取;采用RGB顏色分解方法對(duì)三維室內(nèi)空間分布圖像進(jìn)行顏色像素特征分解;采用3ds MAX進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的三維建模，在Multigen Creator建模軟件上實(shí)現(xiàn)室內(nèi)層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，采用本文方法進(jìn)行分布式三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的視覺效果較好，誤差較小，視覺表達(dá)能力較強(qiáng)。

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