基于三維視覺的居室空間虛擬設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊俊

摘 要： 針對傳統(tǒng)的居室空間虛擬設(shè)計(jì)一直存在設(shè)計(jì)效果不理想，達(dá)不到美化與實(shí)用并舉的問題，提出基于三維視覺的居室空間虛擬設(shè)計(jì)方法。根據(jù)房間的整體設(shè)計(jì)效果，以居室玄關(guān)為例，在居室總體裝修布局的基礎(chǔ)上，通過三維視覺分析方法進(jìn)行室內(nèi)空間內(nèi)部玄關(guān)的空間色彩的組合與搭配分析，采用空間顏色背景視覺信息融合進(jìn)行玄關(guān)藝術(shù)形式綜合設(shè)計(jì)。在Vega Prime仿真軟件和Multigen Creator建模工具中進(jìn)行居室玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)的三維建模視景仿真。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行居室玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的視覺美化效果較好，空間實(shí)用性較強(qiáng)，美觀與實(shí)用并重。

關(guān)鍵詞： 三維視覺； 居室空間設(shè)計(jì)； 玄關(guān)設(shè)計(jì)； 信息融合； 虛擬現(xiàn)實(shí)； 視景仿真

中圖分類號： TN911.73?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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(shè)計(jì)過程中，玄關(guān)作為居室入口的一個區(qū)域，其設(shè)計(jì)顯得尤為重要。研究居室玄關(guān)空間的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行玄關(guān)的優(yōu)化布局，使得設(shè)計(jì)的居室滿足使用者對生活居住與工作環(huán)境的空間美化需求，同時給人以裝飾元素的美感，使玄關(guān)設(shè)計(jì)的美化與實(shí)用并舉。

居室玄關(guān)的空間虛擬設(shè)計(jì)是對功能空間環(huán)境的一個創(chuàng)作過程，玄關(guān)空間的設(shè)計(jì)包括燈光設(shè)計(jì)、裝飾搭配設(shè)計(jì)、色彩搭配設(shè)計(jì)[1]，涉及到整個玄關(guān)空間與室內(nèi)空間的總體搭配，包括裝修樣式、工藝、位置、搭配等各個方面，玄關(guān)空間的虛擬設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的科學(xué)工程。對此，本文提出一種基于三維視覺的居室玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)方法。根據(jù)房間的整體設(shè)計(jì)效果，在居室總體裝修布局的基礎(chǔ)上，進(jìn)行玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)優(yōu)化，結(jié)合圖形與圖像處理方法，在三維虛擬軟件中進(jìn)行仿真分析。

1 居室玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的基本框架

玄關(guān)的功能主要為裝飾作用，方便客人脫衣?lián)Q鞋，并為主人留下一份私密性的空間緩沖，玄關(guān)設(shè)計(jì)是居家給人“第一印象”的制造點(diǎn)，現(xiàn)代居室玄關(guān)設(shè)計(jì)的基本框架分為如下幾類：

（1） 低柜隔斷式。根據(jù)房屋的裝修可行性，根據(jù)室內(nèi)采光、照明和音質(zhì)效果，采用低形矮臺來限定居室玄關(guān)的空間，通過低柜式的家具作為隔斷或者鞋柜，用來放置物品和鞋，實(shí)現(xiàn)玄關(guān)空間的功能分區(qū)。

（2） 玻璃通透式。玻璃通透式的玄關(guān)設(shè)計(jì)采用大屏玻璃或者屏風(fēng)作為隔斷，選用各界面的裝飾材料，調(diào)整空間的比例關(guān)系，選擇噴砂玻璃、壓花玻璃等通透的材料作為玄關(guān)的分隔，從而提升整個室內(nèi)的空間布局，又起到劃分玄關(guān)和室內(nèi)空間功能結(jié)構(gòu)的作用。

（3） 格柵圍屏式。格柵圍屏式的設(shè)計(jì)采用不同花格圖案的透空木格柵作為玄關(guān)隔斷，通過對格柵圍屏空間色彩的組合與搭配，在格柵的位置、搭配、擺放等方面進(jìn)行線型的搭配和顏色的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使得玄關(guān)的空間設(shè)計(jì)具有古樸雅致的風(fēng)韻。

（4） 半敞半蔽式。半敞半蔽式的玄關(guān)設(shè)計(jì)采用半封閉的遮掩方式設(shè)計(jì)，結(jié)合裝飾線條的凹凸變化，在玄關(guān)空間分布的主要視點(diǎn)處進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以鏡面、挑空和貫通等室內(nèi)陳設(shè)品設(shè)計(jì)方法，把玄關(guān)的構(gòu)件通過區(qū)域空間組合，在新的情境之中取得濃厚的藝術(shù)效果。endprint

根據(jù)上述對玄關(guān)設(shè)計(jì)的總體構(gòu)架分析，得到居室玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要在于設(shè)計(jì)思路融合、室內(nèi)空間與色彩的搭配以及美觀與實(shí)用并重幾個方面，結(jié)合隔斷設(shè)計(jì)和柜架式的玄關(guān)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)玄關(guān)使用功能與藝術(shù)形式的融合，達(dá)到美化與實(shí)用并重和協(xié)調(diào)的目的。

