CN111428301A - 一种客餐厅样板间自动设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种客餐厅样板间自动设计方法，主要包括划分房间功能区、打包家具成组合、按组合摆放软装并调整单件家具位置、匹配硬装。本发明不再局限于软装家具基于俯视图的布局设计，综合考虑了墙面、顶面、地面的硬装素材，并保留了各种素材之间的搭配关系；提出了客餐厅功能区的概念，不仅能把在客餐厅进行自动设计这样一个复杂的问题拆分成几个难度稍低的子问题，还能保证设计的合理性，避免一些原则性的错误，使得自动设计输出的方案不仅美观而且合理，真正实现所见即所得；在划分好的功能区中，以家具组合为粒度进行软装匹配，再以软装布局为限制进行硬装匹配，既保留了家具之间的相对位置，也保留了软硬装之间的关系。
Description
技术领域
本发明涉及信息技术的领域，具体涉及一种客餐厅样板间自动设计方法。
背景技术
家装设计是一项非常耗时费力的工作，一个合格的设计方案通常要花设计师几小时甚至几天的时间来进行设计。随着计算机和网络技术的不断进步，计算机端的设计工具也在不断被优化，但是人力的设计效率还是比较低下。特别是在进行一些比较类似的重复设计工作的时候，于是人们对于家装自动设计的需求，就越来越强烈。
样板间自动设计，指的是以一个现成的样板间设计方案和一个目标房间为输入，由计算机将输入方案中的素材应用到目标房间并输出的过程。样板间自动设计的存在，极大地提升了没有设计基础的导购人员或者入门设计师的设计效率，是家装设计领域备受关注的一项功能。不过目前样板间自动设计还没有得到普遍应用，其关键原因，就是匹配效果没有达到用户的预期，用户在使用了自动设计之后还需要进行很多人工的调整，没有达到提升设计效率的初衷。匹配效果不好体现在以下三个方面：
一、设计素材的局限。现在的自动设计方法大都基于俯视图，通过一些优化算法，生成了家具在目标房间中的位置，比如公开号为107256434A的专利。这种做法仅仅达到了2D的“平面布局”水平，难以处理墙面和顶面的家具。门、窗、背景墙、吊顶、踢脚线、波打线、灯带等硬装素材统统得不到应用。硬装设计复杂又精巧，是区分优秀设计和普通设计的重要一环，是家装设计中非常重要的一部分。市面上仅仅关注俯视2D空间的自动设计最多只能被称作“软装布局”，根本不是一套完整的设计方案。
二、输出的设计方案不合常理，难以实践。卧室、书房等空间的几何轮廓比较简单，但是客餐厅的轮廓通常都是非常复杂的多边形。现有的算法通常都是基于房间轮廓为矩形或者可以近似成矩形的假设，在复杂的客餐厅中难以应用,很容易就陷入局部最优，输出难以实践的设计方案。比如沙发放到厨房门口，餐桌放在阳台边。坐在沙发的位置难以看到电视，从厨房去餐厅反而要经过客厅等。这些限制都是基于简单多边形的自动设计算法难以描述的。一种自动设计就是基于经验将房间划分成一个个矩形元组，再进行家具摆放，这种划分在轮廓复杂的客餐厅中是难以实践的。
三、原始方案中的搭配关系丢失。现在的自动设计算法通常以单件家具的粒度，在目标房间中进行位置的优化。由于家具之间的相对关系难以描述，这样就很容易丢失家具之间的相对关系。比如样板间中沙发旁放着一盆花，匹配到目标房间后，这盆花可能就放到了电视旁边，样板间中餐桌旁边的装饰画也可能被匹配到沙发后面，破坏了样板间中家具的搭配。如公开号为102737409B的专利输入是整个样板间的信息，而匹配的时候则是将素材一件件地添加到目标房间，忽略了样板间中各个素材的搭配关系。
综上，目前市面上的样板间自动设计系统大都停留在2D的平面布局阶段，支持的素材有限，设计方案难以实践，通常只考虑了软装的设计，也难以应对轮廓复杂的客餐厅区域，并且会丢失原始方案中的搭配关系。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种客餐厅样板间自动设计方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种客餐厅样板间自动设计方法，主要包括以下步骤：
(1)划分房间功能区：基于俯视图的2D平面进行切割功能区，然后根据房间底面和顶面的信息还原成3D空间，客餐厅的功能区分为四部分，分别是客厅、餐厅、玄关和走廊；
