CN108416700A - 一种基于ar虚拟现实技术的室内装修设计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于室内装修技术领域,公开了一种基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统,所述基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统包括:图像采集模块、图像分析模块、样式选择模块、数据处理模块、存储模块、三维图形生成模块、模块化编辑模块、AR呈现模块。本发明通过交互模块三维模型会根据用户手指位移移动,丰富了显示3d模型图像与用、户交互方式,且交互操作简单,增加操作易用性;同时本发明通过AR呈现模块不仅采用虚拟现实技术对室内的装修风格进行逼真形象的预先设计和展示,让用户可以在预先得到更真实的室内居住感受,同时在装修过程中还可以进行进一步的改进。
Description
技术领域
本发明属于室内装修技术领域,尤其涉及一种基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统。
背景技术
室内装修包括房间设计、装修、家具布置及各种小装点。偏重于建筑物里面的装修建设,不仅在装修设计施工期间,还包括住进去之后长期的不断装饰。另外应逐渐树立“轻装修、重装饰”的概念。装修时,使用的材料越多、越复杂,污染物可能越多。然而,现有的装修设计交互方式单一;同时不能不能逼真形象的展示,体验不佳。
综上所述,现有技术存在的问题是:现有的室内装修设计交互方式单一;同时不能不能逼真形象的展示,体验不佳。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统。
本发明是这样实现的,一种基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统包括:
图像采集模块,与数据处理模块连接,用于待装修的屋内的采光信息、室内方位信息和原有设备信息进行采集和记录,并将采集到的信息传递至数据处理模块;
图像分析模块,与数据处理模块连接,用于根据的房间图像,分析当前房间图像的光影特征,分析得出房间墙壁、地面和天花板以及相交边界;分析房间中墙壁、地面和天花板的尺寸;
所述图像分析模块将背景样本数据由原始空间变换到高维空间具体包括:
(1)将原始数据分为研究样本和背景样本,背景样本个数为N,背景样本点为x01,x02,…,x0n,…,x0N,其中每个样本点包括Q维数据,第i个样本数据为一行向量x0i=[x0i1,x0i2,…,x0iq,…,x0iQ];
(2)对每一个背景样本数据点x0i,计算它与所有背景样本数据点的欧氏距离平方,得到:di,1,di,2,…,di,n,…,di,N,其中di,n=||x0i-x0n||2 2=(x0i1-x0n1)2+(x0i2-x0n2)2+…+(x0iq-x0nq)2+…+(x0iQ-x0nQ)2,(1≤i≤N,1≤n≤N),式中||x0i-x0n||2表示(x0i-x0n)的L2范数,最终得到背景样本的N维空间样本数据:
样式选择模块,与数据处理模块连接,用于选择不同风格的装修样式操作;
数据处理模块,与图像采集模块、图像分析模块、样式选择模块、存储模块、三维图形生成模块、模块化编辑模块、AR呈现模块连接,用于将图像采集模块、图像分析模块、样式选择模块传递而来的数据信息进行处理分析;
所述三维图形生成模块的色彩显示,包括以下步骤:
步骤一,对于高光谱图像数据的每个像素,由各谱段的灰度值计算出辐亮度值,并进行归一化构成一条光谱曲线;
步骤二,针对每个像素在步骤一所获的光谱曲线,采用Savitzky-Golay滤波器进行平滑处理,在保留较多曲线特征的基础上消除光谱噪声,得到各像素平滑后的光谱曲线
步骤三,将步骤二所获各像素平滑后的光谱曲线结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数采用下式计算得CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(X,Y,Z),其中Δλ是成像光谱仪器的光谱采样间隔;
