基于三维视觉的居室空间虚拟设计与实现
杨俊
摘 要： 针对传统的居室空间虚拟设计一直存在设计效果不理想，达不到美化与实用并举的问题，提出基于三维视觉的居室空间虚拟设计方法。根据房间的整体设计效果，以居室玄关为例，在居室总体装修布局的基础上，通过三维视觉分析方法进行室内空间内部玄关的空间色彩的组合与搭配分析，采用空间颜色背景视觉信息融合进行玄关艺术形式综合设计。在Vega Prime仿真软件和Multigen Creator建模工具中进行居室玄关空间虚拟设计的三维建模视景仿真。仿真结果表明，采用该方法进行居室玄关空间设计的视觉美化效果较好，空间实用性较强，美观与实用并重。
关键词： 三维视觉； 居室空间设计； 玄关设计； 信息融合； 虚拟现实； 视景仿真
中图分类号： TN911.73?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）23?0055?04
Abstract： The traditional virtual design of the room space has the problem of unsatisfied design effect and can′t balance the beautification and practicability， so a virtual design method of room space based on 3D vision is proposed. According to the overall design effect of the room， and taking the entrance of the room as an example， the 3D visual analysis method is used to perform the space colors combination and matching analysis of the entrance in the indoor space， which is based on the overall decoration layout of the room. The spatial color background visual information fusion is used for the entrance comprehensive design with art form. With the Vega Prime simulation software and Multigen Creator modeling tool， the 3D modeling visual simulation was carried out for the virtual design of the entrance space in the room. The simulation results show that the method of designing the entrance space in the room has perfect visual beautification effect， strong space practicability， and can balance the beautification and practicability.
Keywords： 3D vision； room space design； entrance design； information fusion； virtual reality； visual simulation
0 引 言
在居室設计过程中，玄关作为居室入口的一个区域，其设计显得尤为重要。研究居室玄关空间的优化设计方法，进行玄关的优化布局，使得设计的居室满足使用者对生活居住与工作环境的空间美化需求，同时给人以装饰元素的美感，使玄关设计的美化与实用并举。
居室玄关的空间虚拟设计是对功能空间环境的一个创作过程，玄关空间的设计包括灯光设计、装饰搭配设计、色彩搭配设计[1]，涉及到整个玄关空间与室内空间的总体搭配，包括装修样式、工艺、位置、搭配等各个方面，玄关空间的虚拟设计是一项系统的科学工程。对此，本文提出一种基于三维视觉的居室玄关空间虚拟设计方法。根据房间的整体设计效果，在居室总体装修布局的基础上，进行玄关空间虚拟设计优化，结合图形与图像处理方法，在三维虚拟软件中进行仿真分析。
1 居室玄关空间设计的基本框架
玄关的功能主要为装饰作用，方便客人脱衣换鞋，并为主人留下一份私密性的空间缓冲，玄关设计是居家给人“第一印象”的制造点，现代居室玄关设计的基本框架分为如下几类：
（1） 低柜隔断式。根据房屋的装修可行性，根据室内采光、照明和音质效果，采用低形矮台来限定居室玄关的空间，通过低柜式的家具作为隔断或者鞋柜，用来放置物品和鞋，实现玄关空间的功能分区。