(2)打包家具成组合：打包家具只针对软装家具，将样板间中的所有家具打包成四个组合，分别是沙发、电视、餐厅、玄关组合，没有被打包的家具归到不属于任何组合的单体家具类；
(3)按组合摆放软装并调整单件家具位置：按组合摆放软装时，沙发、电视组合匹配到目标房间的客厅区中，餐厅、玄关组合分别匹配到目标房间的餐厅、玄关功能区中，利用启发式搜索解决每个功能区内的匹配，首先针对软装家具定义一个损失函数，然后通过在一定限制条件下移动家具组合，获取一系列采样点，选取损失最小的点进行摆放；调整单件家具位置阶段，需要调整的家具分为两种，第一种是组合内的家具，另一种是没有被打包的单体家具，对于组合内的家具，按照经验略微调整位置，对于没有被打包的单体家具，都有自己一套独特的逻辑来处理；
(4)匹配硬装：硬装的匹配跟户型相关，覆盖全房间的硬装匹配到目标房间一样覆盖全房间，样板间中其他功能区的硬装都只需匹配到目标户型相应功能区即可。
所述划分房间功能区主要包括以下步骤：
(1)找出走廊：走廊有两种，用一个矩形或者多个矩形的组合来刻画，第一种是在客餐厅俯视图中，找出距离在一定范围内的平行墙体围成矩形，算作实体走廊；第二种是以房间中特定的门为起点，其他房间的门为终点，刻画房间动静线，以此搜索虚拟走廊；
(2)刻画玄关：玄关区域是一个矩形或者多个矩形的组合，利用入户门和门旁边的墙组合而成；
(3)切割房间：选取一条或多条合适的直线作为切割线组，将房间中除了走廊玄关外剩余区域，划分成数个多边形，对于一个房间，形成非常多可能的切割线组，每组切割线对应一组划分功能区的结果；
(4)区分客餐厅：针对上述每个划分功能区结果输出的多边形集合，根据面积大小，相邻房间的限制，入户门、厨房、阳台的位置，找出每组多边形中的客厅和餐厅；
(5)选出最佳划分方案：针对每一组区域划分结果，采用打分函数选出最佳的功能区划分方案。
所述打分函数为：
score＝lg(1/Area(x)+Shape(x)+FurnitureConstraint(x)))
其中x是区域划分结果，是多个多边形的集合；Area函数考察了客厅、餐厅的大小跟整个房间面积的比例，是否符合常理；Shape函数考察了每个功能区的形状；FurnitureConstraint函数考察了每个功能区是否适合摆放该功能区对应家具。
所述采样点的方式为，客厅区域在保证电视组合靠墙，沙发组合正面电视的限制下，将电视组合沿着墙面移动进行采样，餐厅区域由区域中心开始向上下左右四个方向进行采样。
所述损失函数为：
其中n为匹配完的目标房间中的家具的总数，对于目标房间中的每件家具，该Loss函数考察家具是否出界，是否与其他家具重叠，正方向是否被遮挡，是否挡门挡窗挡过道四个方面。
所述硬装的匹配包括墙面的背景墙、墙漆、墙纸、铺贴，地面的铺贴、水刀、波打线，以及顶上的吊顶等素材。
本发明的有益效果为：本发明不再局限于软装家具基于俯视图的布局设计，综合考虑了墙面、顶面、地面的硬装素材，并保留了各种素材之间(软装家具之间，软硬装之间)的搭配关系；提出了客餐厅功能区的概念，不仅能把在客餐厅进行自动设计这样一个复杂的问题拆分成几个难度稍低的子问题，还能保证设计的合理性，避免一些原则性的错误(比如沙发出现在餐厅，餐桌出现在客厅)，使得自动设计输出的方案不仅美观而且合理，真正实现所见即所得；在划分好的功能区中，以家具组合为粒度进行软装匹配，再以软装布局为限制进行硬装匹配，既保留了家具之间的相对位置，也保留了软硬装之间的关系，使得整个方案的搭配更加合理，风格跟原始样板间保持一致。
附图说明
图1为本发明的主流程示意图。
图2为本发明的划分房间功能区流程图。
图3为本发明的打包家具成组合示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
如附图所示，这种客餐厅样板间自动设计方法，主要包括以下步骤：
(1)划分房间功能区：客餐厅轮廓比较复杂，基于俯视图的2D平面进行切割功能区，然后根据房间底面和顶面的信息还原成3D空间，方便后续墙面、顶面的匹配，客餐厅的功能区分为四部分，分别是客厅(必要)、餐厅(非必要)、玄关(非必要)和走廊(非必要)；