步骤四,根据标准照明体D65的三刺激值(XD65,YD65,ZD65),通过下式将步骤三所获每个像素的CIEXYZ三刺激值转换至均匀色彩感知空间CIEL*C*h*,获得三个色彩感知参量,即明度彩度及色调h1;
其中,
XD65=95.047,YD65=100,ZD65=108.883;
步骤五,设置明度系数kL、彩度系数kC和色调系数kh的取值,通过下式调制步骤四所获各像素的明度彩度及色调h1,得到调制后的色彩感知参量,即明度彩度及色调h2,使可视化效果满足保真复现需求,则kL=kC=1,kh=0,改变kL实现调节图像明暗的需求,改变kC实现调节图像鲜艳程度的需求,改变kh实现调节图像白平衡的需求;
步骤六,根据显示设备的白点三刺激值(XW,YW,ZW),通过下式,将步骤五所获各像素的明度彩度及色调h2转换至在显示设备上待显示的CIEXYZ值(X',Y',Z');
步骤七,根据显示设备红、绿、蓝三通道的原色三刺激值(XRmax,YRmax,ZRmax)、(XGmax,YGmax,ZGmax、(XBmax,YBmax,ZBmax)结合三通道的伽马系数γR、γG、γB,建立起如下式的特征化模型,通过特征化模型,步骤六所获各像素的CIEXYZ值(X',Y',Z')计算至对应的数字驱动值(dR,dG,dB),即完成了高光谱图像的色彩可视化,其中N是显示设备单通道的存储位数;
所述数据处理模块生成高维空间的目标样本数据具体包括:
(1)按维度分别统计背景样本的高维空间变换中N个数据的直方图,将直方图的每一维数据等分为h个区间;
(2)统计每一个区间的样本计数,记为yt,yt为一行向量,表示背景样本高维空间变换中第t维数据的每个区间的样本计数,对该维数据的区间样本计数yt除所有区间中样本个数的最大值进行归一化
(3)归一化后的区间样本计数yt'进行求补和标准化处理,得到目标样本的概率分布
(4)计算该维数据中每个区间要生成的目标样本数据点的个数kt=M×pt,kt为一行向量,表示第t维每个区间生成数据的计数,M表示要生成数据点的个数,在每个区间内按照均匀分布随机生成kt个数据点,并将生成的目标样本数据记录为l1,t,l2,t,…,lm,t,…,lM,t;
(5)对背景样本的高维空间变换中每一维样本数据进行上述过程,生成要扩增的M个数据点的高维空间的各维样本数据,对其按维度进行内部随机打乱得到扩增数据的高维空间样本数据:
存储模块,与数据处理模块连接,用于对图像采集模块、图像分析模块采集的信息进行存储;
三维图形生成模块,与数据处理模块连接,用于获取家具、家装的多个方向的平面图像,由数据处理模块拟合生成家具、家装的三维图形;
所述三维图形生成模块进行矩形分割算法具体方法如下:
步骤一,图像发送端首先获得屏幕的分辨率,得到列扫描的范围0~C和行扫描的范围0~R;
步骤二,发送端将当前帧图像保存区的数据保存到前一帧图像缓冲区;截获当前的屏幕位图数据并保存在当前帧图像缓冲区;
步骤三,发送端首先初始化变化矩形区域左上角坐标和右下角坐标为(0,0),下次扫描起点坐标为(0,0),行无变化标识为true,更新列扫描的范围和行扫描的范围;
步骤四,判断是否在行扫描范围内,不在,跳转到步骤十;
步骤五,判断是否在列扫描范围内,不在,跳转到步骤八;在列扫描范围内采用隔列直接比较法对当前采样点进行检测;值不同,首先将行无变化标识设置为false,然后判断是否是检测到的第一个变化采样点,是将采样点坐标作为变化矩形区域的左上角坐标,不是第一个变化采样点,将矩形右下角的坐标和该点的坐标比较并取最大值作为新的矩形右下角坐标,再判断该采样点是否是本行第一个变化采样点,是就将该采样点的纵坐标同矩形左上角的纵坐标进行比较并取最小值更新变化矩形区域的左上角坐标;值相同,需要判断行无变化标识是否为false,如果是false,记录坐标作为下次扫描的起点,检测到是最后一列采样点,将最后一列采样点坐标作为下次扫描的起点,跳转到步骤七;
步骤六,把列坐标右移N列,跳转到步骤五检测下一个采样点;
步骤七,本行检测完毕,将本行的下次扫描起点坐标与上一行记录的下次扫描起点坐标比较,并取最大值作为新的下次扫描起点坐标,行号加1,跳转到步骤四从下一行从头开始从左到右检测;
