吳展鵬

摘 要： 針對(duì)基于內(nèi)容DSP的環(huán)境藝術(shù)研究方法存在對(duì)室內(nèi)環(huán)境色彩搭配效果粗糙、渲染程度低、展示效果差等問(wèn)題，提出基于計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)的環(huán)境藝術(shù)研究方法。該方法采用基于Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境色彩的合理搭配，其中的DIY交互模塊確保用戶(hù)對(duì)室內(nèi)色彩實(shí)施控制，獲取全方位的視覺(jué)體驗(yàn)。系統(tǒng)為用戶(hù)提供了四種選色方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)色彩的智能搭配。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理、三維模型建立、模型導(dǎo)入與材質(zhì)設(shè)置以及系統(tǒng)合成的實(shí)現(xiàn)流程。系統(tǒng)采用基于求交優(yōu)化的光線跟蹤算法，對(duì)室內(nèi)環(huán)境中的光照效果進(jìn)行控制，得到最佳室內(nèi)光照效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，所提方法對(duì)色彩的搭配有很好的控制效果，室內(nèi)色彩環(huán)境展示效果佳，運(yùn)行效率高。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)視頻處理; 環(huán)境藝術(shù); Quest3D; 色彩搭配; 智能搭配; 環(huán)境色彩; 視覺(jué)體驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911.73?34; TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）09?0077?06

Abstract： The traditional environmental art research method based on content DSP has the problems of rough color collocation effect， low rendering degree， and poor display effect for indoor environment. Therefore， an environment art research method based on computer video processing technology is put forward， in which the indoor environment color conversion system based on Quest3D is used to realize the reasonable collocation of the indoor environment colors， and the DIY interactive module is adopted to ensure the control of user for indoor color and obtain the all?around visual experience. The system provides four color selection modes for its users， which can realize the intelligent collocation of indoor colors. The system was designed for data acquisition and processing， 3D model building， model import， material setting， and system synthesis. The ray tracing algorithm based on intersection optimization is adopted in the system to control the illumination effect in indoor environment， and acquire the best indoor illumination effect. The experimental results show that the proposed method has good control effect on color collocation， perfect exhibition effect of indoor color environment， and high operation efficiency.

Keywords： computer video processing; environmental art; Quest3D; color collocation; intelligent collocation; environmental color; visual experience

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量逐漸提升，人們對(duì)室內(nèi)居住環(huán)境的需求越來(lái)越高。高質(zhì)量的室內(nèi)環(huán)境藝術(shù)規(guī)劃能夠滿(mǎn)足人們的生活情趣以及文化修養(yǎng)等方面的需求，提高人們的生活質(zhì)量。室內(nèi)環(huán)境藝術(shù)研究融合了藝術(shù)和技術(shù)手段，具有較高的復(fù)雜度。色彩是室內(nèi)環(huán)境藝術(shù)研究中的關(guān)鍵內(nèi)容，有效的色彩搭配控制可提高室內(nèi)環(huán)境色彩的藝術(shù)價(jià)值。由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境色彩搭配控制方面的應(yīng)用價(jià)值逐漸加強(qiáng)[1]。傳統(tǒng)基于內(nèi)容DSP的環(huán)境藝術(shù)研究方法存在對(duì)室內(nèi)環(huán)境色彩搭配效果粗糙，渲染程度低，展示效果差等問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出基于計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)的環(huán)境藝術(shù)研究方法，增強(qiáng)室內(nèi)環(huán)境的色彩搭配效果，為用戶(hù)創(chuàng)造更好的居家環(huán)境。

