基于虛擬現(xiàn)實在室內(nèi)軟裝飾設(shè)計中的合理運(yùn)用

李微微+沈冰

摘 要： 針對傳統(tǒng)設(shè)計方法存在設(shè)計耗費(fèi)時間長、質(zhì)量差等問題，很難達(dá)到用戶對于軟裝飾的高標(biāo)準(zhǔn)需求，通過對室內(nèi)建模、可視化和美觀化不同階段的分析，設(shè)計軟裝飾流程。其采用Mesh網(wǎng)格生成算法將復(fù)雜參數(shù)轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實技術(shù)擅長的Mesh網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并對局部進(jìn)行優(yōu)化；對材質(zhì)進(jìn)行邊緣檢測，確定距離，進(jìn)行碰撞檢測提升軟裝飾設(shè)計質(zhì)量。實驗結(jié)果表明，該技術(shù)能提高軟裝飾設(shè)計的性能，降低設(shè)計成本，并且還能節(jié)省大量時間，提高設(shè)計有效性，客戶滿意程度較高。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實； 室內(nèi)軟裝飾； 網(wǎng)格生成； 碰撞檢測； 局部優(yōu)化； 邊緣檢測； 復(fù)雜參數(shù)轉(zhuǎn)換

中圖分類號： TN911?34； TN958 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）02?0148?04

Abstract： As the traditional design method has high time consumption， poor quality and other issues， it is difficult for users to achieve the high standard demand of soft decoration. The technological process of soft decoration was designed according to the analysis of indoor modeling， visualization and appearance in different stages. The mesh generation method is used to convert the complex parameters into the mesh data in virtual reality technology， and optimize the local material. The edge detection is performed to determine the distance， and then the collision detection is executed to improve the design quality of soft decoration. The experimental results show that the technology can improve the performance of soft decoration design， reduce design cost， save a lot of time， and improve design effectiveness and customer satisfaction degree.

Keywords： virtual reality； indoor soft decoration； mesh generation； collision detection； local optimization； edge detection； complex parameter conversion

0 引 言

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程速度加快，室內(nèi)裝修受到越來越多人的喜愛，室內(nèi)裝飾完美的呈現(xiàn)，不但能給視覺帶來享受，還能體現(xiàn)生活的品質(zhì)。由于設(shè)計者和客戶文化與理念不同，往往設(shè)計出來的裝飾作品很難滿足客戶要求，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠使室內(nèi)軟裝飾設(shè)計更加合理。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是思想文化革新，通過計算機(jī)藝術(shù)形式能夠?qū)⒚缹W(xué)與空間藝術(shù)完美的結(jié)合，直觀影響展現(xiàn)給客戶[1]。

由于傳統(tǒng)設(shè)計方法存在設(shè)計耗費(fèi)時間長、質(zhì)量差等問題，很難達(dá)到用戶對于軟裝飾的高標(biāo)準(zhǔn)需求。基于此現(xiàn)象，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對軟裝飾設(shè)計進(jìn)行了分析。通過對室內(nèi)建模、可視化和美觀化不同階段的分析，設(shè)計軟裝飾流程，采用Mesh網(wǎng)格生成算法能夠?qū)?fù)雜參數(shù)轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實技術(shù)擅長的Mesh網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并對局部進(jìn)行優(yōu)化。

實驗結(jié)果表明，該技術(shù)能提高軟裝飾設(shè)計的性能，降低設(shè)計成本，節(jié)省大量時間，提高設(shè)計有效性，滿意程度較高，為室內(nèi)裝飾提供技術(shù)支持。

1 虛擬現(xiàn)實在室內(nèi)軟裝飾設(shè)計中的應(yīng)用

目前現(xiàn)代室內(nèi)裝飾設(shè)計中，除了地面、墻面、天花板和木飾面的硬裝飾之外，還非常重視大件家具、電器的軟裝飾[2]。室內(nèi)軟裝飾設(shè)計流程主要有建模、可視化和美觀化，不同裝飾階段要求，其表達(dá)功能也不一樣，如表1所示。

