李微微+沈冰

摘 要： 针对传统设计方法存在设计耗费时间长、质量差等问题，很难达到用户对于软装饰的高标准需求，通过对室内建模、可视化和美观化不同阶段的分析，设计软装饰流程。其采用Mesh网格生成算法将复杂参数转换为虚拟现实技术擅长的Mesh网格数据，并对局部进行优化；对材质进行边缘检测，确定距离，进行碰撞检测提升软装饰设计质量。实验结果表明，该技术能提高软装饰设计的性能，降低设计成本，并且还能节省大量时间，提高设计有效性，客户满意程度较高。

关键词： 虚拟现实； 室内软装饰； 网格生成； 碰撞检测； 局部优化； 边缘检测； 复杂参数转换

中图分类号： TN911?34； TN958 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）02?0148?04

Abstract： As the traditional design method has high time consumption， poor quality and other issues， it is difficult for users to achieve the high standard demand of soft decoration. The technological process of soft decoration was designed according to the analysis of indoor modeling， visualization and appearance in different stages. The mesh generation method is used to convert the complex parameters into the mesh data in virtual reality technology， and optimize the local material. The edge detection is performed to determine the distance， and then the collision detection is executed to improve the design quality of soft decoration. The experimental results show that the technology can improve the performance of soft decoration design， reduce design cost， save a lot of time， and improve design effectiveness and customer satisfaction degree.

Keywords： virtual reality； indoor soft decoration； mesh generation； collision detection； local optimization； edge detection； complex parameter conversion

0 引 言

随着现代化进程速度加快，室内装修受到越来越多人的喜爱，室内装饰完美的呈现，不但能给视觉带来享受，还能体现生活的品质。由于设计者和客户文化与理念不同，往往设计出来的装饰作品很难满足客户要求，利用虚拟现实技术能够使室内软装饰设计更加合理。虚拟现实技术是思想文化革新，通过计算机艺术形式能够将美学与空间艺术完美的结合，直观影响展现给客户[1]。

由于传统设计方法存在设计耗费时间长、质量差等问题，很难达到用户对于软装饰的高标准需求。基于此现象，利用虚拟现实技术对软装饰设计进行了分析。通过对室内建模、可视化和美观化不同阶段的分析，設计软装饰流程，采用Mesh网格生成算法能够将复杂参数转换为虚拟现实技术擅长的Mesh网格数据，并对局部进行优化。

实验结果表明，该技术能提高软装饰设计的性能，降低设计成本，节省大量时间，提高设计有效性，满意程度较高，为室内装饰提供技术支持。

1 虚拟现实在室内软装饰设计中的应用

目前现代室内装饰设计中，除了地面、墙面、天花板和木饰面的硬装饰之外，还非常重视大件家具、电器的软装饰[2]。室内软装饰设计流程主要有建模、可视化和美观化，不同装饰阶段要求，其表达功能也不一样，如表1所示。

通过对室内建模、可视化和美观化流程不同阶段的分析，设计软装饰流程，如图1所示。

由图1可知，使用网格生成算法能够精准地分析各种布艺、洁具和橱柜等软装饰的形状[2]，充分利用可视化方法将其转变为网格需要的数据结构，并使用图形单元处理进行计算，进而实现真实的光线跟踪，使图像展示都能在每秒钟达到流畅的帧数[3]。重复实现完整建模工具是具有一定难度的，在复杂形体虚拟建模的过程中可以使用该工具，将大量3ds MAX格式文件通过插件进行导出，直接转换使Mesh格式中的3ds MAX文件格式供其使用。

1.1 Mesh网格生成算法

软装饰虚拟设计需要将复杂的参数转换为网格算法中需要的数据，并将不属于网格算法中的结构划分为三种：八叉树、德劳内（Delaunay）、阵线推进的三角形网格生成算法[4]。

德劳内是由三角结构在各个网格的散点处组成的三角剖分，并由此形成最小角。作为最接近软装饰虚拟设计的德劳内，需要将两个距离较近的三角形构造成一个四边形，并将对角线进行兑换，确保六个内角值不会增加。该三角网是具有惟一性的，不可能出现与任何网格点共圆的现象，在该三角形网中，外部圆形不会出现与此相关散点，惟一可能出现的情况就是三点共圆[5]。