1 基于計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)的環(huán)境藝術(shù)研究

1.1 室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本文采用計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)對(duì)室內(nèi)環(huán)境藝術(shù)進(jìn)行研究，使用的計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)是Quest3D虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)。其總體結(jié)構(gòu)圖用圖1描述，由轉(zhuǎn)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)和首頁(yè)構(gòu)成，其中首頁(yè)包括顏色設(shè)計(jì)、智能搭配[2]、選色推薦以及DIY交互模塊幾個(gè)部分。系統(tǒng)通過(guò)色彩搭配來(lái)展現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境藝術(shù)的相關(guān)研究，轉(zhuǎn)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)可提高室內(nèi)設(shè)計(jì)的美感，增強(qiáng)整體環(huán)境藝術(shù)的性能和使用價(jià)值。

系統(tǒng)的硬件要求計(jì)算機(jī)可以支持I2S信息服務(wù)，擁有獨(dú)立顯卡，機(jī)身內(nèi)存在500 MB以上。操作系統(tǒng)為Windows XP或更高版本。計(jì)算機(jī)需安裝三維虛擬場(chǎng)景瀏覽插件和Quest3D 3D Web Player 3.6.4運(yùn)行系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)內(nèi)容以及選色方式

1.2.1 交互設(shè)計(jì)內(nèi)容

室內(nèi)色彩的交互內(nèi)容是指用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)室內(nèi)色彩進(jìn)行控制[3]，用戶(hù)可以對(duì)室內(nèi)色彩環(huán)境實(shí)施全角度瀏覽，通過(guò)室內(nèi)場(chǎng)景替換得到不同組合的視覺(jué)享受。室內(nèi)環(huán)境色彩的虛擬配色換色以用戶(hù)的喜好為出發(fā)點(diǎn)，使用戶(hù)能流暢地進(jìn)行視覺(jué)體驗(yàn)，提升用戶(hù)的使用興趣。系統(tǒng)DIY交互模塊的交互作用可使用戶(hù)能簡(jiǎn)單明了地觀察室內(nèi)環(huán)境色彩的變化，其交互結(jié)構(gòu)如圖2所示。

DIY系統(tǒng)交互結(jié)構(gòu)的內(nèi)容有：動(dòng)畫(huà)結(jié)束之后進(jìn)入首頁(yè)，提示安裝Quest3D 3D Web Player 3.6.4組件，在菜單中根據(jù)用戶(hù)需求得出配色方案，根據(jù)得到的配色方案，將瀏覽模式設(shè)置成360°瀏覽[4]，并更換地板、家具等配色。若要對(duì)設(shè)置好的色彩進(jìn)行更換也可進(jìn)行初始化。

1.2.2 系統(tǒng)的選色方式

用戶(hù)通過(guò)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境色彩進(jìn)行選擇的方式用圖3描述，可以看出具體的內(nèi)容是：

1） 顏色DIY。打造專(zhuān)屬的色彩搭配，選擇墻面基本色系后按照喜好對(duì)墻面家居軟裝進(jìn)行調(diào)整。

2） 智能搭配。涂料專(zhuān)家會(huì)在用戶(hù)確定房屋內(nèi)家具的材質(zhì)后，自動(dòng)提供專(zhuān)業(yè)的換色方案，以供用戶(hù)篩選。

3） 選色推薦。專(zhuān)家會(huì)幫助用戶(hù)打造專(zhuān)屬風(fēng)格，尤其是一些對(duì)色彩搭配知識(shí)了解較少的用戶(hù)，會(huì)提供色彩傾向、色調(diào)選擇等供用戶(hù)選擇。

4） 流行色。以當(dāng)前流行的色彩為主體進(jìn)行色彩搭配。

1.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境色彩搭配的流程圖用圖4描述，具體內(nèi)容如下：進(jìn)行視頻內(nèi)容的數(shù)據(jù)處理，將采集到的視頻資料進(jìn)行整理分類(lèi)，以便后續(xù)三維模型的制作;接下來(lái)是三維建模，并對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化;對(duì)各個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化處理后，將各個(gè)優(yōu)化后的場(chǎng)景合成在一起。

