基于三维视觉的室内装饰墙虚拟砌筑系统设计
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摘 要： 针对传统的虚拟砌筑系统设计效果存在用户满意度低的情况，将三维视觉应用到系统设计中，设计一种基于三维视觉的室内装饰墙虚拟砌筑系统。系统硬件部分包括处理器与显示模块，软件部分主要利用三维视觉获得装饰墙中各个坐标之间的相互关系，估计场景图像中的深度信息，按照相似度大小对图像拼接。最后，通过平移、旋转、裁剪等交互方式对室内装饰墙虚拟砌筑。实验采用调查问卷的方式，对比结果表明，用户对于此次设计的系统满意程度较高，对传统系统满意程度较低，证明了此次设计的系统有效性。
关键词： 室内装饰墙; 虚拟砌筑; 系统设计; 三维视觉; 图像拼接; 调查问卷
中图分类号： TN919.85?34; TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2020）14?0125?03
Design of 3D vision?based virtual masonry system for interior decorative wall
MA Yilan
（Hetao College， Bayannur 015000， China）
Abstract： In allusion to the design effect of the traditional virtual masonry system has low user satisfaction， the 3D vision?based virtual masonry system for the interior decorative wall is designed by applying the 3D vision to the system design. The hardware part of the system includes processor and display module. In the software part of the system， the 3D vision is used to obtain the relationship between coordinates on the decorative wall， the depth information in the scene image is estimated， and then the image is spliced according to the similarity degree. The interior decoration wall is constructed by means of the translation， rotation， clipping and other interactive modes. By means of the questionnaire， the experimental results show that the users are satisfied with the designed system， but less satisfied with traditional system， which proves the validity of the designed system.
Keywords： interior decorative wall; virtual masonry; system design; 3D vision; image splicing; questionnaire
现有的室内装饰墙砌筑方法选材及沟通效率低，用户满意程度低，对项目的成本、工期等造成影响。针对目前存在的问题，设计一种基于三维视觉的室内装饰墙虚拟砌筑系统，来解决目前用户满意度低的问题。此次设计的系统硬件包括处理器与显示模块，软件部分主要将三维视觉应用到系统设计中，从而实现基于三維视觉的室内装饰墙虚拟砌筑系统的设计。
1 硬件架构设计
1.1 处理器设计
采用S3C6451处理器，该处理器内部集成硬件编解码模块、开发板[1]与核心板，核心板与地板之间通过连接器连接[2]，满足用户切换装饰墙和进行各种形式的拓展。该处理器主要完成的任务如图1所示。
该处理器能高度优化室内装饰墙数据，可以通过主机接口控制处理器通信[3]和图像编码功能，处理器结构如图2所示。S3C6451处理器用于处理室内装饰墙虚拟砌筑图像，因不能显示图像，故在下一步设计显示室内装饰墙虚拟砌筑过程[4]。
1.2 显示模块设计
采用液晶UI7894显示室内装饰墙虚拟砌筑过程和结果[5]，能够与单片机直接连接[6?7]。该显示模块中的引脚功能如表1所示。
2 软件流程设计
根据用户的需求操作软件，对室内装饰墙进行旋转[8]、平移、裁剪、切换等操作。对室内装饰墙虚拟砌筑系统设计过程中，采集室内装饰墙不同角度[9]的原始图像，对室内装饰墙材料预处理，将装饰墙材料对应的图片材料坐标定义为三维坐标系[10]，利用式（1）将第[i]幅装饰材料图像的透视投影表述为：
式中：[m]为室内装饰墙材料原始图像数量;[fk]为室内装饰墙材料原始图像的底层数据分布特征信息;[-fkfkcot θ]为对[fk]进行平移及透视变换。
依据每个坐标系之间不同的相互关系，获取不同的成像集合，判定图像与实际的结构参数，精确校对图像。在此基础上，估计场景图像中的深度信息，采用面片逼近曲线方法，对建立的初始模型进行全局迭代优化，具体步骤如下： 1） 计算室内装饰墙场景中的深度值，利用式（2）定义各个图像之间的相关性度量。
式中：[M]为像素点的边缘轮廓特征量;[（x1，y）]为室内图像关键点的坐标;[x]为数据拟合条件。
2） 依据HDUI获取的室内装饰墙图像，建立三维初始模型，消除图像中的误差点。利用三维视觉中x，y，z坐标之间的关系将室内装饰场景离散为一个三维栅格结构。在此基础上，计算各个节点与最相邻图像间的代价函数，计算公式如下：
式中：[?x]为室内装饰墙图像特征点与相邻最近特征点之间的距离;[Ωyv，Ωgh]为室内装饰墙图像特征点与轮廓信息优化配准的匹配得到的图像像素密度。
3） 依据三维视觉坐标点，将图像像素映射到三维空间中的对应点，将部分点定义为待重建三维场景表面上的点，拼接原理如图3所示。
图3中，数字代表室内装饰墙设砌筑图像，通过上述计算对图像进行排序，并利用式（4）来表现图像拼接过程：
式中，[lincf]为根据三维视觉坐标点对室内装饰墙砌筑图像进行相似度及大小匹配。
依据式（4）计算，将得到的墙体与装饰材料照片坐标信息存入数据库，通过平移、旋转、裁剪等交互方式对室内装饰墙虚拟砌筑。
3 实验对比
3.1 实验方案设计
实验采用用户调查问卷的方式，分别使用此次设计的基于三维视觉的室内装饰墙虚拟砌筑系统和传统系统设计某室内装饰墙，对比不同用户对两个室内装饰墙虚拟砌筑效果的满意度。实验过程中，对进入该室内的100个用户发放调查问卷，收回效率为100%，采用不记名方式打分，调查问卷中包括对室内景观的直观感受评分和感兴趣度打分。为了保证实验的严谨性，让100个用户按照不同的时间进入场景中，将调查问卷分割为10组，对10组调查问卷的平均分汇总。
3.2 实验结果分析
记录调查问卷，将调查结果生成对比表，实验对比结果如表2所示。
分析表2可知，用户对此次设计系统的设计效果满意度较高，10组打分达到90分以上，说明用户对该系统满意程度高。而用户对传统系统的设计效果平均满意度在70分以下，满意程度较低。对比可知，此次设计的系统比传统系统满意程度高20分左右。
通过上述对比可以证明，此次设计的基于三维视觉的室内装饰墙虚拟砌筑系统比传统系统用户满意程度高，能够为用户提供满意的室内装饰墙效果。
4 结 语
针对传统的室内装饰墙虚拟砌筑系统设计效果用户满意度低的情况，将设计一种基于三维视觉的室内装饰墙虚拟砌筑系统，与传统系统设计进行实验对比。结果表明，此次设计的系统用户满意度高于传统系统的用户满意度，更符合用户需求。
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