易家：一个在线虚拟家居装饰系统外文翻译资料

 2022-11-25 15:12:04

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易家：一个在线虚拟家居装饰系统

Mingmin Zhang, Zhigeng Pan*, Xixi Huang, Nan Xiang, Shuwen Wang and Pengyu Zhu

State Key Laboratory of CADamp;CG, Zhejiang University, Hangzhou, China

Hangzhou Normal University, Hangzhou, China

Jilin VIXO Animation, Comics amp; Games Technology Co. Ltd

摘要

本文提出了一种将web交互技术集成到虚拟家居中的在线虚拟家居装饰系统。该系统的主要功能包括房屋设计、房屋装修、数据管理等，在房屋设计中，我们提出了一种墙体自动拼接的方法，以设计各种房屋。在房屋装修中，我们介绍了包含门的墙体离散化算法所对应的墙体装饰原理、或窗户、以及在不规则地板上的三角形化。对于各种不同的纹理和拼贴规则，我们提供了一种新的纹理拼贴映射方法，利用纹理渲染技术生成小几何纹理将根据纹理的结构属性映射到大型目标对象中。因此，纹理还保持了自身的整体连续性，在数据管理方面，我们在系统中嵌入了一个浏览器，方便用户使用获取基于网络交互的装饰模型。下载这些模型后，它们根据向导信息生成虚拟场景以展示给用户。此外，系统还可以自动生成一些报价单。实验的结果表明，该系统能够方便地向用户展示一个适合他们的、真实的住宅。

关键字

虚拟现实、虚拟住宅设计与装饰、纹理拼贴、网络交互

*Correspondence

Zhigeng Pan, Hangzhou Normal University, Hangzhou, China.

E-mail: zmm@cad.zju.edu.cn

  1. 介绍

众所周知，传统建筑工业的设计方法包括建筑微型、建筑插图和建筑动画。尽管用户并不能从建筑物穿行，但建筑微型为用户提供了一个可以俯瞰建筑全局的视图，。建筑插图使用图形工具来描述建筑环境。由于它只提供一些静态和局部图片，因此能否构建一个全局场景仍取决于用户的想象力。建筑动画[ 1 ]缺乏实时交互，用户无法控制显示场景的内容和效果，但是它可以通过录制视频实现动态效果。因此，它的优点是利用虚拟仿真系统[ 2 ]取代传统的设计方法，提供一个面向设计师、建筑工程师和用户的平台。

为了满足市场需求，提高用户体验，我们提供了一个全新的、面向数字家庭[ 3 ]并应用虚拟现实技术[ 4 ]的名为虚拟家居装饰系统的仿真系统。

该系统提供了一种以用户最喜欢的方式构建虚拟房屋的方法。用户可以在虚拟场景中绘制不同的墙壁，而墙壁可以根据自动连接算法进行合理连接。当墙壁围绕在同一个封闭空间时，房间便出现了，而各种房间可以组合成一个房子。

用户不仅可以漫游房屋，而且可以由设计师控制室内装饰[ 5 ]。材料装修是装饰房屋必不可少的一步。例如，墙上装饰壁纸，地板铺设瓷砖等。更重要的是，我们提供了一种个性化的装饰方法，通过这种方法，瓷砖纹理可被自由拼贴用来装饰我们系统中的墙壁或地板。

同时，所有装饰材料均来自网站。一旦装饰材料选自网站，它们可以自动下载和使用连同包括大小的特定指令，格式和材料的其他属性。此外，所有包含材料和家具的装饰品都可以统计汇总，相关报价单列表可也可以提供。

这样，一个美妙而真实的房子场景就可以由虚拟家居装饰系统呈现了。

  1. 相关工作

房屋设计与装修制度主要分为两类。一种叫做向量绘图软件及其在计算机辅助设计中的应用字段。二是仿真软件虚拟交互式演示。

AutoCAD和Coreldraw作为矢量被广泛使用的绘图软件。两者都可以用作房屋设计[ 6 ]。但是，这类软件是为专业工程师创造的。

正因为如此，为了让用户更清楚地了解房屋或其他相关产品许多建筑企业开始发展交互设计[ 7 ]的仿真软件。

例如，Sweet家庭3D和家庭设计3D就是上述软件。它们提供了一些简单的方法：在二维视图中设计和装饰房屋，并走进三维视图。在装修房子之前，用户可以选择分类房间类型。但是，它们没有提供个性化住宅设计，特别是墙体设计。Oxman等人[ 8–10 ]建议的参数化设计复杂的建筑模型，虽然不是自动的。这介绍了一种在房屋建造过程中墙体自动拼接的设计方法，目的是提供各种房屋设计。