（2） 玻璃通透式。玻璃通透式的玄关设计采用大屏玻璃或者屏风作为隔断，选用各界面的装饰材料，调整空间的比例关系，选择喷砂玻璃、压花玻璃等通透的材料作为玄关的分隔，从而提升整个室内的空间布局，又起到划分玄关和室内空间功能结构的作用。
（3） 格栅围屏式。格栅围屏式的设计采用不同花格图案的透空木格栅作为玄关隔断，通过对格栅围屏空间色彩的组合与搭配，在格栅的位置、搭配、摆放等方面进行线型的搭配和颜色的协调设计，使得玄关的空间设计具有古朴雅致的风韵。
（4） 半敞半蔽式。半敞半蔽式的玄关设计采用半封闭的遮掩方式设计，结合装饰线条的凹凸变化，在玄关空间分布的主要视点处进行主体结构设计，以镜面、挑空和贯通等室内陈设品设计方法，把玄关的构件通过区域空间组合，在新的情境之中取得浓厚的艺术效果。
根据上述对玄关设计的总体构架分析，得到居室玄关空间设计的要点主要在于设计思路融合、室内空间与色彩的搭配以及美观与实用并重几个方面，结合隔断设计和柜架式的玄关设计，实现玄关使用功能与艺术形式的融合，达到美化与实用并重和协调的目的。
2 玄关设计的三维视觉图形分析与处理
2.1 总体设计构架
为实现居室玄关空间的外观设计，采用虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术进行图像成像处理， 用三维视觉空间扫描技术进行室内空间和玄关图形的VR成像，重构居室玄关空间特征信息，通过Vega Prime提供的三维模型图进行玄关设计的空间视觉场模拟，通过模型初始位置设计，结合特效应用场景进行玄关的场景调度和空间渲染，配置虚拟地址空间、全局变量和特效设计效果，构建玄关设计的驱动算法，实现场景调度和管理，配置室内装饰的场景数据库模型，在三维视觉下进行视景切换和色差配置，提高室内装饰设计的颜色搭配性，根据上述总体设计原理，得到基于三维视觉的居室玄关空间的虚拟设计总体架构如图1所示。
根据图1所示的总体设计架构，在三维视景仿真平台上进行玄关空间设计的三维视景建模分析[2]，采用VC++中MFC应用程序进行图像处理开发，采用图像处理技术进行玄关空间的虚拟现实设计。
2.2 玄关空间虚拟设计的三维视觉图形分析
式中：[λ1，λ2，ν，μ]是玄关分布空间的室内装饰外观轮廓的位置标定系数；[Kσ]为标准差为[σ]的边缘轮廓尺度误差测量值。通过对玄关三维视觉成像的虚拟现实分析，为进行虚拟设计提供图像输入基础。
3 玄关三维视觉图形渲染与优化设计实现
3.1 图形渲染
结合玄关室内设计的空间表达性，在不同的三维视觉尺度下对采集的室内VR图像进行三维渲染设计，居室玄关空间虚拟现实成像的灰度值为[Ca，b，R，]采用差分二值分割方法进行三维视觉信息的剔除和绘制处理，更新虚拟场景模型数据库，在虚拟现实技术下提取玄关室内设计图像特征的三维信息，将采样的图像实时渲染成帧画面，得到全局显著性分量特征，得到居室玄关空间设计的场景状态信息分量为：
3.2 玄关的艺术形式综合设计
在进行图像渲染的基础上，进行室内玄关空间的虚拟设计优化，本文提出一种基于三维视觉的居室玄关空间虚拟设计方法，通过三维视觉分析方法进行室内优化搭配，特别是对室内玄关的空间色彩进行优化组合，构建室内装饰搭配的颜色可视化搭配欧拉?拉格朗日方程为：
4 仿真实验分析
实验建立在Vega Prime仿真软件和Multigen Creator建模工具基础上，通过视景仿真编程進行居室玄关空间虚拟设计，使用Creator Terrain Studio（CTS）生成居室玄关空间设计的模型数据库，采用Lynx Prime图形界面进行玄关室内设计中的参数配置，设置合理的参数，可以较快地获得居室玄关空间设计的三维视觉效果图，三维视觉图像渲染的最高分辨率为32×32，动态视点的控制系数为0.23，旋转和固定偏移分别为0.21和0.15。
根据上述仿真环境和参量设定，以格栅围屏式设计为例，得到设计效果如图4所示。图4中分别给出了图像的三维视觉渲染结构和最终的成像效果。
分析图4得知，采用本文方法进行居室玄关空间虚拟设计，具有较好的成像效果，设计的颜色搭配和色彩融合性能较好，视觉美化效果较好，空间实用性较强，美观与实用并重，具有很好的应用性。
5 结 语
本文研究了居室玄关的优化设计方法，提出一种基于三维视觉的居室玄关空间虚拟设计方法。根据房间的整体设计效果，在居室总体装修布局的基础上，通过三维视觉分析方法进行室内空间内部特别是玄关的空间色彩的组合与搭配分析，采用空间颜色背景视觉信息融合进行玄关的艺术形式综合设计，在Vega Prime仿真软件和Multigen Creator建模工具中进行居室玄关空间虚拟设计的三维建模视景仿真。仿真结果表明，采用该方法进行居室玄关空间设计的视觉美化效果较好，空间实用性较强，美观与实用并重，具有较高的工程设计应用价值。
参考文献
[1] 方智文，曹治国，朱磊.基于梯度角度的直方图局部特征描述子的图像匹配算法[J].计算机应用，2015，35（4）：1079?1083.
