基于虚拟现实技术的分布式三维室内设计系统设计

王晓宇

摘  要： 为了提高分布式三维室内设计效果，提出一种基于虚拟现实技术的分布式三维室内设计方法。采用分布式的特征信息融合方法构建分布式三维室内设计的色彩图像模型，对分布式三维室内空间分布图像进行边缘轮廓检测和特征提取，采用RGB颜色分解方法对三维室内空间分布图像进行颜色像素特征分解，结合三维点云特征重组方法实现分布式三维室内设计的色彩空间重构，实现分布式三维室内设计的颜色特征优化组合。在图像和色彩处理算法设计的基础上，基于虚拟现实和视景仿真技术，进行分布式三维室内设计系统的开发设计，采用3ds MAX进行分布式三维室内设计的三维建模，在Multigen Creator建模软件上实现室内层次化结构设计。测试结果表明，采用该方法进行分布式三维室内设计的视觉效果较好，特征表达能力较强。

关键词： 虚拟现实技术; 分布式三维室内设计; 视景仿真; 特征分解; 色彩空间重构; 三维建模; 特征信息融合

中图分类号： TN915.5?34; TP399               文献标识码： A                    文章编号： 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

随着建筑装修业的快速发展以及人们生活水平的提高，对建筑的设计要求越来越高，需要对室内环境进行优化设计。采用绿色环保设计思路，进行室内环境的优化布局，提高室内环境的空间使用价值。研究分布式的三维室内设计方法，在提升装修风格，美化家居空间以及优化室内环境设计中具有重要价值[1]。

本文构建基于虚拟现实技术的分布式三维室内设计系统，结合室内环境的空间色彩优化结构部署和颜色特征分解，进行室内环境的三维视觉搭配，采用分布式的三维视觉重构方法进行室内环境三维设计，在虚拟现实和视景仿真环境下进行系统设计，采用MAYA，3ds MAX，SoftImage，LightWave3D等三維仿真软件[2]，实现分布式三维室内设计系统优化设计，并通过实验分析，得出有效性结论。

1  分布式三维室内设计的视觉传达信息采集分析

1.1  分布式三维室内设计图像采样

为了实现分布式三维室内设计的视觉传达信息优化[2]，采用Snake算法对分布式三维室内设计视觉图像进行边缘轮廓特征分解，根据特征分解结果进行自适应信息融合增强处理，室内设计的角点分布雅克比矩阵[Jx，y，σ]可以表示为：

1.2  视觉特征重构

采用点到线模型的LBG向量量化方法进行图像的最大灰度值标记，提取分布式三维轮廓特征量，得到图像的融合中心为[dx，y]。设置分布式三维室内设计图像向量量化特征量[4]，提取图像的灰度信息素，得到分布式三维室内设计图像的前[k]维特征模板描述为：

2  分布式三维室内视觉优化

2.1  信息融合

在网格模型匹配点上，进行分布式三维室内设计图像的信息增强处理[5]，分布式三维室内设计视觉图像的关联尺度信息分量表示为：

2.2  颜色特征优化组合

采用边缘像素点匹配方法[8]，得到分布式三维室内设计视觉图像在像素间内的纹理分割区域为：

表示在不同的三维视觉重构的网格区域特征值，结合像素区域分割和自适应特征匹配方法，实现分布式三维室内设计的颜色特征优化组合和设计优化。

3  系统开发设计

在图像和色彩处理算法设计的基础上，基于虚拟现实和视景仿真技术，进行分布式三维室内设计系统的开发设计，采用3ds MAX进行分布式三维室内设计的三维建模，在Multigen Creator建模软件上实现室内层次化结构设计。采用PCI总线技术构建分布式三维室内设计系统的信息传输模型，构建分布式三维室内设计系统的基本实体对象[9]，采用多线程调度方法进行分布式三维室内设计系统的本地信息处理，采用客户机/服务器模型构建虚拟现实视景应用支撑层，在CCS 2.20开发平台下进行分布式三维室内设计系统研究开发，利用WEB?APP浏览器（Browser），WEB?CULL服务器进行集成软件层设计，网络中间件完成分布式三维室内设计系统接入服务，配置中间件完成分布式三维室内设计系统的各种配置工作，得到系统总体设计结构构架如图1所示。

根据图1的总体设计构架，进行系统的模块化开发设计和总线设计，通过表面层次渲染方法为渲染分布式三维室内设计提供可执行的实时3D应用文件。使用Vega Prime API动态地改变渲染分布式三维室内设计过程中的应用程序加载模式，采用PCI9054的Local总线进行控制程序加载，在输出终端输出8路D/A转换信号，实现分布式三维室内设计系统的总线调度和通信协议开发。采用并行外设接口（PPI）进行人机通信，在ARM Cortex?M3内核中实现分布式三维室内设计系统的嵌入式调度，利用Creator交互式的设计方法进行分布式三维室内设计系统的交叉编译控制和程序在线读写，构建层次结构的编译软件。在分布式三维室内设计系统的应用层进行系统的总线传输控制，在Simulink建模环境中进行分布式三维室内设计系统的自适应转发控制和链路加载控制[10]，提高分布式三维室内设计系统的信息收发和智能信息处理能力。在分布式三维室内设计系统的内部总线设计中，采用OpenFlight建模环境进行分布式三维室内设计系统的虚拟现实设计，在编译软件中提供了三维图形观察器，实现对分布式三维室内设计系统的设计效果的观测。综上分析，得到本文设计的分布式三维室内设计系统的开发实现流程如图2所示。

图1  系统的总体设计构架

图2  系统的开发实现流程

4  实验测试分析

分布式三维室内设计图像的视觉图像采样样本集为1 200，三维视觉分块区域大小为[256×256×224]，对室内三维设计的规范性模板特征匹配系数为0.15，采用虚拟形式的可视化仿真程序进行分布式的三维室内设计，得到设计结果效果如图3所示。

图3  三维室内设计效果图

结合三维点云特征重组方法实现分布式三维室内设计的色彩空间重构，实现分布式三维室内设计的颜色特征优化组合，得到信息融合结果如图4所示。

图4  图像色彩信息融合结果

根据图4的色彩信息融合结果，实现分布式三维室内设计优化，测试设计的归一化均方根误差和时间开销等参數，得到对比结果见表1。分析得知，采用该方法进行分布式三维室内设计的视觉效果较好，特征表达能力较强。

表1  性能对比测试

5  结  语

对室内环境进行优化设计，结合建筑材料的选材和室内装饰的功能分区调度，美化家居空间，提高室内设计效果，本文提出一种基于虚拟现实技术的分布式三维室内设计方法。采用分布式的特征信息融合方法构建分布式三维室内设计的色彩图像模型，对分布式三维室内空间分布图像进行边缘轮廓检测和特征提取;采用RGB颜色分解方法对三维室内空间分布图像进行颜色像素特征分解;采用3ds MAX进行分布式三维室内设计的三维建模，在Multigen Creator建模软件上实现室内层次化结构设计。研究结果表明，采用本文方法进行分布式三维室内设计的视觉效果较好，误差较小，视觉表达能力较强。

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