通過對室內(nèi)建模、可視化和美觀化流程不同階段的分析，設(shè)計軟裝飾流程，如圖1所示。

由圖1可知，使用網(wǎng)格生成算法能夠精準(zhǔn)地分析各種布藝、潔具和櫥柜等軟裝飾的形狀[2]，充分利用可視化方法將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)格需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并使用圖形單元處理進(jìn)行計算，進(jìn)而實現(xiàn)真實的光線跟蹤，使圖像展示都能在每秒鐘達(dá)到流暢的幀數(shù)[3]。重復(fù)實現(xiàn)完整建模工具是具有一定難度的，在復(fù)雜形體虛擬建模的過程中可以使用該工具，將大量3ds MAX格式文件通過插件進(jìn)行導(dǎo)出，直接轉(zhuǎn)換使Mesh格式中的3ds MAX文件格式供其使用。

1.1 Mesh網(wǎng)格生成算法

軟裝飾虛擬設(shè)計需要將復(fù)雜的參數(shù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格算法中需要的數(shù)據(jù)，并將不屬于網(wǎng)格算法中的結(jié)構(gòu)劃分為三種：八叉樹、德勞內(nèi)（Delaunay）、陣線推進(jìn)的三角形網(wǎng)格生成算法[4]。

德勞內(nèi)是由三角結(jié)構(gòu)在各個網(wǎng)格的散點處組成的三角剖分，并由此形成最小角。作為最接近軟裝飾虛擬設(shè)計的德勞內(nèi)，需要將兩個距離較近的三角形構(gòu)造成一個四邊形，并將對角線進(jìn)行兌換，確保六個內(nèi)角值不會增加。該三角網(wǎng)是具有惟一性的，不可能出現(xiàn)與任何網(wǎng)格點共圓的現(xiàn)象，在該三角形網(wǎng)中，外部圓形不會出現(xiàn)與此相關(guān)散點，惟一可能出現(xiàn)的情況就是三點共圓[5]。

德勞內(nèi)的三角剖分對軟裝飾虛擬設(shè)計具有區(qū)域構(gòu)建的惟一性、網(wǎng)格點的接近性、相鄰三角形的最優(yōu)性、三角網(wǎng)排列的最規(guī)則性[6]。為了構(gòu)造三角網(wǎng)，提出局部優(yōu)化過程，使用LOP對三角網(wǎng)進(jìn)行處理，如圖2所示。endprint

在室內(nèi)軟裝飾三維物體數(shù)據(jù)中，經(jīng)過圖2的局部優(yōu)化過程不僅能夠高效地存儲數(shù)據(jù)，還能通過快速遍歷的方法提高真實感的渲染算法。

節(jié)點并不實際存儲于任何數(shù)據(jù)模型中，根據(jù)理想模型，將燈光或者布藝等其他軟裝飾連接在每個節(jié)點上，通過節(jié)點種類和幾何變換信息獲取模型在場景中的位置與大小[7]。

利用數(shù)據(jù)組織的方式能夠節(jié)約存儲空間，并使用同一面墻體在不同虛擬場景中進(jìn)行模擬，位置相同，設(shè)計存儲的幾何數(shù)據(jù)都存在一定的誤差，被多次使用的節(jié)點需要定量刪除、節(jié)點刪除。但是真正模型物體不會被刪除，只有當(dāng)模型引計數(shù)為0時，模型才能被刪除。場景數(shù)據(jù)組織方式不僅能決定數(shù)據(jù)存儲效率，還會影響內(nèi)存管理情況，對碰撞情況進(jìn)行檢測。

1.2 碰撞檢測

為了使同一材質(zhì)之間的縫隙減小，首先需要對材質(zhì)進(jìn)行邊緣檢測，通過對每一個材質(zhì)檢測，能夠確定它們之間的距離[8?9]，檢測各個材質(zhì)之間的距離，將參照對象Oa與Ob之間的距離需要考慮x，y軸，將兩者同一軸之間的距離與規(guī)定距離進(jìn)行比較，如下：

將兩者之間的差值絕對值進(jìn)行比較，獲取差值最小的一軸，再來判斷兩個對象位置關(guān)系，如下：

得到位置關(guān)系之后，改變坐標(biāo)，獲取兩個對象之間的距離，如下：

通過獲取的對象距離，將所有室內(nèi)軟裝飾物體視為場景一部分[10]，物體幾乎都是靜態(tài)，考慮極值點定義上的靜止關(guān)系，將三維問題轉(zhuǎn)化為獨立一維問題，再進(jìn)行組合，完成碰撞檢測。