[2] 于静，刘燕兵，张宇，等.大规模图数据匹配技术综述[J].计算机研究与发展，2015，52（2）：391?409.
[3] 陈添丁，金炜炜，陈英旦，等.轮廓线优化的多通道三维水墨渲染模型[J].电子与信息学报，2015，37（2）：494?498.
[4] 刘慧，周可法，王金林，等.改进NSCT和IHS变换相结合的遥感影像融合[J].中国图象图形学报，2014，19（2）：322?327.
[5] 唐宋，陈利娟，陈志贤，等.基于目标域局部近邻几何信息的域自适应图像分类方法[J].计算机应用，2017，37（4）：1164?1168.
[6] WAQAS J， ZHANG Y， ZHANG L. Collaborative neighbor representation based classification using l2?minimization approach [J]. Pattern recognition letters， 2013， 34（2）： 201?208.
[7] 闫德勤，刘彩凤，刘胜蓝，等.大形变微分同胚图像配准快速算法[J].自动化学报，2015，41（8）：1461?1470.
摘 要： 针对传统的居室空间虚拟设计一直存在设计效果不理想，达不到美化与实用并举的问题，提出基于三维视觉的居室空间虚拟设计方法。根据房间的整体设计效果，以居室玄关为例，在居室总体装修布局的基础上，通过三维视觉分析方法进行室内空间内部玄关的空间色彩的组合与搭配分析，采用空间颜色背景视觉信息融合进行玄关艺术形式综合设计。在Vega Prime仿真软件和Multigen Creator建模工具中进行居室玄关空间虚拟设计的三维建模视景仿真。仿真结果表明，采用该方法进行居室玄关空间设计的视觉美化效果较好，空间实用性较强，美观与实用并重。
关键词： 三维视觉； 居室空间设计； 玄关设计； 信息融合； 虚拟现实； 视景仿真
中图分类号： TN911.73?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）23?0055?04
Abstract： The traditional virtual design of the room space has the problem of unsatisfied design effect and can′t balance the beautification and practicability， so a virtual design method of room space based on 3D vision is proposed. According to the overall design effect of the room， and taking the entrance of the room as an example， the 3D visual analysis method is used to perform the space colors combination and matching analysis of the entrance in the indoor space， which is based on the overall decoration layout of the room. The spatial color background visual information fusion is used for the entrance comprehensive design with art form. With the Vega Prime simulation software and Multigen Creator modeling tool， the 3D modeling visual simulation was carried out for the virtual design of the entrance space in the room. The simulation results show that the method of designing the entrance space in the room has perfect visual beautification effect， strong space practicability， and can balance the beautification and practicability.
