室居美化智能专家咨询系统的智能计算与检测分析技术

孙雯婷，吕鸿飞，游文慧，李浩然，周燕，张高煜

室居美化智能专家咨询系统的智能计算与检测分析技术

孙雯婷，吕鸿飞，游文慧，李浩然，周燕，张高煜

专家咨询系统是现今互联网家装的重要开发领域，在解决家居环境设计软件操作繁杂，用户缺乏相关专业知识不能独自设计家居等难题时起到了积极作用。智能计算与检测分析是专家咨询系统中重要的研究内容，基于智能控制理论实现了检测分析家具摆放合理性的技术，并根据智能计算提出合理的决策。

智能计算；检测；分析；智能控制理论；中心坐标

0 引言

室居美化智能专家咨询系统是新型的3D室居美化软件。从现实需求现状和安全合理角度出发，室居美化智能专家咨询系统采用自行研制的新型智能检测技术，通过简单的智能计算，检测家具与墙壁、家具与家具、家具和门窗之间的间距，与后台数据库数据进行对比，判断数据合理性，防止家具图示逾越设计图纸的墙壁界限或与之交叠。智能检测算法根据智能计算的结果，用于智能分析用户家具摆放的合理性，做出正确的设计指导，提高室居美化方案的合理性。

智能计算与检测分析作为人工智能的一个重要研究领域，允许决策者和信息经营者、资源配置者和管理者、策略规划者和装备控制者改进他们的工作效率，已经成为学术界关注的焦点，其发展前景备受世人瞩目。

人工智能（Artificial Intelligence）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学[1]，它是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

本课题的智能检测分析最终的目的是要给出决策建议，而这正是人工智能的一个重要研究领域分析决策支持系统（DSS）[2]的延展，它是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。它是管理信息系统（MIS）[3]向更高一级发展而产生的先进信息管理系统。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。

一般，在决策实时性要求较高的场合，时间可能就是最重要的决定因素；空间维则用来观察外部世界，与决策环境的空间因素相联系，一般用来描述对决策具有重大影响的因素，如不同意见及其带来的额外信息等[4]。很多决策过程已经对时间和空间因素提出相当高的要求，这些因素反过来又对决策支持系统的理论和方法提出了新的挑战。

而在室居美化专家咨询系统中，作为问题的处理者和决策的给予者，正是出于为使用者规范家居摆放合理性的目的，而设置了智能检测分析使用者所在家居环境问题的功能。

室居美化智能专家咨询系统的智能计算与检测分析技术基于常规控制理论[5]。针对传统意义上繁杂、高投入、低成效的专家咨询体系，智能计算与检测分析技术以左上角为原点建立坐标系，获取被选中的家具元素的数据（顶点坐标、朝向、中心坐标）和户型数据（长、宽、窗户坐标、房门坐标、过道坐标），通过面壁检测，靠墙检测检、安全领域检测、遮挡检测检、关系检测家具和相对领域检测，检测家具位置，家具种类，以及家具与墙壁，家具与家具间的间距合理性和安全性，简化家居美化分析过程，提高室居美化效果，符合用户需求。从现实需求现状与合理性出发，智能计算与检测分析技术结合后台的安全数据，智能分析通过智能计算得到的数据检测结果[6]，将检测与分析结果写入数组，读取该数组，显示合理的家居美化提示，规范传统家居系统家具摆放不合理的现象。

1 概述

室居美化智能专家咨询系统的智能计算与检测分析技术适用于在二维场景内摆放家具时对用户家具的摆放进行智能的分析检测，从安全合理的角度检测家具的摆放是否正确，并根据结果将在下方给出相应提示，其检测顺序如图1所示：

图1 检测顺序

2 检测详解

2.1 基本架构

为了方便阐述，户型一律采取长方形，以左上角为原点建立直角坐标系，（x1，y1） （x2，y2） （x3，y3） （x4，y4）为家具顶点坐标，分别对应左上、右上、左下、右下4个顶点，（x，y）为家具中心坐标，具体如下图2所示：

图2 基本架构

其中，家具朝向共有11种，分别是无朝向、朝北、朝南、朝东、朝西、横、竖、东北、东南、西北、西南，在系统中分别用阿拉伯数字0～10代表。

2.2 面壁检测

由于用户是在二维俯视图的环境下摆放家具的，无法很直观地判断家具的朝向，这就可能导致家具反向摆放，常见的错误便是面对墙壁摆放，因此，系统将会检测家具（例如柜子、冰箱、电视等）是否面壁摆放，若是，则给出提示。

简言之，判断是否面壁的条件是家具正面离墙的距离小于背面离墙的距离，因此该检测是针对有正反面之分的家具，不包括无朝向和朝向为横竖的家具。

以朝北的衣柜为例，当y1＜y3或y2＜y4时，家具有两种基本摆放形式下图3所示：

图3 面壁检测说明图

很显然，家具a为面壁摆放，家具b为正常摆放。因此，取其中心坐标到北面墙壁的距离d1，中心坐标到南面墙壁的距离d2，若满足d1＜d2，则判断家具摆放错误，系统将给出相应的提示。

