CN114547735A - 基于三维重建的虚拟家居设计系统 - Google Patents

基于三维重建的虚拟家居设计系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三维重建的虚拟家居设计系统，包括：功能选择模块、用户个人家居数据库、图像采集模块、图像处理模块、家具建模模块、家具模型调整模块、服务器存储模块、房间设计模块。本发明通过计算机视觉将2D图片转换成较为逼真的3D模型，并允许用户对家具3D模型进行调整；通过针对消费者提供家具与具体场景的模拟服务，帮助消费者更好地进行家具选择以及房屋装修。同时家具厂商可选择入驻商城平台，以向消费者销售、展示自己设计生产的家具以及家具3D模型，促进产品的销售。

Description

基于三维重建的虚拟家居设计系统
技术领域
本发明涉及三维重建技术领域，尤其涉及一种基于三维重建的虚拟家居设计系统。
背景技术
近年来，家庭装修已走进千家万户，人们对于家居空间整体美化的需求也与日俱增，卧室或者客厅的家具装修风格也越来越多样化。但家具的价格较为昂贵且运输不便，家具摆放在房间中是否美观、合适难以通过现有的方式进行直观、便捷的判断，因此消费者往往会购买到不合心意的家具而又不能随意将其弃置后重新购买。
而在计算机视觉领域，文献《基于视觉的三维重建技术综述》与《一种基于智能手机成像的三维重建方法》表明，基于多视图的三维重建技术已经日趋成熟，已经实现了在通过多张满足特定要求的照片重建出物体的3D模型。同时，软件VisualSFM、软件MeshRecon、手机应用Qlone Mat等软件系统的发布也说明，多视图三维重建已可以实现商业化应用。但这些系统往往操作较为繁琐、价格较为昂贵、对设备硬件有一定的要求，难以将其应用于服务普通消费者方面上。
本发明通过计算机视觉将2D图像转换成较为逼真的3D模型，并允许用户对家具3D模型进行调整；通过针对消费者提供家具与具体场景的模拟服务，帮助消费者更好地进行家具选择以及房屋装修。同时家具厂商可选择入驻商城平台，以向消费者销售、展示自己设计生产的家具以及家具3D模型，促进产品的销售。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维重建的虚拟家居设计系统，通过若干张满足特定要求的图像重建出家具的3D模型，并向用户提供一系列围绕家具展开的如家具摆放场景模拟、家具销售等服务，以解决上述问题。
本发明为解决上述问题，采用以下技术方案来实现：
一种基于三维重建的虚拟家居设计系统，包括：
功能选择模块，所述功能选择模块用于展示所述虚拟家居设计系统的功能，并根据用户的选择跳转至某功能的开始模块。
用户个人家居数据库，所述用户个人家居数据库由用户个人保存的家具3D模型以及用户个人保存的房间3D模型构成。
图像采集模块，所述图像采集模块用于根据用户输入的启动指令，调用手机摄像头，拍摄用户想要进行建模的家具的若干图像，然后发送给图像处理模块。
图像处理模块，所述图像处理模块与图像采集模块相连接，用于接收所述图像采集模块发来的若干图像，并在用户指引下对所述若干图像依次进行背景去除处理，然后发送给家具建模模块。
家具建模模块，所述家具建模模块与图像处理模块相连接，用于接收所述图像处理模块发来的若干图像，然后根据所述若干图像使用三维重建技术构建出家具的3D模型，再将该家具的3D模型发送给家具模型调整模块。
家具模型调整模块，所述家具模型调整模块同时与用户个人家居数据库和家具建模模块相连，用于接受所述用户个人家居数据库和所述家具建模模块发送来的家具3D模型并进行展示，同时允许用户调整家具3D模型的部分参数及特征，最后若用户选择保存家具模型，则将用户完成部分参数及特征调整的家具3D模型发送给服务器存储模块，若用户选择不保存家具模型，则跳转至功能选择模块。