Keywords： 3D vision； room space design； entrance design； information fusion； virtual reality； visual simulation
0 引 言
在居室設计过程中，玄关作为居室入口的一个区域，其设计显得尤为重要。研究居室玄关空间的优化设计方法，进行玄关的优化布局，使得设计的居室满足使用者对生活居住与工作环境的空间美化需求，同时给人以装饰元素的美感，使玄关设计的美化与实用并举。
居室玄关的空间虚拟设计是对功能空间环境的一个创作过程，玄关空间的设计包括灯光设计、装饰搭配设计、色彩搭配设计[1]，涉及到整个玄关空间与室内空间的总体搭配，包括装修样式、工艺、位置、搭配等各个方面，玄关空间的虚拟设计是一项系统的科学工程。对此，本文提出一种基于三维视觉的居室玄关空间虚拟设计方法。根据房间的整体设计效果，在居室总体装修布局的基础上，进行玄关空间虚拟设计优化，结合图形与图像处理方法，在三维虚拟软件中进行仿真分析。
1 居室玄关空间设计的基本框架
玄关的功能主要为装饰作用，方便客人脱衣换鞋，并为主人留下一份私密性的空间缓冲，玄关设计是居家给人“第一印象”的制造点，现代居室玄关设计的基本框架分为如下几类：
（1） 低柜隔断式。根据房屋的装修可行性，根据室内采光、照明和音质效果，采用低形矮台来限定居室玄关的空间，通过低柜式的家具作为隔断或者鞋柜，用来放置物品和鞋，实现玄关空间的功能分区。
（2） 玻璃通透式。玻璃通透式的玄关设计采用大屏玻璃或者屏风作为隔断，选用各界面的装饰材料，调整空间的比例关系，选择喷砂玻璃、压花玻璃等通透的材料作为玄关的分隔，从而提升整个室内的空间布局，又起到划分玄关和室内空间功能结构的作用。
（3） 格栅围屏式。格栅围屏式的设计采用不同花格图案的透空木格栅作为玄关隔断，通过对格栅围屏空间色彩的组合与搭配，在格栅的位置、搭配、摆放等方面进行线型的搭配和颜色的协调设计，使得玄关的空间设计具有古朴雅致的风韵。
（4） 半敞半蔽式。半敞半蔽式的玄关设计采用半封闭的遮掩方式设计，结合装饰线条的凹凸变化，在玄关空间分布的主要视点处进行主体结构设计，以镜面、挑空和贯通等室内陈设品设计方法，把玄关的构件通过区域空间组合，在新的情境之中取得浓厚的艺术效果。
根据上述对玄关设计的总体构架分析，得到居室玄关空间设计的要点主要在于设计思路融合、室内空间与色彩的搭配以及美观与实用并重几个方面，结合隔断设计和柜架式的玄关设计，实现玄关使用功能与艺术形式的融合，达到美化与实用并重和协调的目的。
2 玄关设计的三维视觉图形分析与处理
2.1 总体设计构架
为实现居室玄关空间的外观设计，采用虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术进行图像成像处理， 用三维视觉空间扫描技术进行室内空间和玄关图形的VR成像，重构居室玄关空间特征信息，通过Vega Prime提供的三维模型图进行玄关设计的空间视觉场模拟，通过模型初始位置设计，结合特效应用场景进行玄关的场景调度和空间渲染，配置虚拟地址空间、全局变量和特效设计效果，构建玄关设计的驱动算法，实现场景调度和管理，配置室内装饰的场景数据库模型，在三维视觉下进行视景切换和色差配置，提高室内装饰设计的颜色搭配性，根据上述总体设计原理，得到基于三维视觉的居室玄关空间的虚拟设计总体架构如图1所示。
根据图1所示的总体设计架构，在三维视景仿真平台上进行玄关空间设计的三维视景建模分析[2]，采用VC++中MFC应用程序进行图像处理开发，采用图像处理技术进行玄关空间的虚拟现实设计。
2.2 玄关空间虚拟设计的三维视觉图形分析
式中：[λ1，λ2，ν，μ]是玄关分布空间的室内装饰外观轮廓的位置标定系数；[Kσ]为标准差为[σ]的边缘轮廓尺度误差测量值。通过对玄关三维视觉成像的虚拟现实分析，为进行虚拟设计提供图像输入基础。