2 實 驗

2.1 實驗參數(shù)與環(huán)境設(shè)置

選取50個采用虛擬軟裝飾設(shè)計的室內(nèi)，再選取50個采用傳統(tǒng)設(shè)計方法的室內(nèi)，為了說明實驗真實性，采用3ds MAX工具進(jìn)行檢驗，因此需要計算機(jī)配置為：

1） 操作系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實平臺（VRP）支持Windows 2000和Windows XP，如需系統(tǒng)需要應(yīng)及時打上相應(yīng)的補(bǔ)丁。

2） CPU：選擇最低800 MHz的主頻CPU。

3） 內(nèi)存：針對內(nèi)存要選用最低128 MB，硬盤需要使用40 GB以上的。

4） 顯卡：使用DirectX 8.1的顯卡，適合虛擬現(xiàn)實平臺（VRP）運(yùn)行。

2.2 設(shè)計性能結(jié)果與分析

基于虛擬現(xiàn)實在室內(nèi)軟裝飾設(shè)計中可以將材質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行導(dǎo)入，其步驟為：

1） 軟裝飾材質(zhì)文件重新命名：產(chǎn)品ID.jpg；

2） 模型產(chǎn)品導(dǎo)入，填寫數(shù)據(jù)，對文件進(jìn)行命名和預(yù)覽；

3） 模型產(chǎn)品導(dǎo)入，貼圖文件上傳到模型文件目錄中，并預(yù)覽目錄。

進(jìn)入虛擬界面之后，按照操作流程能夠創(chuàng)建室內(nèi)軟裝飾。將傳統(tǒng)設(shè)計方法與本文設(shè)計方法所耗費(fèi)時間進(jìn)行對比，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，當(dāng)實驗次數(shù)為1次時，采用虛擬現(xiàn)實對室內(nèi)軟裝飾進(jìn)行設(shè)計，可觀性所耗費(fèi)時間與傳統(tǒng)方法相比縮短了27 s，而實用性所耗費(fèi)時間與傳統(tǒng)方法相比縮短了3 s；當(dāng)實驗次數(shù)為5次時，采用虛擬現(xiàn)實對室內(nèi)軟裝飾進(jìn)行設(shè)計，可觀性所耗費(fèi)時間與傳統(tǒng)方法相比縮短了36 s，而實用性所耗費(fèi)時間與傳統(tǒng)方法相比縮短了5 s；當(dāng)實驗次數(shù)為50次時，采用虛擬現(xiàn)實對室內(nèi)軟裝飾進(jìn)行設(shè)計，可觀性所耗費(fèi)時間與傳統(tǒng)方法相比縮短了58 s，而實用性所耗費(fèi)時間與傳統(tǒng)方法相比縮短了11 s。

2.3 模糊偏好結(jié)果與分析

為了獲得客戶滿意度調(diào)查結(jié)果的可觀性與真實性，進(jìn)行模糊偏好結(jié)果與分析，并在裝修公司進(jìn)行統(tǒng)計。針對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行計算與匯總，如表3所示。

由表3可知，分類指標(biāo)有燈具、布藝、窗簾等軟裝飾；單項指標(biāo)是對各個軟裝飾產(chǎn)品評價。傳統(tǒng)設(shè)計中，客戶對于分類指標(biāo)與單項指標(biāo)滿意程度為7%左右，中立態(tài)度為36%左右，不滿意程度高達(dá)57%左右。改進(jìn)設(shè)計中，客戶對于分類指標(biāo)與單項指標(biāo)滿意程度為68%左右，中立態(tài)度為12%左右，不滿意程度高達(dá)20%左右?？蛻魧τ谔摂M現(xiàn)實方法設(shè)計室內(nèi)軟裝飾滿意程度較高。

3 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)廣泛應(yīng)用給人們生活帶來了巨大影響，尤其是在裝修方面。傳統(tǒng)設(shè)計方法存在設(shè)計耗費(fèi)時間長、質(zhì)量差等問題，很難達(dá)到用戶對于軟裝飾的需求，為此利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠設(shè)計出質(zhì)量良好、環(huán)保意識較強(qiáng)的產(chǎn)品。

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