(2)打包家具成组合：打包家具只针对软装家具，因为功能区有客厅、餐厅、玄关、走廊四个，假设走廊中不放家具，而客厅中家具比较复杂，需要分成沙发、电视两个组合，所以本发明会将样板间中的所有家具打包成四个组合，分别是沙发、电视、餐厅、玄关组合，没有被打包的家具归到不属于任何组合的单体家具类。对于每个家具来说，客餐厅的打包器相当于一个分类器，输入信息为样板间中的家具，基于经验的类目树，以及上一步样板间划分好的功能区。输出是该家具属于哪个组合或者是不属于任何组合的单体家具。
(3)按组合摆放软装并调整单件家具位置：按组合摆放软装时，沙发、电视组合匹配到目标房间的客厅区中，餐厅、玄关组合分别匹配到目标房间的餐厅、玄关功能区中，因为划分功能区后每个子区域都比原始房间小很多，形状也更加简单(即使不简单也更容易近似成简单矩形)，需要处理的家具也少很多，所以子区域中的自动设计会比直接在全空间进行自动设计简单得多，利用启发式搜索解决每个功能区内的匹配，首先针对软装家具定义一个损失函数，然后通过在一定限制条件下移动家具组合，获取一系列采样点，选取损失最小的点进行摆放，采样点的方式为，客厅区域在保证电视组合靠墙，沙发组合正面电视的限制下，将电视组合沿着墙面移动进行采样，餐厅区域由区域中心开始向上下左右四个方向进行采样；调整单件家具位置阶段，需要调整的家具分为两种，第一种是组合内的家具，另一种是没有被打包的单体家具，对于组合内的家具，按照经验略微调整位置，比如挂壁的电视机要调整到贴墙，不能悬空或者嵌入墙中，对于没有被打包的单体家具，则需要移动比较多，它们通常都有自己一套独特的逻辑来处理，比如窗帘需要挂在窗上，餐边柜要在餐桌旁靠墙放。其中损失函数为：
其中n为匹配完的目标房间中的家具的总数，对于目标房间中的每件家具，该Loss函数考察家具是否出界，是否与其他家具重叠，正方向是否被遮挡，是否挡门挡窗挡过道四个方面。
(4)匹配硬装：硬装的匹配跟户型相关，比如客厅的吊顶会挂在客厅区域，玄关的波打线需要装饰玄关区域，所以一旦功能区划分好以后，硬装匹配就容易得多了，覆盖全房间的硬装(全屋绕墙波打线)匹配到目标房间一样覆盖全房间，样板间中其他功能区的硬装都只需匹配到目标户型相应功能区即可。硬装的匹配包括墙面的背景墙、墙漆、墙纸、铺贴，地面的铺贴、水刀、波打线，以及顶上的吊顶等素材。
一般设计师在设计时，通常都是心里有了大概的布局，再设计硬装，然后摆放软装，硬装和软装有相互搭配的关系。对于本发明的自动设计系统来说，前面软装的摆放就相当于设计时的布局信息。我们匹配完了软装之后，这些软装家具的位置也可以给硬装素材的匹配做一些提示。比如电视背景墙按照功能区，我们只知道他需要被匹配到目标房间的客厅，有了软装电视组合位置的提示之后，我们就能确切知道电视背景墙需要被匹配到电视组合后面的实体墙上。正是因为本发明划分了功能区，再加上先匹配完的软装家具对硬装素材的限制，既可以保证硬装的合理，又可以保证软硬装的搭配与样板间一致。
划分房间功能区主要包括以下步骤：
(1)找出走廊：走廊有两种，用一个矩形或者多个矩形的组合来刻画，第一种是在客餐厅俯视图中，找出距离在一定范围内的平行墙体围成矩形，算作实体走廊；第二种是以房间中特定的门(比如入户门，联通厨房的门)为起点，其他房间的门为终点，刻画房间动静线，以此搜索虚拟走廊；
(2)刻画玄关：玄关区域是一个矩形或者多个矩形的组合，利用入户门和门旁边的墙组合而成；
(3)切割房间：选取一条或多条合适的直线作为切割线组，将房间中除了走廊玄关外剩余区域，划分成数个多边形，对于一个房间，形成非常多可能的切割线组，每组切割线对应一组划分功能区的结果；
(4)区分客餐厅：针对上述每个划分功能区结果输出的多边形集合，根据面积大小，相邻房间的限制，入户门、厨房、阳台的位置，找出每组多边形中的客厅和餐厅。
(5)选出最佳划分方案：针对每一组区域划分结果，采用打分函数选出最佳的功能区划分方案。打分函数为：
score＝lg(1/Area(x)+Shape(x)+FurnitureConstraint(x)))
其中x是区域划分结果，是多个多边形的集合；Area函数考察了客厅、餐厅的大小跟整个房间面积的比例，是否符合常理；Shape函数考察了客厅、餐厅等功能区的形状，比如长宽比，最短边是不是过小，最长边是否过长，形状是否符合常理；FurnitureConstraint函数考察了每个功能区是否适合摆放该功能区对应家具。