德劳内的三角剖分对软装饰虚拟设计具有区域构建的惟一性、网格点的接近性、相邻三角形的最优性、三角网排列的最规则性[6]。为了构造三角网，提出局部优化过程，使用LOP对三角网进行处理，如图2所示。endprint

在室內软装饰三维物体数据中，经过图2的局部优化过程不仅能够高效地存储数据，还能通过快速遍历的方法提高真实感的渲染算法。

节点并不实际存储于任何数据模型中，根据理想模型，将灯光或者布艺等其他软装饰连接在每个节点上，通过节点种类和几何变换信息获取模型在场景中的位置与大小[7]。

利用数据组织的方式能够节约存储空间，并使用同一面墙体在不同虚拟场景中进行模拟，位置相同，设计存储的几何数据都存在一定的误差，被多次使用的节点需要定量删除、节点删除。但是真正模型物体不会被删除，只有当模型引计数为0时，模型才能被删除。场景数据组织方式不仅能决定数据存储效率，还会影响内存管理情况，对碰撞情况进行检测。

1.2 碰撞检测

为了使同一材质之间的缝隙减小，首先需要对材质进行边缘检测，通过对每一个材质检测，能够确定它们之间的距离[8?9]，检测各个材质之间的距离，将参照对象Oa与Ob之间的距离需要考虑x，y轴，将两者同一轴之间的距离与规定距离进行比较，如下：

将两者之间的差值绝对值进行比较，获取差值最小的一轴，再来判断两个对象位置关系，如下：

得到位置关系之后，改变坐标，获取两个对象之间的距离，如下：

通过获取的对象距离，将所有室内软装饰物体视为场景一部分[10]，物体几乎都是静态，考虑极值点定义上的静止关系，将三维问题转化为独立一维问题，再进行组合，完成碰撞检测。

2 实 验

2.1 实验参数与环境设置

选取50个采用虚拟软装饰设计的室内，再选取50个采用传统设计方法的室内，为了说明实验真实性，采用3ds MAX工具进行检验，因此需要计算机配置为：

1） 操作系统：虚拟现实平台（VRP）支持Windows 2000和Windows XP，如需系统需要应及时打上相应的补丁。

2） CPU：选择最低800 MHz的主频CPU。

3） 内存：针对内存要选用最低128 MB，硬盘需要使用40 GB以上的。

4） 显卡：使用DirectX 8.1的显卡，适合虚拟现实平台（VRP）运行。

2.2 设计性能结果与分析

基于虚拟现实在室内软装饰设计中可以将材质产品进行导入，其步骤为：

1） 软装饰材质文件重新命名：产品ID.jpg；

2） 模型产品导入，填写数据，对文件进行命名和预览；

3） 模型产品导入，贴图文件上传到模型文件目录中，并预览目录。

进入虚拟界面之后，按照操作流程能够创建室内软装饰。将传统设计方法与本文设计方法所耗费时间进行对比，结果如表2所示。

由表2可知，当实验次数为1次时，采用虚拟现实对室内软装饰进行设计，可观性所耗费时间与传统方法相比缩短了27 s，而实用性所耗费时间与传统方法相比缩短了3 s；当实验次数为5次时，采用虚拟现实对室内软装饰进行设计，可观性所耗费时间与传统方法相比缩短了36 s，而实用性所耗费时间与传统方法相比缩短了5 s；当实验次数为50次时，采用虚拟现实对室内软装饰进行设计，可观性所耗费时间与传统方法相比缩短了58 s，而实用性所耗费时间与传统方法相比缩短了11 s。

2.3 模糊偏好结果与分析

为了获得客户满意度调查结果的可观性与真实性，进行模糊偏好结果与分析，并在装修公司进行统计。针对调查结果进行计算与汇总，如表3所示。

由表3可知，分类指标有灯具、布艺、窗帘等软装饰；单项指标是对各个软装饰产品评价。传统设计中，客户对于分类指标与单项指标满意程度为7%左右，中立态度为36%左右，不满意程度高达57%左右。改进设计中，客户对于分类指标与单项指标满意程度为68%左右，中立态度为12%左右，不满意程度高达20%左右。客户对于虚拟现实方法设计室内软装饰满意程度较高。

3 结 语

随着经济快速发展，虚拟现实技术广泛应用给人们生活带来了巨大影响，尤其是在装修方面。传统设计方法存在设计耗费时间长、质量差等问题，很难达到用户对于软装饰的需求，为此利用虚拟现实技术能够设计出质量良好、环保意识较强的产品。

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