步骤八,判断行无变化标识是否为true且变化矩形区域左上角坐标不为(0,0),不是true,行号加1,跳转到步骤四;是true,则表明整行无不同像素点,得到了一个变化的矩形区域块;得到的变化矩形区域块左上角纵坐标向左移动N列,右下角纵坐标向右移动N列以包含图像边界信息;
步骤九,记录检测出的变化矩形区域坐标和相对应的下次扫描起点坐标,判断当前列扫描的范围是否0~C且行扫描的范围是否0~R,是,设置标识表明当前检测出的变化矩形区域标识是第一次检测出的,然后行号加1跳转到步骤四从下一行开始检测下一个变化的矩形区域块;直到检测超出行扫描的范围;
步骤十,本次检测完毕后,对本次检测中所有的下次扫描起点进行处理,计算出下次扫描范围的集合;首先检查本次检测出的第一个下次扫描起点的纵坐标是否比最后一列采样点的纵坐标小,不是,该区域检测完成,检测下一个下次扫描起点的纵坐标;是,以第一次检测出的变化矩形区域左上角的横坐标为横坐标,以当前变化矩形区域相关的下次扫描起点坐标的纵坐标为纵坐标,生成一个下次扫描范围的左上角坐标;以第一次检测出的变化矩形区域右下角的横坐标为横坐标,以屏幕的最大列数C为纵坐标生成一个下次扫描范围的右下角坐标;接着处理第二个下次扫描起点,直到本次检测中所有的下次扫描起点都被处理为止;
步骤十一,检测下次扫描范围集合中所有的扫描区域,首先基于下次扫描范围集合中第一个扫描区域的宽度和高度,生成行扫描和列扫描的范围,重复步骤三到步骤十检测第一个扫描区域中变化的矩形区域块,接着处理第二个扫描区域,直到下次扫描范围集合中所有的扫描区域都被检测为止;
步骤十二,重复步骤十到步骤十一,得到下一次扫描范围的变化矩形区域块,直到所有的下次扫描起点的纵坐标大于或等于最后一列采样点的纵坐标,整个屏幕检测完毕;
步骤十三,得到了所有该帧图像相对于前一帧图像变化的面积最小的不重叠矩形区域的集合,检查该集合中的矩形区域,两个矩形其左上角纵坐标和右下角纵坐标相同,且一个矩形的右下角横坐标与另一个矩形左上角横坐标相邻,合并为一个矩形,然后再压缩并发送矩形区域的集合所包含的图像数据及对应坐标到客户端;
步骤十四,图像接收端将接收的数据减压后基于每个矩形区域图像数据及对应坐标整合至前一帧图像中并显示;
步骤十五,每隔T秒重复步骤二到步骤十四,根据应用场景的不同和带宽的要求,对间隔时间T做调整;
模块化编辑模块,与数据处理模块连接,用于进行编辑和组建完成室内装修风格的设计;
AR呈现模块,与数据处理模块连接,用于接收数据处理模块传送的模块化编辑模块模拟化室内预装修的图像信息,对模拟化的室内装修图像视频进行虚拟现实展示。
进一步,所述模块化编辑模块编辑方法如下:
首先,接收图像采集模块传送的数据对室内的原有的景物信息和环境信息进行模块化编辑;
其次,根据室内原有的条件信息对该室内的装修风格和装修体系进行设计;
然后,根据设计的需要对室内添加的装修设施进行模块化编辑再进行模块重组;
最后,用户在模块化编辑模块内对多个模块进行编辑和组建完成室内装修风格的设计。
进一步,所述AR呈现模块包括用于跟踪观看者眼球转动位置信息的跟踪器,跟踪器获取需要展示的视频图像与当前空间下的坐标关系、观察者所属的空间与当前虚拟空间的坐标关系、当前的三维场景中每一个建筑模块在实际的世界坐标系的位置、并通过矩阵变换得到观察者相对每一个建筑模块的位置关系从而建立虚拟信息的虚拟视点,将三维虚拟诱导信息与真实场景结合到一起通过3D视频方式传送给观察者。
本发明通过交互模块三维模型会根据用户手指位移移动,丰富了显示3d模型图像与用、户交互方式,且交互操作简单,增加操作易用性;同时本发明通过AR呈现模块不仅采用虚拟现实技术对室内的装修风格进行逼真形象的预先设计和展示,让用户可以在预先得到更真实的室内居住感受,同时在装修过程中还可以进行进一步的改进。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统结构示意图;
图中:1、图像采集模块;2、图像分析模块;3、样式选择模块;4、数据处理模块;5、存储模块;6、三维图形生成模块;7、模块化编辑模块;8、AR呈现模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示,本发明实施例提供的基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统包括:图像采集模块1、图像分析模块2、样式选择模块3、数据处理模块4、存储模块5、三维图形生成模块6、模块化编辑模块7、AR呈现模块8。