装饰房屋时，纹理映射是必不可少的，这可以使房子更真实。魏[ 11 ]提出了一种基于块的纹理映射技术。大的纹理被分解成小纹理储存以备日后使用。波奎特等人[12]提出了一份视图相关纹理映射的扩展技术，允许在高帧率下绘制复杂的几何网格而并非通常模糊或蒙皮的手绘品。李等人[ 13 ]提出了一种实现映射到任意3D曲面上的无失真纹理的方法。它使用了一个方案将3D曲面展平到2D参数化域中执行并不要求平整表面的2D边界为静止的。然而，上述方法是不适合及时装修房子的。当将纹理映射到某些特殊区域的时候，例如不完全区域和不规则区域，有些特殊的问题应该被关注。不完全区域表示包含一些小空区域的大区域，例如具有门或窗的墙壁。而不规则区域意味着它的边界是不规则的，比如地板。在本文中，不完全区域分为几个离散的子部分，而不规则区域是映射纹理前的凸形化和三角形化。

此外，结合拼贴规定在映射不同纹理时，传统的方法是采用拼贴规则在目标物体表面得到纹理坐标。存储空间包括不同纹理的图片和不同纹理的大小坐标。这种情况下对时间的消耗很高，因为它需要计算所有纹理的坐标，而目标对象已不断更改。时至今日，纹理合成的理念[ 14 ]相比于几年前已经有了很大的变化。纹理合成是指可通过某种合成算法将小的样本纹理集成大的连续纹理，这种情况在大规模实时渲染系统，纹理拼贴规则操作中经常遇到。

因此，采用纹理合成技术来存储小的纹理来代替大的纹理是为了充分利用存储空间和占用较少的计算量。然而，这些纹理合成方法非常耗时并且不适合实时系统。因此，我们提供了一个一种新的基于纹理的拼贴映射方法。在输入小纹理样本时，连续输出的纹理来自于纹理合成。几何纹理[ 15 ]是通过渲染到纹理技术生成并结合一些拼贴的规则，可以快速映射到虚拟场景中的对象。

而且，林等人[ 16 ]开发了一种基于网络的多用户室内设计，充分利用了虚拟现实、网络和数据库等技术。它允许用户在虚拟空间中通过网页浏览器与3D虚拟对象交互。该系统趋向于展示室内设计和装饰产品，将浏览器作为展示的平台。潘等人[ 17 ]展示了几种嵌入3D可视化技术的在线产品，如EasyMall (虚拟购物中心)和EasyShow (纺织品虚拟展示)。尤其是在虚拟商场系统中将虚拟现实技术融入电子商务。最后，虚拟现实技术与web技术相2技术。随着虚拟现实技术的发展，它提供了更多的沉浸感和适应性，当用户设计和装饰房子时，网络交互式模式提供了强大的产品管理和高度的人机交互。此外，某些特定格式，如JavaScript对象表示( JSON )信息或在系统中被采用的XML文件。JSON [ 19 ]，这是表示法也是一种轻量级数据交换格式。XML文件用于存储大数据[ 20 ]。因此，我们的系统中的大数据可以通过以下方式有效的管理这些方法。

  1. 系统结构

系统主要分为五个部分:房屋设计、房屋装修、房屋浏览器、交互管理和数据管理，如图1所示。

图1. 系统结构

房屋设计：这部分负责房屋建筑。墙体设计是房屋设计的核心。不同的墙体相交并互连到房间。当把不同的房间.结合在一起时，房屋便建好了。

房屋装修:它被用来装饰一座已完工的房子。装饰对象涉及墙壁，地板和天花板。装饰材料如墙纸或标题都可成为装饰物品。窗户和门可以嵌入在墙上。软性的装修方式及家具布置也可运用在虚拟房屋装饰中。

房屋浏览器：它提供了各种观察视图。2D视图给出一个正交视图场景的投影，而3D视图提供俯视图。漫游视图则允许用户欣赏房子的任意角度的任意位置。

交互管理：交互管理可以管理的系统中的所有交互，涉及网络交互，控制交互和场景交互。它接收用户的请求信息、通信信号并给出适当的响应。

数据管理：数据管理主要包括三个部分。模型数据是从嵌入式浏览器下载的有关装饰产品的信息。房屋类型文档可以存储所有有用的房屋信息。统计数字数据是当前虚拟场景中的所有模型的的统计信息。

