TWI602075B - 立體空間規劃裝置及其方法 - Google Patents

Description

立體空間規劃裝置及其方法

本發明係有關於一種空間規劃技術，特別是一種立體空間規劃裝置。本發明還涉及此立體空間規劃裝置的立體空間規劃方法。

一般而言，若收納者想要將多個收納物置於在一立體空間時，收納者需要實際去試著進行量測或試著先將該些收納物擺放於立體空間中。然而，若收納物很多且立體空間很大時，收納者可能會花很多的時間才能找出最佳的擺放方式，因此極度缺乏效率。

此外，若收納者是以上述量測或測試的方法去進行立體空間收納的規劃，通常也很難找到最佳的擺放方式，如此則會造成空間的浪費，無法有效地節省收納空間。

而目前又缺乏一種有效地方法能夠針對性地解決上述的收納問題，因此目前收納的問題上經常會造成收納者的困擾，因此，如何提出一種空間規劃技術，能夠有效改善上述的問題，以提升收納的效率，並有效地節省收納的空間，已成為一個刻不容緩的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種立體空間規劃裝置及其方法，以解決目前收納的問題，以提升收納的效率，並有效地節省收納的空間。

根據本發明之其中一目的，提出一種立體空間規劃裝置，其可包含立體矩形掃描模組、立體矩形空間計算模組、虛擬立體矩形物體產生模組及空間放置最佳化模組。立體矩形掃描模組可掃描立體矩形收納空間及待收納之複數個立體矩形收納物以取得立體矩形收納空間及各個立體矩形收納物的影像及深度資訊。立體矩形空間計算模組可根據影像深度資訊計算立體矩形收納空間與各個立體矩形收納物的長度、寬度、高度資訊。虛擬立體矩形物體產生模組可根據長度、寬度、高度資訊產生各個立體矩形收納物的虛擬立體矩形物體。空間放置最佳化模組可根據該些虛擬立體矩形物體進行收納最佳化計算。

在一較佳的實施例中，空間放置最佳化模組可計算立體矩形收納空間之空間座標，再根據各個立體矩形收納物的長度、寬度、高度資訊及空間座標進行收納最佳化計算。

在一較佳的實施例中，虛擬立體矩形物體放置模組可根據收納最佳化計算之結果將該些虛擬立體矩形物體依計算的順序與放置空間座標用動畫的方式模擬放置到立體矩形收納空間之空間座標。

在一較佳的實施例中，空間放置最佳化模組可利用最大區域優先適配演算法進行收納最佳化計算。

在一較佳的實施例中，若收納最佳化計算之結果顯示不 可收納，空間放置最佳化模組可刪除體積最小的虛擬立體矩形物體，並可重新進行該收納最佳化計算。

根據本發明之其中一目的，再提出一種立體空間規劃方法，其可包含下列步驟：掃描立體矩形收納空間及待收納之複數個立體矩形收納物以取得立體矩形收納空間及各個立體矩形收納物的影像及深度資訊；根據影像深度資訊計算立體矩形收納空間與各個立體矩形收納物的長度、寬度、高度資訊；根據長度、寬度、高度資訊產生各個立體矩形收納物的虛擬立體矩形物體；以及根據該些虛擬立體矩形物體進行收納最佳化計算。

在一較佳的實施例中，立體空間規劃方法更可包含下列步驟：計算立體矩形收納空間之空間座標，再根據各個立體矩形收納物的長度、寬度、高度資訊及空間座標進行收納最佳化計算。

在一較佳的實施例中，立體空間規劃方法更可包含下列步驟：根據收納最佳化計算之結果將該些虛擬立體矩形物體依計算的順序與放置空間座標用動畫的方式模擬放置到立體矩形收納空間之空間座標。

在一較佳的實施例中，立體空間規劃方法更可包含下列步驟：利用最大區域優先適配(Largest Area First-Fit，LAFF)演算法進行收納最佳化計算。

在一較佳的實施例中，立體空間規劃方法更可包含下列步驟：若收納最佳化計算之結果顯示不可收納，刪除體積最小的虛擬立體矩形物體，並重新進行收納最佳化計算。

承上所述，依本發明之立體空間規劃裝置及其方法，其 可具有一或多個下述優點：

(1)本發明之一實施例中，立體空間規劃裝置及其方法可運用影像空間處理與計算技術，並透過鏡頭達成立體矩形收納空間規劃，故收納者僅需要透過鏡頭掃描立體矩形收納空間及立體矩形收納物，而不需要實際測量或試著擺放立體矩形收納物，故更有效率。