图像采集模块1,与数据处理模块4连接,用于待装修的屋内的采光信息、室内方位信息和原有设备信息进行采集和记录,并将采集到的信息传递至数据处理模块4;
图像分析模块2,与数据处理模块4连接,用于根据的房间图像,分析当前房间图像的光影特征,分析得出房间墙壁、地面和天花板以及相交边界;分析房间中墙壁、地面和天花板的尺寸;
样式选择模块3,与数据处理模块4连接,用于选择不同风格的装修样式操作;
数据处理模块4,与图像采集模块1、图像分析模块2、样式选择模块3、存储模块5、三维图形生成模块6、模块化编辑模块7、AR呈现模块8连接,用于将图像采集模块1、图像分析模块2、样式选择模块3传递而来的数据信息进行处理分析;
存储模块5,与数据处理模块4连接,用于对图像采集模块1、图像分析模块2采集的信息进行存储;
三维图形生成模块6,与数据处理模块4连接,用于获取家具、家装的多个方向的平面图像,由数据处理模块4拟合生成家具、家装的三维图形;
模块化编辑模块7,与数据处理模块4连接,用于进行编辑和组建完成室内装修风格的设计;
AR呈现模块8,与数据处理模块4连接,用于接收数据处理模块4传送的模块化编辑模块模拟化室内预装修的图像信息,对模拟化的室内装修图像视频进行虚拟现实展示。
所述图像分析模块将背景样本数据由原始空间变换到高维空间具体包括:
(1)将原始数据分为研究样本和背景样本,背景样本个数为N,背景样本点为x01,x02,…,x0n,…,x0N,其中每个样本点包括Q维数据,第i个样本数据为一行向量x0i=[x0i1,x0i2,…,x0iq,…,x0iQ];
(2)对每一个背景样本数据点x0i,计算它与所有背景样本数据点的欧氏距离平方,得到:di,1,di,2,…,di,n,…,di,N,其中di,n=||x0i-x0n||2 2=(x0i1-x0n1)2+(x0i2-x0n2)2+…+(x0iq-x0nq)2+…+(x0iQ-x0nQ)2,(1≤i≤N,1≤n≤N),式中||x0i-x0n||2表示(x0i-x0n)的L2范数,最终得到背景样本的N维空间样本数据:
所述三维图形生成模块的色彩显示,包括以下步骤:
步骤一,对于高光谱图像数据的每个像素,由各谱段的灰度值计算出辐亮度值,并进行归一化构成一条光谱曲线;
步骤二,针对每个像素在步骤一所获的光谱曲线,采用Savitzky-Golay滤波器进行平滑处理,在保留较多曲线特征的基础上消除光谱噪声,得到各像素平滑后的光谱曲线
步骤三,将步骤二所获各像素平滑后的光谱曲线结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数采用下式计算得CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(X,Y,Z),其中Δλ是成像光谱仪器的光谱采样间隔;
步骤四,根据标准照明体D65的三刺激值(XD65,YD65,ZD65),通过下式将步骤三所获每个像素的CIEXYZ三刺激值转换至均匀色彩感知空间CIEL*C*h*,获得三个色彩感知参量,即明度彩度及色调h1;
其中,
XD65=95.047,YD65=100,ZD65=108.883;
步骤五,设置明度系数kL、彩度系数kC和色调系数kh的取值,通过下式调制步骤四所获各像素的明度彩度及色调h1,得到调制后的色彩感知参量,即明度彩度及色调h2,使可视化效果满足保真复现需求,则kL=kC=1,kh=0,改变kL实现调节图像明暗的需求,改变kC实现调节图像鲜艳程度的需求,改变kh实现调节图像白平衡的需求;
步骤六,根据显示设备的白点三刺激值(XW,YW,ZW),通过下式,将步骤五所获各像素的明度彩度及色调h2转换至在显示设备上待显示的CIEXYZ值(X',Y',Z');
步骤七,根据显示设备红、绿、蓝三通道的原色三刺激值(XRmax,YRmax,ZRmax)、(XGmax,YGmax,ZGmax、(XBmax,YBmax,ZBmax)结合三通道的伽马系数γR、γG、γB,建立起如下式的特征化模型,通过特征化模型,步骤六所获各像素的CIEXYZ值(X',Y',Z')计算至对应的数字驱动值(dR,dG,dB),即完成了高光谱图像的色彩可视化,其中N是显示设备单通道的存储位数;