服务器存储模块，所述服务器存储模块同时与家具调整模块和房间设计模块相连，用于接收家具调整模块发来的家具3D模型以及房间设计模块发来的房间3D模型，并将所述家具3D模型与所述房间3D模型发送给用户个人家居数据库。
房间设计模块，所述房间设计模块与用户个人家居数据库相连，用于读取用户个人家居数据库中保存的房间3D模型或创建新的房间3D模型并展示，同时允许用户对读取或创建的房间3D模型进行修改，用户完成修改后若选择保存房间模型，则将所述房间3D模型发送至服务器存储模块，若用户选择不保存房间模型，则跳转至功能选择模块。
优选的，还包括：商城模块，所述商城模块用于用户向家具厂商购买实物家具、向家具厂商订做家具、发布或购买家具3D模型、发布或购买房间3D模型。
优选的，所述功能包括家具3D建模，房间3D建模，商城。所述开始模块包括家具3D建模功能的开始模块图像采集模块、房间3D建模功能的开始模块房间设计模块、商城功能的开始模块商城模块。
优选的，所述图像采集模块启动前调用手机摄像头配置，将手机摄像头拍摄图像的像素调整至最高水平。
优选的，所述通过图像采集模块获取的用户想要进行建模的家具的若干图像，其数量不能少于三张，其中所有拍摄位置相邻的两张图像中需包含相重合的拍摄角度范围。
优选的，在用户指引下依次对图像采集模块获取的用户想要进行建模的家具的若干图像进行背景去除处理时，所述用户指引指用户标记出想要进行3D建模的家具部分和背景部分，所述背景指图像中除想要进行3D建模的家具部分外的其他部分，所述背景去除处理指将所述背景全部替换为某种统一的格式。
优选的，所述根据所述若干图像使用三维重建技术构建出家具的3D模型，具体包括：根据所有图像进行相机自标定；提取所有图像中的特征点，并对不同图像中的相同特征点进行匹配；根据匹配特征点的位置估计不同图像拍摄时的相机位姿；进行稀疏点云的重建；对前一步得到的稀疏点云进行稠密重建得到稠密点云；对前一步得到的稠密点云进行表面重建；进行纹理重建。
优选的，所述家具3D模型的部分参数，包括家具3D模型的整体长、整体宽与整体高，所述家具3D模型的特征，为家具3D模型的贴图、纹理。
优选的，所述服务器存储模块通过移动网络或无线网上传家具3D模型与房间3D模型。
优选的，所述对房间3D模型进行修改，包括：读取用户个人家居数据库中的家具3D模型，并将其放置在房间3D模型中的用户指定位置；删除已放置在房间中的家具3D模型；修改已放置在房间中的家具3D模型的位置与尺寸；改变房间3D模型中，地板、墙壁的颜色、材质、纹理；改变房间3D模型中的光源位置与光照强度；改变房间3D模型的整体形状、长、宽、高。
本发明的有益效果是：
本发明通过计算机视觉将2D图像转换成较为逼真的3D模型，并允许用户对家具3D模型进行调整；通过针对消费者提供家具与具体场景的模拟服务，帮助消费者更好地进行家具选择以及房屋装修。同时家具厂商可选择入驻商城平台，以向消费者销售、展示自己设计生产的家具以及家具3D模型，促进产品的销售。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于三维重建的虚拟家居设计系统的结构图。
图2为本发明的一种基于三维重建的虚拟家居设计系统的应用场景图。
图3为本发明的对所述基于多视图三维重建的家具建模方法的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
参见图2，为本发明的一种基于三维重建的虚拟家居设计系统的应用场景图，本发明公开的一种基于三维重建的虚拟家居设计系统的具体实现步骤如下：
功能选择：用户在功能选择模块选择将要使用的功能，并根据用户的选择跳转至某功能的开始模块。若用户选择家具建模功能，则跳转至图像采集模块；若用户选择房间建模功能，则跳转至房间设计模块；若用户选择商城功能，则跳转至商城模块。
1.家居建模功能
步骤一：图像采集。用户在图像采集模块中对想要进行建模的家具拍摄不少于三张图像，且所有拍摄位置相邻的两张图像中需包含相重合的拍摄角度范围。这些图像被发送至图像处理模块。
