基于三維視覺的室內裝飾墻虛擬砌筑系統設計

2020-07-23 08:54:49馬奕蘭

現代電子技術 2020年14期

馬奕蘭

摘? 要：針對傳統的虛擬砌筑系統設計效果存在用戶滿意度低的情況，將三維視覺應用到系統設計中，設計一種基于三維視覺的室內裝飾墻虛擬砌筑系統。系統硬件部分包括處理器與顯示模塊，軟件部分主要利用三維視覺獲得裝飾墻中各個坐標之間的相互關系，估計場景圖像中的深度信息，按照相似度大小對圖像拼接。最后，通過平移、旋轉、裁剪等交互方式對室內裝飾墻虛擬砌筑。實驗采用調查問卷的方式，對比結果表明，用戶對于此次設計的系統滿意程度較高，對傳統系統滿意程度較低，證明了此次設計的系統有效性。

關鍵詞：室內裝飾墻; 虛擬砌筑; 系統設計; 三維視覺; 圖像拼接; 調查問卷

中圖分類號： TN919.85?34; TP391? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）14?0125?03

Design of 3D vision?based virtual masonry system for interior decorative wall

MA Yilan

（Hetao College， Bayannur 015000， China）

Abstract： In allusion to the design effect of the traditional virtual masonry system has low user satisfaction， the 3D vision?based virtual masonry system for the interior decorative wall is designed by applying the 3D vision to the system design. The hardware part of the system includes processor and display module. In the software part of the system， the 3D vision is used to obtain the relationship between coordinates on the decorative wall， the depth information in the scene image is estimated， and then the image is spliced according to the similarity degree. The interior decoration wall is constructed by means of the translation， rotation， clipping and other interactive modes. By means of the questionnaire， the experimental results show that the users are satisfied with the designed system， but less satisfied with traditional system， which proves the validity of the designed system.

Keywords： interior decorative wall; virtual masonry; system design; 3D vision; image splicing; questionnaire

現有的室內裝飾墻砌筑方法選材及溝通效率低，用戶滿意程度低，對項目的成本、工期等造成影響。針對目前存在的問題，設計一種基于三維視覺的室內裝飾墻虛擬砌筑系統，來解決目前用戶滿意度低的問題。此次設計的系統硬件包括處理器與顯示模塊，軟件部分主要將三維視覺應用到系統設計中，從而實現基于三維視覺的室內裝飾墻虛擬砌筑系統的設計。

1? 硬件架構設計

1.1? 處理器設計

采用S3C6451處理器，該處理器內部集成硬件編解碼模塊、開發板[1]與核心板，核心板與地板之間通過連接器連接[2]，滿足用戶切換裝飾墻和進行各種形式的拓展。該處理器主要完成的任務如圖1所示。

該處理器能高度優化室內裝飾墻數據，可以通過主機接口控制處理器通信[3]和圖像編碼功能，處理器結構如圖2所示。S3C6451處理器用于處理室內裝飾墻虛擬砌筑圖像，因不能顯示圖像，故在下一步設計顯示室內裝飾墻虛擬砌筑過程[4]。

1.2? 顯示模塊設計

采用液晶UI7894顯示室內裝飾墻虛擬砌筑過程和結果[5]，能夠與單片機直接連接[6?7]。該顯示模塊中的引腳功能如表1所示。

2? 軟件流程設計

根據用戶的需求操作軟件，對室內裝飾墻進行旋轉[8]、平移、裁剪、切換等操作。對室內裝飾墻虛擬砌筑系統設計過程中，采集室內裝飾墻不同角度[9]的原始圖像，對室內裝飾墻材料預處理，將裝飾墻材料對應的圖片材料坐標定義為三維坐標系[10]，利用式（1）將第[i]幅裝飾材料圖像的透視投影表述為：

[zi=m-fk·（fkcot θ）=XYZ1] （1）

式中：[m]為室內裝飾墻材料原始圖像數量;[fk]為室內裝飾墻材料原始圖像的底層數據分布特征信息;[-fkfkcot θ]為對[fk]進行平移及透視變換。

依據每個坐標系之間不同的相互關系，獲取不同的成像集合，判定圖像與實際的結構參數，精確校對圖像。在此基礎上，估計場景圖像中的深度信息，采用面片逼近曲線方法，對建立的初始模型進行全局迭代優化，具體步驟如下：