所述数据处理模块生成高维空间的目标样本数据具体包括:
(1)按维度分别统计背景样本的高维空间变换中N个数据的直方图,将直方图的每一维数据等分为h个区间;
(2)统计每一个区间的样本计数,记为yt,yt为一行向量,表示背景样本高维空间变换中第t维数据的每个区间的样本计数,对该维数据的区间样本计数yt除所有区间中样本个数的最大值进行归一化
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(4)计算该维数据中每个区间要生成的目标样本数据点的个数kt=M×pt,kt为一行向量,表示第t维每个区间生成数据的计数,M表示要生成数据点的个数,在每个区间内按照均匀分布随机生成kt个数据点,并将生成的目标样本数据记录为l1,t,l2,t,…,lm,t,…,lM,t;
(5)对背景样本的高维空间变换中每一维样本数据进行上述过程,生成要扩增的M个数据点的高维空间的各维样本数据,对其按维度进行内部随机打乱得到扩增数据的高维空间样本数据:
所述三维图形生成模块进行矩形分割算法具体方法如下:
步骤一,图像发送端首先获得屏幕的分辨率,得到列扫描的范围0~C和行扫描的范围0~R;
步骤二,发送端将当前帧图像保存区的数据保存到前一帧图像缓冲区;截获当前的屏幕位图数据并保存在当前帧图像缓冲区;
步骤三,发送端首先初始化变化矩形区域左上角坐标和右下角坐标为(0,0),下次扫描起点坐标为(0,0),行无变化标识为true,更新列扫描的范围和行扫描的范围;
步骤四,判断是否在行扫描范围内,不在,跳转到步骤十;
步骤五,判断是否在列扫描范围内,不在,跳转到步骤八;在列扫描范围内采用隔列直接比较法对当前采样点进行检测;值不同,首先将行无变化标识设置为false,然后判断是否是检测到的第一个变化采样点,是将采样点坐标作为变化矩形区域的左上角坐标,不是第一个变化采样点,将矩形右下角的坐标和该点的坐标比较并取最大值作为新的矩形右下角坐标,再判断该采样点是否是本行第一个变化采样点,是就将该采样点的纵坐标同矩形左上角的纵坐标进行比较并取最小值更新变化矩形区域的左上角坐标;值相同,需要判断行无变化标识是否为false,如果是false,记录坐标作为下次扫描的起点,检测到是最后一列采样点,将最后一列采样点坐标作为下次扫描的起点,跳转到步骤七;
步骤六,把列坐标右移N列,跳转到步骤五检测下一个采样点;
步骤七,本行检测完毕,将本行的下次扫描起点坐标与上一行记录的下次扫描起点坐标比较,并取最大值作为新的下次扫描起点坐标,行号加1,跳转到步骤四从下一行从头开始从左到右检测;
步骤八,判断行无变化标识是否为true且变化矩形区域左上角坐标不为(0,0),不是true,行号加1,跳转到步骤四;是true,则表明整行无不同像素点,得到了一个变化的矩形区域块;得到的变化矩形区域块左上角纵坐标向左移动N列,右下角纵坐标向右移动N列以包含图像边界信息;
步骤九,记录检测出的变化矩形区域坐标和相对应的下次扫描起点坐标,判断当前列扫描的范围是否0~C且行扫描的范围是否0~R,是,设置标识表明当前检测出的变化矩形区域标识是第一次检测出的,然后行号加1跳转到步骤四从下一行开始检测下一个变化的矩形区域块;直到检测超出行扫描的范围;
步骤十,本次检测完毕后,对本次检测中所有的下次扫描起点进行处理,计算出下次扫描范围的集合;首先检查本次检测出的第一个下次扫描起点的纵坐标是否比最后一列采样点的纵坐标小,不是,该区域检测完成,检测下一个下次扫描起点的纵坐标;是,以第一次检测出的变化矩形区域左上角的横坐标为横坐标,以当前变化矩形区域相关的下次扫描起点坐标的纵坐标为纵坐标,生成一个下次扫描范围的左上角坐标;以第一次检测出的变化矩形区域右下角的横坐标为横坐标,以屏幕的最大列数C为纵坐标生成一个下次扫描范围的右下角坐标;接着处理第二个下次扫描起点,直到本次检测中所有的下次扫描起点都被处理为止;
步骤十一,检测下次扫描范围集合中所有的扫描区域,首先基于下次扫描范围集合中第一个扫描区域的宽度和高度,生成行扫描和列扫描的范围,重复步骤三到步骤十检测第一个扫描区域中变化的矩形区域块,接着处理第二个扫描区域,直到下次扫描范围集合中所有的扫描区域都被检测为止;