步骤二：图像处理。在图像处理模块的界面中，对于每张通过图像处理模块采集的图像，依次由用户标记出其中的背景部分以及用户想要进行建模的家具部分，然后将背景部分去除。
步骤三：家具建模。通过多视图的三维重建技术，对经过处理的图像中的家具进行三维重建，获得该家具的3D建模。
更为具体的是，参见图3，为本发明的对所述基于多视图三维重建的家具建模方法的工作流程图，所述三维重建包括以下步骤：
相机标定。为了适应多种不同的相机，同时避免额外道具的使用，本发明使用自标定技术对相机进行标定，以得到相机内部参数。
特征点检测与匹配。本发明使用Sift算法，对所述经过处理的图像进行特征点的检测与匹配。
相机位姿估计。以第一幅图像作为参考图像，计算其余图像相对于第一幅影像的位姿，得到各幅图像的位姿参数。
稀疏点云重建。在相机内部参数已知的情况下，进行稀疏点云重建，恢复相机的外部参数和三维场景结构。
稠密重建。在相机位姿已知并得到稀疏点云的前提下，逐像素的计算图像中每一个像素点对应的三维点，得到场景物体表面密集的三维点云，即稠密点云。
点云表面重建。对稠密点云进行网格化，把稠密点云转换为3D模型。
纹理重建。将3D模型的表面覆盖上贴图，并设置纹理、材质等参数。
步骤四：家具模型调整。用户调整家具3D模型的整体长、整体宽与整体高以及3D模型表面的贴图、纹理。用户可选择调整家具建模模块发送来的家具3D模型，也可选择调整用户个人家居数据库中保存的家具3D模型。调整完成后，用户可选择是否保存家具模型。若选择保存，则将调整完成的家具3D模型发送至服务器存储模块，若用户选择不保存，则跳转至功能选择模块
步骤五：家具模型上传。用户选择保存家具模型后，用户调整后的家具3D模型经由服务器存储模块上传至用户个人家居数据库。
2.房间设计功能
步骤一：房间设计。用户在房间设计模块中选择创建新的房间3D模型或读取用户个人家居数据库中保存的房间3D模型，然后用户可读取用户个人家居数据库中的家具3D模型，并将其放置在房间3D模型中的用户指定位置，或是删除已放置在房间中的家具3D模型、修改已放置在房间中的家具3D模型的位置与尺寸。用户也可改变房间3D模型中，地板、墙壁的颜色、材质、纹理；改变房间3D模型中的光源位置与光照强度；以及改变房间3D模型的整体形状、长、宽、高。用户完成修改后若选择保存房间模型，则将所述房间3D模型发送至服务器存储模块，若用户选择不保存房间模型，则跳转至功能选择模块。
步骤二：房间模型上传。用户选择保存房间模型后，房间3D模型经由服务器存储模块上传至用户个人家居数据库。
3.商城功能
商城。用户可在商城模块中购买由家具厂商提供的实物家具或是向家具厂商订做家具，也可发布或购买家具3D模型、发布或购买房间3D模型。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于：包括：功能选择模块，所述功能选择模块用于展示所述虚拟家居设计系统的功能，并根据用户的选择跳转至某功能的开始模块；用户个人家居数据库，所述用户个人家居数据库由用户个人保存的家具3D模型以及用户个人保存的房间3D模型构成；图像采集模块，所述图像采集模块用于根据用户输入的启动指令，调用手机摄像头，拍摄用户想要进行建模的家具的若干图像，然后发送给图像处理模块；图像处理模块，所述图像处理模块与图像采集模块相连接，用于接收所述图像采集模块发来的若干图像，并在用户指引下对所述若干图像依次进行背景去除处理，然后发送给家具建模模块；家具建模模块，所述家具建模模块与图像处理模块相连接，用于接收所述图像处理模块发来的若干图像，然后根据所述若干图像使用三维重建技术构建出家具的3D模型，再将该家具的3D模型发送给家具模型调整模块；家具模型调整模块，所述家具模型调整模块同时与用户个人家居数据库和家具建模模块相连，用于接受所述用户个人家居数据库和所述家具建模模块发送来的家具3D模型并进行展示，同时允许用户调整家具3D模型的部分参数及特征，最后若用户选择保