2 玄關(guān)設(shè)計(jì)的三維視覺圖形分析與處理

2.1 總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

為實(shí)現(xiàn)居室玄關(guān)空間的外觀設(shè)計(jì)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)進(jìn)行圖像成像處理， 用三維視覺空間掃描技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)空間和玄關(guān)圖形的VR成像，重構(gòu)居室玄關(guān)空間特征信息，通過Vega Prime提供的三維模型圖進(jìn)行玄關(guān)設(shè)計(jì)的空間視覺場模擬，通過模型初始位置設(shè)計(jì)，結(jié)合特效應(yīng)用場景進(jìn)行玄關(guān)的場景調(diào)度和空間渲染，配置虛擬地址空間、全局變量和特效設(shè)計(jì)效果，構(gòu)建玄關(guān)設(shè)計(jì)的驅(qū)動算法，實(shí)現(xiàn)場景調(diào)度和管理，配置室內(nèi)裝飾的場景數(shù)據(jù)庫模型，在三維視覺下進(jìn)行視景切換和色差配置，提高室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)的顏色搭配性，根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)原理，得到基于三維視覺的居室玄關(guān)空間的虛擬設(shè)計(jì)總體架構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)，在三維視景仿真平臺上進(jìn)行玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的三維視景建模分析[2]，采用VC++中MFC應(yīng)用程序進(jìn)行圖像處理開發(fā)，采用圖像處理技術(shù)進(jìn)行玄關(guān)空間的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)。

2.2 玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)的三維視覺圖形分析

式中：[λ1，λ2，ν，μ]是玄關(guān)分布空間的室內(nèi)裝飾外觀輪廓的位置標(biāo)定系數(shù)；[Kσ]為標(biāo)準(zhǔn)差為[σ]的邊緣輪廓尺度誤差測量值。通過對玄關(guān)三維視覺成像的虛擬現(xiàn)實(shí)分析，為進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)提供圖像輸入基礎(chǔ)。

3 玄關(guān)三維視覺圖形渲染與優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 圖形渲染

結(jié)合玄關(guān)室內(nèi)設(shè)計(jì)的空間表達(dá)性，在不同的三維視覺尺度下對采集的室內(nèi)VR圖像進(jìn)行三維渲染設(shè)計(jì)，居室玄關(guān)空間虛擬現(xiàn)實(shí)成像的灰度值為[Ca，b，R，]采用差分二值分割方法進(jìn)行三維視覺信息的剔除和繪制處理，更新虛擬場景模型數(shù)據(jù)庫，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下提取玄關(guān)室內(nèi)設(shè)計(jì)圖像特征的三維信息，將采樣的圖像實(shí)時渲染成幀畫面，得到全局顯著性分量特征，得到居室玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的場景狀態(tài)信息分量為：

3.2 玄關(guān)的藝術(shù)形式綜合設(shè)計(jì)

在進(jìn)行圖像渲染的基礎(chǔ)上，進(jìn)行室內(nèi)玄關(guān)空間的虛擬設(shè)計(jì)優(yōu)化，本文提出一種基于三維視覺的居室玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)方法，通過三維視覺分析方法進(jìn)行室內(nèi)優(yōu)化搭配，特別是對室內(nèi)玄關(guān)的空間色彩進(jìn)行優(yōu)化組合，構(gòu)建室內(nèi)裝飾搭配的顏色可視化搭配歐拉?拉格朗日方程為：

4 仿真實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)建立在Vega Prime仿真軟件和Multigen Creator建模工具基礎(chǔ)上，通過視景仿真編程進(jìn)行居室玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)，使用Creator Terrain Studio（CTS）生成居室玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的模型數(shù)據(jù)庫，采用Lynx Prime圖形界面進(jìn)行玄關(guān)室內(nèi)設(shè)計(jì)中的參數(shù)配置，設(shè)置合理的參數(shù)，可以較快地獲得居室玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的三維視覺效果圖，三維視覺圖像渲染的最高分辨率為32×32，動態(tài)視點(diǎn)的控制系數(shù)為0.23，旋轉(zhuǎn)和固定偏移分別為0.21和0.15。

根據(jù)上述仿真環(huán)境和參量設(shè)定，以格柵圍屏式設(shè)計(jì)為例，得到設(shè)計(jì)效果如圖4所示。圖4中分別給出了圖像的三維視覺渲染結(jié)構(gòu)和最終的成像效果。

分析圖4得知，采用本文方法進(jìn)行居室玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)，具有較好的成像效果，設(shè)計(jì)的顏色搭配和色彩融合性能較好，視覺美化效果較好，空間實(shí)用性較強(qiáng)，美觀與實(shí)用并重，具有很好的應(yīng)用性。

5 結(jié) 語

本文研究了居室玄關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出一種基于三維視覺的居室玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)方法。根據(jù)房間的整體設(shè)計(jì)效果，在居室總體裝修布局的基礎(chǔ)上，通過三維視覺分析方法進(jìn)行室內(nèi)空間內(nèi)部特別是玄關(guān)的空間色彩的組合與搭配分析，采用空間顏色背景視覺信息融合進(jìn)行玄關(guān)的藝術(shù)形式綜合設(shè)計(jì)，在Vega Prime仿真軟件和Multigen Creator建模工具中進(jìn)行居室玄關(guān)空間虛擬設(shè)計(jì)的三維建模視景仿真。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行居室玄關(guān)空間設(shè)計(jì)的視覺美化效果較好，空間實(shí)用性較強(qiáng)，美觀與實(shí)用并重，具有較高的工程設(shè)計(jì)應(yīng)用價(jià)值。

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