步骤十二,重复步骤十到步骤十一,得到下一次扫描范围的变化矩形区域块,直到所有的下次扫描起点的纵坐标大于或等于最后一列采样点的纵坐标,整个屏幕检测完毕;
步骤十三,得到了所有该帧图像相对于前一帧图像变化的面积最小的不重叠矩形区域的集合,检查该集合中的矩形区域,两个矩形其左上角纵坐标和右下角纵坐标相同,且一个矩形的右下角横坐标与另一个矩形左上角横坐标相邻,合并为一个矩形,然后再压缩并发送矩形区域的集合所包含的图像数据及对应坐标到客户端;
步骤十四,图像接收端将接收的数据减压后基于每个矩形区域图像数据及对应坐标整合至前一帧图像中并显示;
步骤十五,每隔T秒重复步骤二到步骤十四,根据应用场景的不同和带宽的要求,对间隔时间T做调整;
本发明提供的模块化编辑模块7编辑方法如下:
首先,接收图像采集模块传送的数据对室内的原有的景物信息和环境信息进行模块化编辑;
其次,根据室内原有的条件信息对该室内的装修风格和装修体系进行设计;
然后,根据设计的需要对室内添加的装修设施进行模块化编辑再进行模块重组;
最后,用户在模块化编辑模块内对多个模块进行编辑和组建完成室内装修风格的设计。
本发明提供的AR呈现模块8包括用于跟踪观看者眼球转动位置信息的跟踪器,跟踪器获取需要展示的视频图像与当前空间下的坐标关系、观察者所属的空间与当前虚拟空间的坐标关系、当前的三维场景中每一个建筑模块在实际的世界坐标系的位置、并通过矩阵变换得到观察者相对每一个建筑模块的位置关系从而建立虚拟信息的虚拟视点,将三维虚拟诱导信息与真实场景结合到一起通过3D视频方式传送给观察者。
本发明通过图像采集模块1将待装修的屋内的采光信息、室内方位信息和原有设备信息进行采集和记录,并将采集到的信息传递至数据处理模块4;通过图像分析模块2分析当前房间图像的光影特征,分析得出房间墙壁、地面和天花板以及相交边界;分析房间中墙壁、地面和天花板的尺寸;用户通过样式选择模块3选择不同风格的装修样式操作,并发送给数据处理模块4进行处理分析;然后,通过存储模块5,与数据处理模块4将图像采集模块1、图像分析模块2采集的信息进行存储;接着,由三维图形生成模块6生成家具、家装的三维图形;用户通过模块化编辑模块7进行编辑和组建完成室内装修风格的设计;最后,通过AR呈现模块8对模拟化的室内装修图像视频进行虚拟现实展示。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统,其特征在于,所述基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统包括:
图像采集模块,与数据处理模块连接,用于待装修的屋内的采光信息、室内方位信息和原有设备信息进行采集和记录,并将采集到的信息传递至数据处理模块;
图像分析模块,与数据处理模块连接,用于根据的房间图像,分析当前房间图像的光影特征,分析得出房间墙壁、地面和天花板以及相交边界;分析房间中墙壁、地面和天花板的尺寸;
所述图像分析模块将背景样本数据由原始空间变换到高维空间具体包括:
(1)将原始数据分为研究样本和背景样本,背景样本个数为N,背景样本点为x01,x02,…,x0n,…,x0N,其中每个样本点包括Q维数据,第i个样本数据为一行向量x0i=[x0i1,x0i2,…,x0iq,…,x0iQ];
(2)对每一个背景样本数据点x0i,计算它与所有背景样本数据点的欧氏距离平方,得到:di,1,di,2,…,di,n,…,di,N,其中di,n=||x0i-x0n||2 2=(x0i1-x0n1)2+(x0i2-x0n2)2+…+(x0iq-x0nq)2+…+(x0iQ-x0nQ)2,(1≤i≤N,1≤n≤N),式中||x0i-x0n||2表示(x0i-x0n)的L2范数,最终得到背景样本的N维空间样本数据:
样式选择模块,与数据处理模块连接,用于选择不同风格的装修样式操作;
数据处理模块,与图像采集模块、图像分析模块、样式选择模块、存储模块、三维图形生成模块、模块化编辑模块、AR呈现模块连接,用于将图像采集模块、图像分析模块、样式选择模块传递而来的数据信息进行处理分析;
所述三维图形生成模块的色彩显示,包括以下步骤:
步骤一,对于高光谱图像数据的每个像素,由各谱段的灰度值计算出辐亮度值,并进行归一化构成一条光谱曲线;