存家具模型，则将用户完成部分参数及特征调整的家具3D模型发送给服务器存储模块，若用户选择不保存家具模型，则跳转至功能选择模块；服务器存储模块，所述服务器存储模块同时与家具调整模块和房间设计模块相连，用于接收家具调整模块发来的家具3D模型以及房间设计模块发来的房间3D模型，并将所述家具3D模型与所述房间3D模型发送给用户个人家居数据库；房间设计模块，所述房间设计模块与用户个人家居数据库相连，用于读取用户个人家居数据库中保存的房间3D模型或创建新的房间3D模型并展示，同时允许用户对读取或创建的房间3D模型进行修改，用户完成修改后若选择保存房间模型，则将所述房间3D模型发送至服务器存储模块，若用户选择不保存房间模型，则跳转至功能选择模块。
2.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，还包括：商城模块，所述商城模块用于用户向家具厂商购买实物家具、向家具厂商订做家具、发布或购买家具3D模型、发布或购买房间3D模型。
3.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，所述功能包括家具3D建模，房间3D建模，商城；所述开始模块包括家具3D建模功能的开始模块图像采集模块、房间3D建模功能的开始模块房间设计模块、商城功能的开始模块商城模块。
4.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，所述图像采集模块启动前调用手机摄像头配置，将手机摄像头拍摄图像的像素调整至最高水平。
5.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，所述通过图像采集模块获取的用户想要进行建模的家具的若干图像，其数量不能少于三张，其中所有拍摄位置相邻的两张图像中需包含相重合的拍摄角度范围。
6.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，在用户指引下依次对图像采集模块获取的用户想要进行建模的家具的若干图像进行背景去除处理时，所述用户指引指用户标记出想要进行3D建模的家具部分和背景部分，所述背景指图像中除想要进行3D建模的家具部分外的其他部分，所述背景去除处理指将所述背景全部替换为某种统一的格式。
7.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，所述根据所述若干图像使用三维重建技术构建出家具的3D模型，具体包括：根据所有图像进行相机自标定；提取所有图像中的特征点，并对不同图像中的相同特征点进行匹配；根据匹配特征点的位置估计不同图像拍摄时的相机位姿；进行稀疏点云的重建；对前一步得到的稀疏点云进行稠密重建得到稠密点云；对前一步得到的稠密点云进行表面重建；进行纹理重建。
8.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，所述家具3D模型的部分参数，包括家具3D模型的整体长、整体宽与整体高，所述家具3D模型的特征，为家具3D模型的贴图、纹理。
9.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，所述服务器存储模块通过移动网络或无线网上传家具3D模型与房间3D模型。
10.根据权利要求1所述的基于三维重建的虚拟家居设计系统，其特征在于，所述对房间3D模型进行修改，包括：读取用户个人家居数据库中的家具3D模型，并将其放置在房间3D模型中的用户指定位置；删除已放置在房间中的家具3D模型；修改已放置在房间中的家具3D模型的位置与尺寸；改变房间3D模型中，地板、墙壁的颜色、材质、纹理；改变房间3D模型中的光源位置与光照强度；改变房间3D模型的整体形状、长、宽、高。
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