(2)本發明之一實施例中，立體空間規劃裝置及其方法可運用影像空間處理與計算技術，並透過鏡頭達成立體矩形收納空間規劃，再進行收納最佳化運算，因此可提供最佳的收納擺放方式，以有效地節省收納空間。

(3)本發明之一實施例中，立體空間規劃裝置及其方法可擴增實境技術及動畫方式，呈現所有立體矩形收納物在立體矩形收納空間的最佳擺放順序與位置，故使用者可以一目了然的快速了解如何進行收納，使用上更為方便。

(4)本發明之立體空間規劃裝置及其方法可確實有效地解決目前常遇到的收納問題，並可以直接應用於一般的智慧行動裝置，因此具備很高的實用性。

(5)本發明之立體空間規劃裝置及其方法可不在大幅增加成本的前提下達到所欲達到的功效，因此極具商業價值。

1‧‧‧立體空間規劃裝置

11‧‧‧立體矩形掃描模組

111‧‧‧影像擷取單元

112‧‧‧深度探測單元

12‧‧‧立體矩形空間計算模組

13‧‧‧虛擬立體矩形物體產生模組

14‧‧‧空間放置最佳化模組

15‧‧‧材質產生模組

16‧‧‧立體矩形邊線繪製模組

17‧‧‧虛擬立體矩形物體放置模組

RS‧‧‧立體矩形收納空間

RO‧‧‧立體矩形收納物

R‧‧‧立體矩形

F‧‧‧特徵點

S51~S61‧‧‧步驟流程

圖1係為本發明之立體空間規劃裝置之第一實施例之方塊圖。

圖2係為本發明之立體空間規劃裝置之第一實施例之第一示意圖。

圖3係為本發明之立體空間規劃裝置之第一實施例之第二示意圖。

圖4係為本發明之立體空間規劃裝置之第一實施例之第三示意圖。

圖5係為本發明之立體空間規劃裝置之第一實施例之流程圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之立體空間規劃裝置及其方法之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱圖1、圖2、圖3及圖4；圖1係為本發明之立體空間規劃裝置之第一實施例之方塊圖；圖2、圖3及圖4係為本發明之立體空間規劃裝置之第一實施例之第一示意圖、第二示意圖及第三示意圖。如圖1所示，立體空間規劃裝置1可為智慧行動裝置，如智慧型手機等等，或其它類似的裝置，立體空間規劃裝置1可包含立體矩形掃描模組11、立體矩形空間計算模組12、虛擬立體矩形物體產生模組13、空間放置最佳化模組14、材質產生模組15、立體矩形邊線繪製模組16及虛擬立體矩形物體放置模組17；立體矩形掃描模組11可包含影像擷取單元111及深度探測單元112。

立體矩形掃描模組11分別從影像擷取單元111及深度探測單元112取得影像深度資訊，經過計算可得到立體矩形收納空間與立體矩形收納物特徵點的空間座標。

接著立體矩形空間計算模組12計算立體矩形收納空間與收納物的八個頂點與長度、寬度、高度資訊。

虛擬立體矩形物體產生模組13可輸入長度、寬度、高 度資訊與用材質產生模組15擷取的材質繪製代表立體矩形物體的虛擬立體矩形物體。

空間放置最佳化模組14依立體矩形收納空間與收納物長度、寬度、高度資訊進行收納最佳化計算，得到最佳的擺放順序與位置。

立體矩形邊線繪製模組16可於影像中繪製立體矩形收納空間邊緣的虛擬邊線。

虛擬立體矩形物體放置模組17將立體矩形物體代表的虛擬立體矩形物體依其計算的順序與放置空間座標用動畫的方式摸擬放置到用線劃上的立體矩型收納空間對應的位置上。

更詳細的說，立體矩形掃描模組11含影像擷取單元111與深度探測單元112，需將立體矩形放置在水平面上之後透過立體矩形掃描模組11擷取影像深度資訊。接著使用ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)演算法，取得影像中的特徵點，並結合深度資訊可構成一空間座標系統。接著利用Sobel邊緣探測法，找出立體矩形邊線。如圖2所示，上個步驟得到的邊線資訊排除非在邊線上之特徵點F，確定保留的特徵點F座標位於立體矩形R邊線上。