步骤二,针对每个像素在步骤一所获的光谱曲线,采用Savitzky-Golay滤波器进行平滑处理,在保留较多曲线特征的基础上消除光谱噪声,得到各像素平滑后的光谱曲线
步骤三,将步骤二所获各像素平滑后的光谱曲线结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数采用下式计算得CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(X,Y,Z),其中Δλ是成像光谱仪器的光谱采样间隔;
步骤四,根据标准照明体D65的三刺激值(XD65,YD65,ZD65),通过下式将步骤三所获每个像素的CIEXYZ三刺激值转换至均匀色彩感知空间CIEL*C*h*,获得三个色彩感知参量,即明度彩度及色调h1;
其中,
XD65=95.047,YD65=100,ZD65=108.883;
步骤五,设置明度系数kL、彩度系数kC和色调系数kh的取值,通过下式调制步骤四所获各像素的明度彩度及色调h1,得到调制后的色彩感知参量,即明度彩度及色调h2,使可视化效果满足保真复现需求,则kL=kC=1,kh=0,改变kL实现调节图像明暗的需求,改变kC实现调节图像鲜艳程度的需求,改变kh实现调节图像白平衡的需求;
步骤六,根据显示设备的白点三刺激值(XW,YW,ZW),通过下式,将步骤五所获各像素的明度彩度及色调h2转换至在显示设备上待显示的CIEXYZ值(X',Y',Z');
步骤七,根据显示设备红、绿、蓝三通道的原色三刺激值(XRmax,YRmax,ZRmax)、(XGmax,YGmax,ZGmax、(XBmax,YBmax,ZBmax)结合三通道的伽马系数γR、γG、γB,建立起如下式的特征化模型,通过特征化模型,步骤六所获各像素的CIEXYZ值(X',Y',Z')计算至对应的数字驱动值(dR,dG,dB),即完成了高光谱图像的色彩可视化,其中N是显示设备单通道的存储位数;
所述数据处理模块生成高维空间的目标样本数据具体包括:
(1)按维度分别统计背景样本的高维空间变换中N个数据的直方图,将直方图的每一维数据等分为h个区间;
(2)统计每一个区间的样本计数,记为yt,yt为一行向量,表示背景样本高维空间变换中第t维数据的每个区间的样本计数,对该维数据的区间样本计数yt除所有区间中样本个数的最大值进行归一化
(3)归一化后的区间样本计数yt'进行求补和标准化处理,得到目标样本的概率分布
(4)计算该维数据中每个区间要生成的目标样本数据点的个数kt=M×pt,kt为一行向量,表示第t维每个区间生成数据的计数,M表示要生成数据点的个数,在每个区间内按照均匀分布随机生成kt个数据点,并将生成的目标样本数据记录为l1,t,l2,t,…,lm,t,…,lM,t;
(5)对背景样本的高维空间变换中每一维样本数据进行上述过程,生成要扩增的M个数据点的高维空间的各维样本数据,对其按维度进行内部随机打乱得到扩增数据的高维空间样本数据:
存储模块,与数据处理模块连接,用于对图像采集模块、图像分析模块采集的信息进行存储;
三维图形生成模块,与数据处理模块连接,用于获取家具、家装的多个方向的平面图像,由数据处理模块拟合生成家具、家装的三维图形;
所述三维图形生成模块进行矩形分割算法具体方法如下:
步骤一,图像发送端首先获得屏幕的分辨率,得到列扫描的范围0~C和行扫描的范围0~R;
步骤二,发送端将当前帧图像保存区的数据保存到前一帧图像缓冲区;截获当前的屏幕位图数据并保存在当前帧图像缓冲区;
步骤三,发送端首先初始化变化矩形区域左上角坐标和右下角坐标为(0,0),下次扫描起点坐标为(0,0),行无变化标识为true,更新列扫描的范围和行扫描的范围;
步骤四,判断是否在行扫描范围内,不在,跳转到步骤十;
步骤五,判断是否在列扫描范围内,不在,跳转到步骤八;在列扫描范围内采用隔列直接比较法对当前采样点进行检测;值不同,首先将行无变化标识设置为false,然后判断是否是检测到的第一个变化采样点,是将采样点坐标作为变化矩形区域的左上角坐标,不是第一个变化采样点,将矩形右下角的坐标和该点的坐标比较并取最大值作为新的矩形右下角坐标,再判断该采样点是否是本行第一个变化采样点,是就将该采样点的纵坐标同矩形左上角的纵坐标进行比较并取最小值更新变化矩形区域的左上角坐标;值相同,需要判断行无变化标识是否为false,如果是false,记录坐标作为下次扫描的起点,检测到是最后一列采样点,将最后一列采样点坐标作为下次扫描的起点,跳转到步骤七;
