基于三维视觉的室内景观虚拟设计方法研究

靳鸽

摘 要： 为了提高室内景观虚拟设计的逼真效果，改善室内景观虚拟设计的合理性，进而指导室内装修和平面设计，提出一种基于三维视觉的室内景观虚拟设计方法。采用Multigen Creator三维建模技术进行室内景观的虚拟重建，构建室内景观虚拟设计的平面图像，采用边缘相关性种子点匹配方法进行室内景观虚拟图像的特征分割和像素分解。结合室内景观图像的设计关键点与轮廓信息优化配准方法进行三维视觉的重构，通过自适应跟踪渲染技术提高室内景观平面设计的逼真度和空间利用效率。仿真结果表明，采用该方法进行室内景观虚拟设计，视觉效果和景观的色彩融合性较好，具有较好的指导价值。

关键词： 三维视觉； 室内景观； 虚拟设计； Multigen Creator

中图分类号： TN911.73?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）24?0112?03

Abstract： In order to improve the realistic effect of the indoor scenery virtual design， perfect the rationality of the indoor scenery virtual design， and then guide the indoor decoration and graphic design， an indoor scenery virtual design method based on 3D vision is proposed. The Multigen Creator 3D modeling technology is used to perform the virtual reconstruction of the indoor scenery， and construct the planar image of the indoor scenery virtual design. The edge correlation seed point matching method is used to perform the feature segmentation and pixel decomposition for the indoor scenery virtual image， and combined with the key points of the indoor scenery image design and contour information registration method for 3D visual reconstruction. The fidelity of the indoor scenery planar design and space utilization efficiency are improved by means of the adaptive tracking rendering technology. The simulation results show that the method used for indoor scenery virtual design has high visual effect， perfect integration of scenery colors， and high guidance value.

Keywords： 3D vision； indoor scenery； virtual design； Multigen Creator

隨着虚拟现实以及图像处理技术的发展，可采用虚拟视觉图像的三维重构方法进行室内景观设计，提高了室内景观设计的美感和视觉表达能力[1]。对室内景观的三维视觉重建，能改善家居生活质量，对提高家居装修设计的有效性和实用性方面具有积极重要意义[2]。对此提出基于三维视觉的室内景观虚拟设计方法。采用Multigen Creator三维建模技术进行景观三维视觉重构，并结合图像处理方法实现室内景观的优化设计。

1 室内景观设计的三维视觉图形分析与处理

1.1 室内景观设计的三维视觉图像重建

构造室内景观虚拟视觉设计的图像采集模型，以单个像素点作为待匹配点，构造室内景观3D图像分块的匹配滤波模型。假设采用室内景观的3D代用室内景观虚拟重构图像进行图像虚拟重构，由此获得室内景观虚拟重构图像的像素点的边缘轮廓特征量，表示为，构造室内景观虚拟图像的角点分布雅克比矩阵可以表示为：

根据直方图分解方法[3?4]，得到室内景观虚拟设计的区域属性块矩阵表示为：

以连续3D重构的图像像素分布区域为室内景观虚拟图像三维重构的种子点，进行室内景观设计的三维视觉图像重建，为进行室内景观的虚拟设计提供的图像数据输入基础。

1.2 边缘相关性种子点匹配

采用边缘相关性种子点匹配方法进行室内景观虚拟图像的特征分割和像素分解。假设虚拟重建的三维像素分布坐标系是，均匀遍历室内景观3D图像在不规则三角网的中心矩L，在中心矩上进行角点检测和特征匹配，采用图像的动态特征融合方法[5]，得到室内景观虚拟图像的边缘相关性种子点匹配的判决条件式描述为：当>时，=+1；当<时，=-1；当=时，=+0。

对室内景观虚拟重构图像进行区域属性块分割，得到三维虚拟设计的稀疏向量集的终值，利用参数，对室内景观图形渲染点进行自相关匹配和特征分割，迭代式记为：

假设每帧扫描的激光室内景观成像的关联像素值大小相同，为，对种子点附近的属性集进行角点检测和渲染跟踪融合处理，得到室内景观三维视觉成像的单个像素点的融合跟踪点迹描述为：