1.3.1 數(shù)據(jù)采集與處理

虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容包括兩種：一種是現(xiàn)實(shí)中存在的場(chǎng)景或物品;另一種是現(xiàn)實(shí)中不存在的場(chǎng)景或物品，都是虛擬的。本文室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)實(shí)中存在的室內(nèi)場(chǎng)景或物品色彩實(shí)施分析，在建立三維模型前收集的資料應(yīng)該為數(shù)據(jù)的原始信息，室內(nèi)色彩搭配的模型每一個(gè)可能都需要大量的紋理圖案，所以要想復(fù)原現(xiàn)實(shí)中場(chǎng)景或物品，需要采用視頻軟件或掃描儀等對(duì)原始資料進(jìn)行收集[5]。室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集包括三維模型中的顏色、材質(zhì)和屬性。為實(shí)現(xiàn)Quest3D室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)與Flash互動(dòng)界面的聯(lián)系，就要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范管理和運(yùn)用?；赒uest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)中墻面、天花板等基礎(chǔ)裝飾數(shù)據(jù)，為了能夠滿(mǎn)足換裝系統(tǒng)的復(fù)合屬性要求并被兩個(gè)基于Flash和Quest3D數(shù)據(jù)庫(kù)兼容，則將這些裝飾數(shù)據(jù)用涂料色卡進(jìn)行保存。木質(zhì)家居、地板等數(shù)據(jù)可通過(guò)對(duì)實(shí)物進(jìn)行拍照掃描得到以圖片格式保存的材質(zhì)數(shù)據(jù)。室內(nèi)家居軟裝都可按照當(dāng)前市場(chǎng)的流行趨勢(shì)與室內(nèi)顏色結(jié)合進(jìn)行搭配，將配色結(jié)果輸入配色數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3.2 三維模型建立

虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的對(duì)象是各個(gè)室內(nèi)環(huán)境中的元素，通過(guò)對(duì)各室內(nèi)色彩元素進(jìn)行建模來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的虛擬，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象或場(chǎng)景的仿真。本文在建模前對(duì)房間按照風(fēng)格分類(lèi)，除了按照市場(chǎng)主流裝修風(fēng)格分類(lèi)外，還要考慮到使用者的喜好，房間分類(lèi)后選擇與房間風(fēng)格符合的家裝圖片，挑選需要建模的物品[6]，模型建立的原則要能夠強(qiáng)烈地體現(xiàn)室內(nèi)的色彩裝修風(fēng)格，確保物品的紋理清晰可辨。選定需建模的物品后，確定要在基于Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)中換色的物品。所有在Quest3D室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)中換色的物品分為三類(lèi)：一類(lèi)是可換色物品，包括墻面家居軟裝等;一類(lèi)是根據(jù)裝修風(fēng)格確定的，不可改變的物品;第三類(lèi)是對(duì)不同材質(zhì)的物體進(jìn)行換色[7]。在該系統(tǒng)下物品應(yīng)在模型中明顯表現(xiàn)，體量不可過(guò)小，圖5為古典臥室的換色物件。

在進(jìn)行換色建模過(guò)程中，先假定成某種材料，但沒(méi)有材料的單色素模，因?yàn)閱紊啬５慕⑿枰紤]材料自身的特性，如墻面的光滑度、對(duì)光線的反射作用等。墻面的基本參數(shù)在室內(nèi)風(fēng)格確定后固定不變，若用戶(hù)選擇的物品與默認(rèn)配色不同，則用所選顏色的RGB值與光線、素模參數(shù)綜合計(jì)算得到符合用戶(hù)所選和室內(nèi)環(huán)境的配色。因此，在一個(gè)房間的換色模型建立中，所有物品的換色都根據(jù)單色素模而定，可換色物體根據(jù)所選顏色作為模型中的自變量，采用Quest3D技術(shù)對(duì)換色模型實(shí)施識(shí)別后，綜合其他數(shù)據(jù)將整體環(huán)境表現(xiàn)出來(lái)。