步骤六,把列坐标右移N列,跳转到步骤五检测下一个采样点;
步骤七,本行检测完毕,将本行的下次扫描起点坐标与上一行记录的下次扫描起点坐标比较,并取最大值作为新的下次扫描起点坐标,行号加1,跳转到步骤四从下一行从头开始从左到右检测;
步骤八,判断行无变化标识是否为true且变化矩形区域左上角坐标不为(0,0),不是true,行号加1,跳转到步骤四;是true,则表明整行无不同像素点,得到了一个变化的矩形区域块;得到的变化矩形区域块左上角纵坐标向左移动N列,右下角纵坐标向右移动N列以包含图像边界信息;
步骤九,记录检测出的变化矩形区域坐标和相对应的下次扫描起点坐标,判断当前列扫描的范围是否0~C且行扫描的范围是否0~R,是,设置标识表明当前检测出的变化矩形区域标识是第一次检测出的,然后行号加1跳转到步骤四从下一行开始检测下一个变化的矩形区域块;直到检测超出行扫描的范围;
步骤十,本次检测完毕后,对本次检测中所有的下次扫描起点进行处理,计算出下次扫描范围的集合;首先检查本次检测出的第一个下次扫描起点的纵坐标是否比最后一列采样点的纵坐标小,不是,该区域检测完成,检测下一个下次扫描起点的纵坐标;是,以第一次检测出的变化矩形区域左上角的横坐标为横坐标,以当前变化矩形区域相关的下次扫描起点坐标的纵坐标为纵坐标,生成一个下次扫描范围的左上角坐标;以第一次检测出的变化矩形区域右下角的横坐标为横坐标,以屏幕的最大列数C为纵坐标生成一个下次扫描范围的右下角坐标;接着处理第二个下次扫描起点,直到本次检测中所有的下次扫描起点都被处理为止;
步骤十一,检测下次扫描范围集合中所有的扫描区域,首先基于下次扫描范围集合中第一个扫描区域的宽度和高度,生成行扫描和列扫描的范围,重复步骤三到步骤十检测第一个扫描区域中变化的矩形区域块,接着处理第二个扫描区域,直到下次扫描范围集合中所有的扫描区域都被检测为止;
步骤十二,重复步骤十到步骤十一,得到下一次扫描范围的变化矩形区域块,直到所有的下次扫描起点的纵坐标大于或等于最后一列采样点的纵坐标,整个屏幕检测完毕;
步骤十三,得到了所有该帧图像相对于前一帧图像变化的面积最小的不重叠矩形区域的集合,检查该集合中的矩形区域,两个矩形其左上角纵坐标和右下角纵坐标相同,且一个矩形的右下角横坐标与另一个矩形左上角横坐标相邻,合并为一个矩形,然后再压缩并发送矩形区域的集合所包含的图像数据及对应坐标到客户端;
步骤十四,图像接收端将接收的数据减压后基于每个矩形区域图像数据及对应坐标整合至前一帧图像中并显示;
步骤十五,每隔T秒重复步骤二到步骤十四,根据应用场景的不同和带宽的要求,对间隔时间T做调整;
模块化编辑模块,与数据处理模块连接,用于进行编辑和组建完成室内装修风格的设计;
AR呈现模块,与数据处理模块连接,用于接收数据处理模块传送的模块化编辑模块模拟化室内预装修的图像信息,对模拟化的室内装修图像视频进行虚拟现实展示。
2.如权利要求1所述的基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统,其特征在于,所述模块化编辑模块编辑方法如下:
首先,接收图像采集模块传送的数据对室内的原有的景物信息和环境信息进行模块化编辑;
其次,根据室内原有的条件信息对该室内的装修风格和装修体系进行设计;
然后,根据设计的需要对室内添加的装修设施进行模块化编辑再进行模块重组;
最后,用户在模块化编辑模块内对多个模块进行编辑和组建完成室内装修风格的设计。
3.如权利要求1所述的基于AR虚拟现实技术的室内装修设计系统,其特征在于,所述AR呈现模块包括用于跟踪观看者眼球转动位置信息的跟踪器,跟踪器获取需要展示的视频图像与当前空间下的坐标关系、观察者所属的空间与当前虚拟空间的坐标关系、当前的三维场景中每一个建筑模块在实际的世界坐标系的位置、并通过矩阵变换得到观察者相对每一个建筑模块的位置关系从而建立虚拟信息的虚拟视点,将三维虚拟诱导信息与真实场景结合到一起通过3D视频方式传送给观察者。
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