伪代码：

2.3 靠墙检测

出于安全考虑，某些家具（例如柜子、冰箱、电视等）一般需要靠近墙壁摆放，因此，系统将会检测这些家具是否靠墙摆放，若没有，则给出提示。

一般来说，具有靠墙倾向的家具与墙壁之间存在一个最佳理想距离W，也就是说家具放在这个范围之内是最安全的。

伪代码：

2.4 安全领域检测

每个家具之间都应有一个安全距离，不应靠的太近，因此，系统将对家具之间的距离进行检测，若小于一定值时，则给出提示。

下表列举了7类家具的安全领域S（以红色区域表示），在该区域内不得摆放任何家具（特殊情况除外），详细说明如表1所示：

表1 安全领域检测说明表

伪代码：

2.5 遮挡检测

为了防止用户摆放家具时发生遮挡门、窗、过道的失误，系统将会检测家具（例如柜子、冰箱、梳妆台等）是否存在对其遮挡的可能性，若存在，则给出提示。

该检测实则为对门、窗、过道的安全领域检测，判断条件为在其安全领域内是否摆放任何家具，在检测的过程中，首先获取该房间内门、窗、过道的位置信息，即具体的坐标，详细说明如表2所示：

表2 遮挡检测说明表

伪代码：

2.6 关系检测

现实中，存在两种家具（例如桌子和椅子、床和床头柜等）摆放时一般成对出现，并且可以从前者出现推出后者出现，则后者称为前者的关联家具。因此，在用户摆放的过程中系统将给出提示（例：假设房间中已有一张桌子，则系统将给出提示“您是否需要凳椅”，并提供推荐产品链接），让用户更加轻松顺利地完成设计。

伪代码：

2.7 相对面积检测

为了防止用户选择的家具面积过大，系统将对所有家具进行相对面积检测，若该家具的面积超过房间面积的1/3，则给出提示。

伪代码：

2.8 结果展示（以卧室为例）

①面壁检测&靠墙检测如图3所示：

图3 卧室设计1——智能分析图

由图3可以看到，用户选择了床和床头柜，但床头柜在俯视视角的二维场景下无法直观地判断朝向，从而发生了将其正面对着墙壁摆放的错误，因此，根据面壁检测结果，系统会提示用户检查床头柜的摆放方向；同时，由于上述错误，将导致床头柜无法通过靠墙检测，因此，根据靠墙检测结果，系统会提示用户床头柜应靠墙摆放。

②安全领域检测

如图4所示：

图4 卧室设计2——智能分析图

由图4可以看到，用户选择了床、床头柜和衣柜，但衣柜紧紧贴着床摆放，在打开柜门之时会与床沿发生碰撞，因此，根据安全领域检测结果，系统会提示用户衣柜与床距离太近。

③遮挡测试

如图5所示：

图5 卧室设计3——智能分析图

在图5中可以看到，用户选择了床和衣柜，但衣柜被摆放在了窗户前，遮住了窗户，因此，根据遮挡检测结果，系统会提示用户不要将衣柜摆放在窗户前。

④关系检测

如图6所示：

图6 卧室设计4——智能分析图

由图6可以看到，用户选择了床，却没有选择床头柜。因此，根据关系检测结果，系统会提示用户可能遗漏的家具——床头柜。

下一步我们将致力于研究实现二维图像的智能计算与检测分析技术，实现二维图像与三维虚拟环境相互转换。优化智能计算算法和检测分析算法，加入二维图像分析技术，以左上角为原点建立坐标系，智能计算二维图像的物理数据（如采光率、方位、门窗位置和家具中心坐标等），建立三维虚拟环境，检测分析家具种类，智能计算家具摆放的合理性与安全性，并结合优化模拟等技术实现对空间布置的优化，提供给用户真实的三维虚拟效果。

3 总结

本文从现实需求状态与合理性出发，智能计算机与检测分析技术结合后台的安全数据，简化家居美化过程，提高了室居美化效果。

[1] 刘铭.若干混合智能计算方法及应用研究[D].吉林:吉林大学, 2014.

[2] de Silva Clarence W. The role of soft computing in intelligent machines[J]. Philosophical Trans of the Royal Society (A), 2003;1809.

[3] 毕恒.自动检测与智能分析技术在安防中的应用探析[J].现代装饰(理论), 2013.

[4] Junya Lv an improved clustering algorithm based on Intelligent Computing [J]. Journal of Networks, 2014-(6).

[5] 马德印.若干智能计算方法及应用 [D].吉林:吉林大学,2013.

[6] Joe E. Amadi-Echendu. Concepts for validating intelligent process measurements [J]. ISA Transactions ,1997(-4).

Intelligent Computing and Detection Analysis Technology on Intelligent Expert Consultation System for Home Decoration

Sun Wenting, Lv Hongfei, You Wenhui, Li Haoran, Zhou Yan, Zhang Gaoyu
(Shanghai Finance University, Shanghai 201209, China)

Nowadays, expert consultation system is one of the most important fields on the Internet decoration. It plays a positive role in solving the problems that lots of decorating design softwares are complicated to use for beginners, and some users also can't design independently for lack of related and professional knowledge. Calculation and detection of intelligence analysis are important research contents in the expert consultation system. This paper realizes the technology of rationality detection and analysis for furniture display based on the conventional control theory, and puts forward reasonable proposals by the expert according to computational intelligence.

Intelligent computing; Detection; Analysis; Intelligent control theory; Core coordinate

TP311

A

1007-757X(2016)10-0010-04

2016.03.12）

上海大学生创新创业项目（201511639031）

孙雯婷（1996-），女，上海金融学院学生，专业：电子商务，上海 210209

吕鸿飞（1995-），男，上海金融学院学生，专业：电子商务，上海 210209

游文慧（1994-），男，上海金融学院学生，专业：电子商务，上海 210209

李浩然（1996-），男，上海金融学院学生，专业：电子商务，上海，201209

周 燕（1995-），女，上海金融学院学生，专业：电子商务，上海 210209

张高煜（1972-），男，上海金融学院信息管理学院副教授，工学博士/博士后，研究方向：社会计算，嵌入式系统开发，上海 210209