立體矩形空間計算模組12使用立體矩形掃描模組11所建構之特徵點空間座標資訊，以右手空間座標系來表示特徵點座標(x,y,z)，來計算立體矩形物體的頂點空間座標與長寬高資訊。依據之前步驟中保留的所有特徵點x、y、z座標值，分別計算x、y、z最大值及最小值，Xmax表示最大X座標、Xmin表示最小X座標、Ymax表示最大Y座標、Ymin表示最小Y座標、Zmax表示Z最大作標、Zmin表示Z最小座標。 當符合Xmax及Zmax的特徵點個數大於1時，表示鏡頭只抓到六個頂點，如圖3左側所示，可以找出6個頂點，分別是A(Xmax,Ymin,Zmin)、B(Xmax,Ymin,Zmax)、C(Xmin,Ymin,Zmax)、D(Xmax,Ymax,Zmin)、E(Xmax,Ymax,Zmax)、F(Xmin,Ymax,Zmax)，利用立體矩形特性，計算被遮蔽之2個頂點，分別為G(Xmin,Ymin,Zmin)、H(Xmin,Ymax,Zmin)。

若符合Xmax及Zmax的特徵點個數等於1時，表示鏡頭有抓到七個頂點，如圖3右側所示，可以找出7個端點，分別是A(Xmax,Y’,Zmax)、B(Xmax,Y’,Zmin)、C(X’,Ymin,Zmax)、D(X’,Ymin,Zmin)、E(X”,Ymax,Zmax)、F(X”,Ymax,Zmin)、G(Xmin,Y”,Zmax)，利用立體矩形特性，計算被遮蔽之第8個端點為G(Xmin,Y”,Zmin)，其中X’、X”、Y’、Y”算法如下：X’：以圖3右側立方體，C點為例，在圖四中已知所有邊線上特徵點空間座標資訊，所以只要輸入Ymin,Zmax找到匹配到的特徵點其X座標值即X’的值。

X”：以圖3右側立方體，F點為例，在圖四中已知所有邊線上特徵點空間座標資訊，所以只要輸入Ymax,Zmin找到匹配到的特徵點其X座標值即X”的值。

Y’：以圖3右側立方體，B點為例，在圖四中已知所有邊線上特徵點空間座標資訊，所以只要輸入Xmax,Zmin找到匹配到的特徵點其Y座標值即Y’的值。

Y”：以圖3右側立方體，G點為例，在圖四中已知所有邊線上特徵點空間座標資訊，所以只要輸入Xmin,Zmax找到匹配到的特徵點其Y座標值即 Y”的值。

依據8個頂點的空間座標，利用3D空間求距離公式 ，計算立體矩形 w寬度、d深度、h高度，可得 材質產生模組15可先計算立體矩形物體俯視面與正視面的長寬比(俯視面長寬比=w/d，正視面長寬比=d/h)，。將俯視面與正視面4個頂點的2D座標與其長寬比使用homography方法取得俯視面與正視面的正焦影像即為俯視面材質與與正視面材質。

虛擬立體矩形物體產生模組13將立體矩形物體的頂點立體空間座標利用OpenGL技術產生虛擬立體矩形物體。並將俯視面材質像當作虛擬立體矩形物之俯視面及仰視面貼圖材質，正視面材質當作剩餘4面貼圖材質。

立體矩形邊線繪製模組16將立體矩形物體8個頂點的立體空間座標與寬度、深度及高度等資訊利用OpenGL技術，於鏡頭影像中的立體矩形物體劃上虛擬的邊線。

空間放置最佳化模組14主要是依據立體矩形收納空間與所有立體矩形收納物的長度、寬度、高度資訊，計算是否可收納。如果 可以收納要計算所有立體矩形收納物要放置的順序與在立體矩形收納空間中的放置空間座標。本實施例中，空間放置最佳化模組14可利用最大區域優先適配(Largest Area First-Fit，LAFF)演算法來計算，首先會排除無法收納的立體矩形收納物(立體矩形收納物的最長邊大於立體矩形收納空間的最長邊)，最大區域優先適配(LAFF)演算法會計算每一立體矩形收納物擺放的順序、位置與方向；因已知立體矩型收納空間的空間座標與收納物長度、寬度、高度資訊，故可以推算如圖4所示的八個點的空間座標，即立體矩形收納物的放置空間座標。如果不可收納於立體矩形收納空間RS，則刪除體積最小的立體矩形收納物RO再進行最大區域優先適配(LAFF)演算法計算，一直刪除到可收納為止。