3 玄关三维视觉图形渲染与优化设计实现
3.1 图形渲染
结合玄关室内设计的空间表达性，在不同的三维视觉尺度下对采集的室内VR图像进行三维渲染设计，居室玄关空间虚拟现实成像的灰度值为[Ca，b，R，]采用差分二值分割方法进行三维视觉信息的剔除和绘制处理，更新虚拟场景模型数据库，在虚拟现实技术下提取玄关室内设计图像特征的三维信息，将采样的图像实时渲染成帧画面，得到全局显著性分量特征，得到居室玄关空间设计的场景状态信息分量为：
3.2 玄关的艺术形式综合设计
在进行图像渲染的基础上，进行室内玄关空间的虚拟设计优化，本文提出一种基于三维视觉的居室玄关空间虚拟设计方法，通过三维视觉分析方法进行室内优化搭配，特别是对室内玄关的空间色彩进行优化组合，构建室内装饰搭配的颜色可视化搭配欧拉?拉格朗日方程为：
4 仿真实验分析
实验建立在Vega Prime仿真软件和Multigen Creator建模工具基础上，通过视景仿真编程進行居室玄关空间虚拟设计，使用Creator Terrain Studio（CTS）生成居室玄关空间设计的模型数据库，采用Lynx Prime图形界面进行玄关室内设计中的参数配置，设置合理的参数，可以较快地获得居室玄关空间设计的三维视觉效果图，三维视觉图像渲染的最高分辨率为32×32，动态视点的控制系数为0.23，旋转和固定偏移分别为0.21和0.15。
根据上述仿真环境和参量设定，以格栅围屏式设计为例，得到设计效果如图4所示。图4中分别给出了图像的三维视觉渲染结构和最终的成像效果。
分析图4得知，采用本文方法进行居室玄关空间虚拟设计，具有较好的成像效果，设计的颜色搭配和色彩融合性能较好，视觉美化效果较好，空间实用性较强，美观与实用并重，具有很好的应用性。
5 结 语
本文研究了居室玄关的优化设计方法，提出一种基于三维视觉的居室玄关空间虚拟设计方法。根据房间的整体设计效果，在居室总体装修布局的基础上，通过三维视觉分析方法进行室内空间内部特别是玄关的空间色彩的组合与搭配分析，采用空间颜色背景视觉信息融合进行玄关的艺术形式综合设计，在Vega Prime仿真软件和Multigen Creator建模工具中进行居室玄关空间虚拟设计的三维建模视景仿真。仿真结果表明，采用该方法进行居室玄关空间设计的视觉美化效果较好，空间实用性较强，美观与实用并重，具有较高的工程设计应用价值。
参考文献
[1] 方智文，曹治国，朱磊.基于梯度角度的直方图局部特征描述子的图像匹配算法[J].计算机应用，2015，35（4）：1079?1083.
[2] 于静，刘燕兵，张宇，等.大规模图数据匹配技术综述[J].计算机研究与发展，2015，52（2）：391?409.
[3] 陈添丁，金炜炜，陈英旦，等.轮廓线优化的多通道三维水墨渲染模型[J].电子与信息学报，2015，37（2）：494?498.
[4] 刘慧，周可法，王金林，等.改进NSCT和IHS变换相结合的遥感影像融合[J].中国图象图形学报，2014，19（2）：322?327.
[5] 唐宋，陈利娟，陈志贤，等.基于目标域局部近邻几何信息的域自适应图像分类方法[J].计算机应用，2017，37（4）：1164?1168.
[6] WAQAS J， ZHANG Y， ZHANG L. Collaborative neighbor representation based classification using l2?minimization approach [J]. Pattern recognition letters， 2013， 34（2）： 201?208.
[7] 闫德勤，刘彩凤，刘胜蓝，等.大形变微分同胚图像配准快速算法[J].自动化学报，2015，41（8）：1461?1470.