通过对室内景观成像的色差对比和色彩矫正，结合像素融合滤波方法，进行图像的边缘相关性种子点匹配，提高成像的清晰度。endprint

2 室内景观虚拟设计实现

通过三维像素帧差扫描技术得到室内景观成像的同形变换式为：

采用Gabor小波变换获取室内景观的底层数据分布特征信息[6]，Gabor小波变换的基函数描述为：

结合像素分布密度大小关系进行图像的三维重构，得到室内景观三维虚拟设计的视觉图像输出为：

式中：为室内景观成像在方向的像素值；为室内景观成像在小波域尺度平面内的统计分布；为直方图分布幅值所对应的特征向量[7]。

得到室内景观图像的设计关键点与轮廓信息优化配准的匹配式为：

通过自适应跟踪渲染技术，输出室内景观成像的信息融合结果为：

在三维视觉成像模板中，得到室内景观的三维视觉色差的动态特征融合结果为：

式中：为景观空间分布的轮廓域块数目；为室内景观设计的色彩调和加权系数。通过上述设计方案，结合自适应跟踪渲染技术以提高室内景观平面设计的逼真度。

3 视景仿真实验

实验中采用Multigen Creator三维建模工具进行室内景观实体图形的多边形建模、矢量建模和色彩建模。采用SoftImage，LightWave3D软件进行室内景观虚拟视景设计中的色差渲染。根据复杂的材质效果、逼真的光线追踪效果设计出质感极强的室内景观虚拟画面效果，并通过艺术表达形式呈现。在室内景观三维视觉图像处理中，场景的宽度，采样像素值为240×260，采用540×580像素大小的样本序列作为测试样本，室内景观三维虚拟成像的最低分辨率为320×320，参数，，及分別取10，6，4.5，120，得到室内景观的水墨初始渲染结果如图1所示。

采用本文方法进行景观设计的色彩融合，结合室内景观图像的设计关键点与轮廓信息优化配准方法进行三维视觉的重构，得到室内景观虚拟设计的平面图像见图2。进一步通过自适应跟踪渲染技术提高室内景观平面设计的逼真度，得到最后的设计效果图见图3。

对比图2、图3结果得知，采用本文方法进行室内景观虚拟设计，设计效果较好，逼真度较高，景观的色彩融合性较好。

4 结 语

本文提出一种基于三维视觉的室内景观虚拟设计方法。采用三维建模技术进行室内景观的虚拟重建，构建室内景观虚拟设计的平面图像。采用边缘相关性种子点匹配方法进行室内景观虚拟图像的特征分割和像素分解，结合室内景观图像的设计关键点与轮廓信息优化配准方法进行三维视觉的重构，通过自适应跟踪渲染技术提高室内景观平面设计的逼真度和空间利用效率。研究表明，采用该方法进行室内景观虚拟设计，设计的视觉效果较好，景观的色彩融合性较高，在家装设计中具有很好的应用价值。

参考文献

[1] YIN M， LIU W， ZHAO X， et al. Image denoising using trivariate prior model in nonsubsampled dual?tree complex contourlet transform domain and non?local means filter in spatial domain [J]. Optik?international journal for light and electron optics， 2013， 124（24）： 6896?6904.

[2] 谢军昱，许杨剑，王效贵. 基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量[J].激光技术，2016，40（6）：866?870.

[3] 曹健，李海生，蔡强.图像目标的特征提取技术研究[J].计算机仿真，2013，30（1）：409?413.

[4] 曾文权，何拥军，崔晓坤.基于各向异性滤波和空间FCM的MRI图像分割方法[J].计算机应用研究，2014，31（1）：316?320.

[5] 蔡自兴，彭梦，余伶俐.基于时序特性的自适应增量主成分分析的视觉跟踪[J].电子与信息学报，2015，37（11）：2571?2577.

[6] 王晨，汤心溢，高思莉.基于人眼视觉的红外图像增强算法研究[J].激光与红外，2017，47（1）：114?118.

[7] 万芳.二维提升小波算法在实时图像处理中的应用及FPGA实现[J].激光杂志，2015，36（8）：36?40.endprint