虛擬立體矩形物體放置模組17主要是模擬立體矩形收納物放置於立體矩形收納空間中的順序與位置。以OpenGL的技術建構收納物的虛擬立體矩形物體，再以動畫的方式移動到放置空間座標上。

透過上述的方式，收納者僅需要透過鏡頭掃描立體矩形收納空間及待收納物，而不需要實際測量或試著擺放立體矩形收納物，故更有效率。此外，收納者也可得到最佳的收納擺放方式，因此可有效地節省收納空間。由上述可知，本實施例確實可以達到極佳的功效。

值得一提的是，就現有的技術而言，若收納者想要將多個收納物置於在一立體空間時，收納者需要實際去試著進行量測或試著先將該些收納物擺放於立體空間中，因此極度缺乏效率。相反的，根據本發明之實施例，立體空間規劃裝置及其方法可運用影像空間處理與計算技術，並透過鏡頭達成立體矩形收納空間規劃，故收納者僅需要透過鏡頭掃 描立體矩形收納空間及立體矩形收納物，而不需要實際測量或試著擺放立體矩形收納物，故更有效率。

此外，若收納者是以上述量測或測試的方法去進行立體空間收納的規劃，通常也很難找到最佳的擺放方式，如此則會造成空間的浪費，無法有效地節省收納空間。相反的，根據本發明之實施例，立體空間規劃裝置及其方法可運用影像空間處理與計算技術，並透過鏡頭達成立體矩形收納空間規劃，再進行收納最佳化運算，因此可提供最佳的收納擺放方式，以有效地節省收納空間。

此外，根據本發明之實施例，立體空間規劃裝置及其方法可擴增實境技術及動畫方式，呈現所有立體矩形收納物在立體矩形收納空間的最佳擺放順序與位置，故使用者可以一目了然的快速了解如何進行收納，使用上更為方便。

另外，本發明之立體空間規劃裝置及其方法可確實解決目前常遇到的收納問題，並可直接應用於一般的智慧行動裝置，因此具備很高的實用性。

再者，本發明之立體空間規劃裝置及其方法可不在大幅增加成本的前提下達到所欲達到的功效，因此極具商業價值。

圖5為第一實施例之流程圖。如圖所示，在步驟S51中，掃描立體矩形收納空間，並進入步驟S52。

在步驟S52中，計算立體矩形收納空間之空間座標與長度/寬度/高度資訊，並進入步驟S53。

在步驟S53中，掃描所有立體矩形收納物，並進入步驟 S54。

在步驟S54中，計算立體矩形收納物的空間座標與長度/寬度/高度資訊，並進入步驟S55。

在步驟S55中，產生所有立體矩形收納物的虛擬立體矩形物體，並進入步驟S56。

在步驟S56中，排除無法放置於空間的立體矩形收納物，並進入步驟S57。

在步驟S57中，判斷是否還有立體矩形收納物？若是則進入步驟S58；若否，表示立體矩形收納物全部被排除，則進入步驟S571。

在步驟S571中，輸出不可收納訊息。

在步驟S58中，進行空間收納最佳化計算，並進入步驟S59。

在步驟S59中，判斷是否可收納？若可收納，則進入步驟S60；若無法全部收納，則進入步驟S591。是在步驟S591中，排除體積最小的立體矩形收納物，並回到步驟S58。

在步驟S60中，將鏡頭轉向立體矩形收納空間並用OpenGL的技術將此立體矩形收納空間的邊畫上線，並進入步驟S61。

在步驟S61中，再依立體矩形收納物的順序與放置空間座標將其代表的虛擬立體矩形物體用動畫的方式擺放至立體矩形收納空間中對應的放置空間座標上。

綜上所述，根據本發明之實施例，立體空間規劃裝置及 其方法可運用影像空間處理與計算技術，並透過鏡頭達成立體收納空間規劃，故收納者僅需要透過鏡頭掃描立體收納空間及待收納物，而不需要實際測量或試著擺放立體矩形收納物，故更有效率。