1.3.3 模型導(dǎo)入與材質(zhì)設(shè)置

本文系統(tǒng)的制作環(huán)境是3ds Max軟件，對(duì)顏色的配色換裝在Quest3D下進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)基于Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)，需要在3ds Max中進(jìn)行建模和渲染，然后將渲染好的模型導(dǎo)入Quest3D系統(tǒng)中。具體實(shí)現(xiàn)需要在3ds Max軟件中安裝一款插件，產(chǎn)生一種叫[.cgr]格式的文件，再利用Quest3D下的File>Open Pro打開(kāi)模型并產(chǎn)生一種新材質(zhì)，新材質(zhì)與Quest3D內(nèi)所有材質(zhì)的定義方式一致且都能被Quest3D分辨。Quest3D系統(tǒng)支持圖片格式，包括.bpm，.jpg，.ppm等。本文系統(tǒng)導(dǎo)出圖片格式均為.dds，這種格式的圖片可以直接被中央處理器調(diào)用，且已壓縮的狀態(tài)存儲(chǔ)解壓也無(wú)需等待，能夠高效地提高渲染效率。

1.3.4 系統(tǒng)合成

本文設(shè)計(jì)的基于Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)由Flash動(dòng)畫(huà)和Quest3D界面構(gòu)成，以互聯(lián)網(wǎng)的形式發(fā)布室內(nèi)環(huán)境色彩變換結(jié)果，對(duì)路徑選擇、墻體配色選擇以及確定整體墻面的顏色方向都在Flash動(dòng)畫(huà)界面完成，然后將Flash動(dòng)畫(huà)結(jié)果傳達(dá)給Quest3D，Quest3D在三維實(shí)時(shí)虛擬配色界面進(jìn)行渲染操作[8]，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在Quest3D界面進(jìn)行換色操作和視覺(jué)漫游。系統(tǒng)合成重點(diǎn)是將Flash和Quest3D界面分散在不同的瀏覽器中進(jìn)行。Flash動(dòng)畫(huà)操作中的步驟都是單行不可逆的，但在Quest3D界面中步驟是可逆的且可改變。Flash動(dòng)畫(huà)界面對(duì)選定的物品進(jìn)行更改后得到的結(jié)果進(jìn)行封裝導(dǎo)入到Quest3D界面，輸出結(jié)果固定。

本文通過(guò)Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)顏色進(jìn)行搭配來(lái)研究計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)的環(huán)境。Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)能夠提升用戶(hù)對(duì)室內(nèi)顏色搭配的滿(mǎn)意度，進(jìn)而提升計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)對(duì)環(huán)境藝術(shù)的研究，Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)與原來(lái)的視覺(jué)體驗(yàn)不同，傳統(tǒng)的顏色搭配需面對(duì)各種圖紙，依靠設(shè)計(jì)師的解說(shuō)，無(wú)法讓用戶(hù)直觀地感受室內(nèi)環(huán)境。而各種顏色材料的不同搭配[9]，讓用戶(hù)體會(huì)不同的方案，更加能夠確認(rèn)自身的要求。

1.4 基于求交優(yōu)化的光線跟蹤算法

系統(tǒng)為了對(duì)室內(nèi)環(huán)境中的光照效果進(jìn)行控制，將基于求交優(yōu)化的光線跟蹤算法應(yīng)用到三維室內(nèi)設(shè)計(jì)的光照效果實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，進(jìn)而得到室內(nèi)環(huán)境的最佳光照效果。設(shè)置室內(nèi)光線的起點(diǎn)坐標(biāo)為[O（Ox，Oy，Oz），]單位向量坐標(biāo)為[V（Vx，Vy，Vz），]則本文光線的方程表達(dá)式為：

1.4.2 球面求交優(yōu)化

球體屬于常用的室內(nèi)物體，因?yàn)榍蠼贿^(guò)程容易，且法向量固定地從球心出發(fā)，計(jì)算步驟較少。設(shè)室內(nèi)光線起點(diǎn)的坐標(biāo)為[（X0，Y0，Z0）]，