大体上是根据输入房间的轮廓，首先找出房间中实体或者虚拟的走廊，再判断房间中是否有玄关区域适合放玄关柜/鞋柜组合，接着再选取合适的切割线组合对房间剩下的区域进行切割，从切割输出的多边形中选取合适的多边形分别作为客厅、餐厅。
本发明的自动设计算法大体是基于规则的，用到素材的位置、轮廓都是三维空间中的点。大致来说可以分为四步，分别是：划分样板间和目标房间的功能区，根据功能区信息和基于经验的类目树将样板间中的软装家具打包成家具组合，将软装家具按组合匹配到目标房间对应的功能区，并微调单件家具，和最后的匹配墙顶地的家具(吊顶、窗帘)及硬装素材。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种客餐厅样板间自动设计方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)划分房间功能区：基于俯视图的2D平面进行切割功能区，然后根据房间底面和顶面的信息还原成3D空间，客餐厅的功能区分为四部分，分别是客厅、餐厅、玄关和走廊；
(2)打包家具成组合：打包家具只针对软装家具，将样板间中的所有家具打包成四个组合，分别是沙发、电视、餐厅、玄关组合，没有被打包的家具归到不属于任何组合的单体家具类；
(3)按组合摆放软装并调整单件家具位置：按组合摆放软装时，沙发、电视组合匹配到目标房间的客厅区中，餐厅、玄关组合分别匹配到目标房间的餐厅、玄关功能区中，利用启发式搜索解决每个功能区内的匹配，首先针对软装家具定义一个损失函数，然后通过在一定限制条件下移动家具组合，获取一系列采样点，选取损失最小的点进行摆放；调整单件家具位置阶段，需要调整的家具分为两种，第一种是组合内的家具，另一种是没有被打包的单体家具，对于组合内的家具，按照经验略微调整位置，对于没有被打包的单体家具，都有自己一套独特的逻辑来处理；
(4)匹配硬装：硬装的匹配跟户型相关，覆盖全房间的硬装匹配到目标房间一样覆盖全房间，样板间中其他功能区的硬装都只需匹配到目标户型相应功能区即可。
2.根据权利要求1所述的客餐厅样板间自动设计方法，其特征在于：所述划分房间功能区主要包括以下步骤：
(1)找出走廊：走廊有两种，用一个矩形或者多个矩形的组合来刻画，第一种是在客餐厅俯视图中，找出距离在一定范围内的平行墙体围成矩形，算作实体走廊；第二种是以房间中特定的门为起点，其他房间的门为终点，刻画房间动静线，以此搜索虚拟走廊；
(2)刻画玄关：玄关区域是一个矩形或者多个矩形的组合，利用入户门和门旁边的墙组合而成；
(3)切割房间：选取一条或多条合适的直线作为切割线组，将房间中除了走廊玄关外剩余区域，划分成数个多边形，对于一个房间，形成非常多可能的切割线组，每组切割线对应一组划分功能区的结果；
(4)区分客餐厅：针对上述每个划分功能区结果输出的多边形集合，根据面积大小，相邻房间的限制，入户门、厨房、阳台的位置，找出每组多边形中的客厅和餐厅；
(5)选出最佳划分方案：针对每一组区域划分结果，采用打分函数选出最佳的功能区划分方案。
3.根据权利要求2所述的客餐厅样板间自动设计方法，其特征在于：所述打分函数为：
score＝lg(1/Area(x)+Shape(x)+FurnitureConstraint(x)))
其中x是区域划分结果，是多个多边形的集合；Area函数考察了客厅、餐厅的大小跟整个房间面积的比例，是否符合常理；Shape函数考察了每个功能区的形状；FurnitureConstraint函数考察了每个功能区是否适合摆放该功能区对应家具。
4.根据权利要求1所述的客餐厅样板间自动设计方法，其特征在于：所述采样点的方式为，客厅区域在保证电视组合靠墙，沙发组合正面电视的限制下，将电视组合沿着墙面移动进行采样，餐厅区域由区域中心开始向上下左右四个方向进行采样。
5.根据权利要求1所述的客餐厅样板间自动设计方法，其特征在于：所述损失函数为：
其中n为匹配完的目标房间中的家具的总数，对于目标房间中的每件家具，该Loss函数考察家具是否出界，是否与其他家具重叠，正方向是否被遮挡，是否挡门挡窗挡过道四个方面。
6.根据权利要求1所述的客餐厅样板间自动设计方法，其特征在于：所述硬装的匹配包括墙面的背景墙、墙漆、墙纸、铺贴，地面的铺贴、水刀、波打线，以及顶上的吊顶素材。
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