又，根據本發明之實施例，立體空間規劃裝置及其方法可運用影像空間處理與計算技術，並透過鏡頭達成立體收納空間規劃，再進行收納最佳化運算，因此可提供最佳的收納擺放方式，以有效地節省收納空間。。

此外，根據本發明之實施例，立體空間規劃裝置及其方法可擴增實境技術及動畫方式，呈現所有待收納物在收納空間的最佳擺放順序與位置，故使用者可以一目了然的快速了解如何進行收納，使用上更為方便。

另外，本發明之立體空間規劃裝置及其方法可確實解決目前常遇到的收納問題，並可直接應用於一般的智慧行動裝置，因此具備很高的實用性。

再者，本發明之立體空間規劃裝置及其方法可不在大幅增加成本的前提下達到所欲達到的功效，因此極具商業價值。

可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後 附之申請專利範圍中。

1‧‧‧立體空間規劃裝置

11‧‧‧立體矩形掃描模組

111‧‧‧影像擷取單元

112‧‧‧深度探測單元

12‧‧‧立體矩形空間計算模組

13‧‧‧虛擬立體矩形物體產生模組

14‧‧‧空間放置最佳化模組

15‧‧‧材質產生模組

16‧‧‧立體矩形邊線繪製模組

17‧‧‧虛擬立體矩形物體放置模組

Claims (10)

1. 一種立體空間規劃裝置，係包含：一立體矩形掃描模組，係掃描一立體矩形收納空間及待收納之複數個立體矩形收納物以取得該立體矩形收納空間及各個該立體矩形收納物的一影像及深度資訊；一立體矩形空間計算模組，係根據該影像深度資訊計算該立體矩形收納空間與各個該立體矩形收納物的一長度、寬度、高度資訊；一虛擬立體矩形物體產生模組，可根據該長度、寬度、高度資訊產生各個該立體矩形收納物的一虛擬立體矩形物體；以及一空間放置最佳化模組，係根據該些虛擬立體矩形物體進行一收納最佳化計算。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體空間規劃裝置，其中該空間放置最佳化模組係計算該立體矩形收納空間之一空間座標，再根據各個該立體矩形收納物的該長度、寬度、高度資訊及該空間座標進行該收納最佳化計算。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體空間規劃裝置，更包含一虛擬立體矩形物體放置模組，係根據該收納最佳化計算之結果將該些虛擬立體矩形物體依計算的順序與放置空間座標用動畫的方式模擬放置到該立體矩形收納空間之該空間座標。
4. 如申請專利範圍第2項所述之立體空間規劃裝置，其中該空間放置最佳化模組係利用一最大區域優先適配演算法進行該收納最佳化計算。
5. 如申請專利範圍第4項所述之立體空間規劃裝置，若該收納最佳化計算之結果顯示不可收納，該空間放置最佳化模組則刪除體積最小的該虛擬立體矩形物體，並重新進行該收納最佳化計算。
6. 一種立體空間規劃方法，係包含下列步驟：掃描一立體矩形收納空間及待收納之複數個立體矩形收納物以取得該立體矩形收納空間及各個該立體矩形收納物的一影像及深度資訊；根據該影像深度資訊計算該立體矩形收納空間與各個該立體矩形收納物的一長度、寬度、高度資訊；根據該長度、寬度、高度資訊產生各個該立體矩形收納物的一虛擬立體矩形物體；以及根據該些虛擬立體矩形物體進行一收納最佳化計算。
7. 如申請專利範圍第6項所述之立體空間規劃方法，更包含下列步驟：計算該立體矩形收納空間之一空間座標，再根據各個該立體矩形收納物的該長度、寬度、高度資訊及該空間座標進行該收納最佳化計算。
8. 如申請專利範圍第6項所述之立體空間規劃方法，更包含下列步驟：根據該收納最佳化計算之結果將該些虛擬立體矩形物體依計算的順序與放置空間座標用動畫的方式模擬放置到該立體矩形收納空間之該空間座標。
9. 如申請專利範圍第7項所述之立體空間規劃方法，更包含下列步驟：利用一最大區域優先適配演算法進行該收納最佳化計算。
10. 如申請專利範圍第9項所述之立體空間規劃方法，更包含下列步驟：若該收納最佳化計算之結果顯示不可收納，刪除體積最小的該虛擬立體矩形物體，並重新進行該收納最佳化計算。