1）計算室內裝飾墻場景中的深度值，利用式（2）定義各個圖像之間的相關性度量。

[Cq，r=MXYZ1×yx1-x] （2）

式中：[M]為像素點的邊緣輪廓特征量;[（x1，y）]為室內圖像關鍵點的坐標;[x]為數據擬合條件。

2）依據HDUI獲取的室內裝飾墻圖像，建立三維初始模型，消除圖像中的誤差點。利用三維視覺中x，y，z坐標之間的關系將室內裝飾場景離散為一個三維柵格結構。在此基礎上，計算各個節點與最相鄰圖像間的代價函數，計算公式如下：

[Ddgs=?xΩyv，Ωgh] （3）

式中：[?x]為室內裝飾墻圖像特征點與相鄰最近特征點之間的距離;[Ωyv，Ωgh]為室內裝飾墻圖像特征點與輪廓信息優化配準的匹配得到的圖像像素密度。

3）依據三維視覺坐標點，將圖像像素映射到三維空間中的對應點，將部分點定義為待重建三維場景表面上的點，拼接原理如圖3所示。

圖3中，數字代表室內裝飾墻設砌筑圖像，通過上述計算對圖像進行排序，并利用式（4）來表現圖像拼接過程：

[Q=lincfCq，r+Ddgs] （4）

式中，[lincf]為根據三維視覺坐標點對室內裝飾墻砌筑圖像進行相似度及大小匹配。

依據式（4）計算，將得到的墻體與裝飾材料照片坐標信息存入數據庫，通過平移、旋轉、裁剪等交互方式對室內裝飾墻虛擬砌筑。

3? 實驗對比

3.1? 實驗方案設計

實驗采用用戶調查問卷的方式，分別使用此次設計的基于三維視覺的室內裝飾墻虛擬砌筑系統和傳統系統設計某室內裝飾墻，對比不同用戶對兩個室內裝飾墻虛擬砌筑效果的滿意度。實驗過程中，對進入該室內的100個用戶發放調查問卷，收回效率為100%，采用不記名方式打分，調查問卷中包括對室內景觀的直觀感受評分和感興趣度打分。為了保證實驗的嚴謹性，讓100個用戶按照不同的時間進入場景中，將調查問卷分割為10組，對10組調查問卷的平均分匯總。

3.2? 實驗結果分析

記錄調查問卷，將調查結果生成對比表，實驗對比結果如表2所示。

分析表2可知，用戶對此次設計系統的設計效果滿意度較高，10組打分達到90分以上，說明用戶對該系統滿意程度高。而用戶對傳統系統的設計效果平均滿意度在70分以下，滿意程度較低。對比可知，此次設計的系統比傳統系統滿意程度高20分左右。

通過上述對比可以證明，此次設計的基于三維視覺的室內裝飾墻虛擬砌筑系統比傳統系統用戶滿意程度高，能夠為用戶提供滿意的室內裝飾墻效果。

4? 結? 語

針對傳統的室內裝飾墻虛擬砌筑系統設計效果用戶滿意度低的情況，將設計一種基于三維視覺的室內裝飾墻虛擬砌筑系統，與傳統系統設計進行實驗對比。結果表明，此次設計的系統用戶滿意度高于傳統系統的用戶滿意度，更符合用戶需求。

參考文獻

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[2] 彭明仔，王宇華.基于虛擬儀器的三維視覺檢測系統設計[J].工具技術，2017，41（6）：113?116.

[3] 孫鐘德，蔣薇.海量信息檢索挖掘及視覺三維展現方法仿真[J].微電子學與計算機，2017，33（9）：137?140.

[4] 王士鑫，孫涌，余建飛，等.基于雙目立體視覺的西瓜子三維形態檢測[J].計算機工程，2018，38（20）：116?119.

[5] 溫秀蘭，張騰飛，芮平，等.基于三維機器視覺的工業機器人定位系統設計[J].組合機床與自動化加工技術，2018（9）：54?57.