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

采用實(shí)驗(yàn)對(duì)本文系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，目的是對(duì)本文系統(tǒng)的功能進(jìn)行提高和完善，完成室內(nèi)環(huán)境色彩的合理搭配。本文系統(tǒng)的色彩搭配共有4種方式，實(shí)驗(yàn)對(duì)本文系統(tǒng)的一種配色路徑進(jìn)行測(cè)試，演示結(jié)果如圖6所示。

分析圖6可得，登錄本文系統(tǒng)后，彩虹顏色逐漸變淡直至消散，牧羊犬進(jìn)入畫(huà)面，撞翻顏料，顏料將黑白界面的一角染成彩色，逐漸將整個(gè)界面渲染成彩色，說(shuō)明本文系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了色彩的有效渲染。

圖7，圖8是系統(tǒng)開(kāi)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)結(jié)束后進(jìn)入到系統(tǒng)首頁(yè)界面，若電腦內(nèi)沒(méi)有安裝三維虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景瀏覽插件Quest3D 3D Web Player 3.6.4，系統(tǒng)會(huì)提示安裝插件。首頁(yè)界面會(huì)有色彩推薦選項(xiàng)，進(jìn)入配色后系統(tǒng)會(huì)提供房間整體的設(shè)計(jì)感覺(jué)、室內(nèi)色彩的色調(diào)和裝飾風(fēng)格等，然后用戶(hù)可以根據(jù)自身需求對(duì)模式進(jìn)行調(diào)整。分析這兩幅圖能夠得出，本文系統(tǒng)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)色彩的配色和調(diào)色，能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境進(jìn)行有效配制，完成室內(nèi)環(huán)境藝術(shù)的合理規(guī)劃。

統(tǒng)計(jì)的樣本容量為80位成年人，其中，男性和女性各40名，其中40人的學(xué)歷為本科以上，且都對(duì)色彩搭配熟悉度較差，分析圖11中的調(diào)查結(jié)果可得：

1） 相對(duì)于傳統(tǒng)基于內(nèi)容DSP的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)，本文系統(tǒng)在吸引力、操作簡(jiǎn)便、參與感、展示效果以及運(yùn)行速度五個(gè)方面的評(píng)分都較高，說(shuō)明本文系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境色彩的合理搭配，在室內(nèi)環(huán)境藝術(shù)研究應(yīng)用中具有較高的優(yōu)勢(shì)。

2） 本文系統(tǒng)進(jìn)行了三維模型的建立，對(duì)色彩搭配的效果更加突出，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓用戶(hù)切身感受到色彩搭配的真實(shí)感，系統(tǒng)還具有提高色彩的還原度，方便操作的優(yōu)勢(shì)。

3） 本文系統(tǒng)物品材質(zhì)的選擇都是從現(xiàn)場(chǎng)直接采集，可以確保購(gòu)買(mǎi)的物品材質(zhì)滿(mǎn)足用戶(hù)所需，附加的渲染和烘焙效果可提高物品的現(xiàn)實(shí)度。

4） 本文系統(tǒng)打開(kāi)時(shí)增加的動(dòng)畫(huà)，增強(qiáng)了用戶(hù)體驗(yàn)的視覺(jué)美感，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的美觀性，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的人性化。

5） 本文系統(tǒng)經(jīng)過(guò)展示后的效果顯示良好，提高了用戶(hù)的滿(mǎn)意度。

6） 本文系統(tǒng)理論上操作性良好，系統(tǒng)渲染效果良好。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文采用計(jì)算機(jī)視頻處理技術(shù)下Quest3D的室內(nèi)環(huán)境色彩變換系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境色彩進(jìn)行合理搭配，實(shí)現(xiàn)環(huán)境藝術(shù)的高效研究，調(diào)查結(jié)果顯示，本文所提方法創(chuàng)造了用戶(hù)滿(mǎn)意度較高的居家環(huán)境。

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