根据功能需求，系统可以设计为三个模块。它们是场景视图模块、功能控制模块和web浏览器模块。如图1所示，用户不仅可以在局部场景视图中设计并布置房屋也可在嵌入式浏览器下载各种位于服务器端的装饰模型。场景视图模型可以响应各种交互和更新实时渲染效果。

根据用户需求，系统界面[ 21 ]的设计如图2所示。它分为嵌入式浏览器、功能控件和场景视图。嵌入式浏览器为用户提供了一个web界面，以便浏览并下载装修模型或推荐房屋。功能控件提供不同的功能类型以便用户选择。场景视图是为用户设计虚拟房屋的虚拟场景。

图2. 系统界面

交互式嵌入式浏览器：基于web的装饰模型通过嵌入式浏览器被接收。所有的装饰模型和其它相关信息被存储在服务器端，通过浏览器在网络交互方式下下载。

交互式功能控件：功能控件提供各种供用户选择的功能，包括墙壁设计、视图类型，渲染效果，房屋进出口等。只要一个控件被选择，场景视图功能便被唤醒，并且相应的是用户可以在场景中操作。

交互式场景视图：场景视图通过以下方式实现虚拟现实技术，提供系统中的各种交互式运算符。设计和装饰房屋，例如画一堵墙、建造房屋、放置门窗并布置家具。改变不同的视角，例如2D视图、3D视图和漫游视图。其中主要交互式方法是通过鼠标控制。

因此，系统的两个特性都有很强的交互性和海量的数据管理。它提供多种方便用户操作的界面。此外，系统可以有效地管理大规模数据。一方面，存储在web服务器上的所有装饰数据可以通过网络传输获得。另一方面，数据被组织为特定格式，例如JSON信息或XML文件。

  1. 实现

4.1. 房屋设计

由于墙面是房屋的核心，房屋设计的基本任务是墙面设计。 在该系统中，墙的正交投影（2D视图）是矩形的，并且在3D视图中，它是矩形块。 在该系统中，墙体是通过人机交互设计的，而墙体是通过由鼠标控制的中心线来驱动的。

绘制墙体时，一些几何约束控制墙体与其他完整墙体之间的关系。 为了防止墙壁彼此穿透，当新墙壁W2与存在的旧墙壁W1相交时，从墙壁W1开始的部分与新墙的终点（点b2）的交点（点O）将被切断，如图3所示。

因此，当各个墙面连接时，我们采用防止渗透的算法来连接它们，算法如下。

假设有一组墙面被称为，意味着第i个墙壁，如图4所示，是中心线的起点，而是中心线的终点。

n是墙的总数。 并且新墙壁被认为是。墙壁的厚度是2。之后，我们就可以用公式（1）来描述2D视图中的墙壁的四个顶点（j = 1,,4）。

图3. 两种墙与墙之间连接的情况。虚线是墙的中心线。O是交点。是旧的墙， 是旧墙，是从

图4. 墙壁交叉点的二维图表

（1）

其中，，分别是点,的坐标。

步骤1：如果是旧墙，则检查新墙的开始点是否位于由顶点，，和组成的区域内。 如果在区域内，则继续按步骤1进行下去，否则转到步骤2。

步骤2：检查段与段之间的关系。如果它们相交，设相交点为并分别求出段和段的相关长度dT和dS,如公式（2）所示，指距离规范。

/

/ （2）

步骤3：如果得到了dT的最小值，我们可以得到墙壁的区段。 然后我们可以得到墙面的端点，它们被描述为和。

首先，我们可以从公式（1）中得到参考位置和。然后得到从到的长度增量v3和从到的v4。使用公式（3）。

最后，终点和可以表示为公式（4）

如果端点和在内，则它与图3（a）中的连接情况相同。图3（a）显示了两个墙面之间的连接，多层墙面的连接可以简化为两个墙面的连接。根据交互点，旧墙可以分为两个新墙，所以旧墙分为墙和墙。

否则，如果存在一个端点不在内，那么结果如图3（b）所示; 存在间隙（红色圆圈），并且拼接算法应该使连接无缝。 对于图5中的一个例子，假设两面墙在一个点Q相交并且它们的外侧边界可以延伸到与点P相交，而内侧边界与点Q相交，则连接点P和Q.并且新墙壁QP和PQ可以代替原有的墙壁。这种方法可以使拼接的墙体看起来很自然。

这种拼接算法不仅适用于两面墙的连接，而且也适用于任意墙的连接。如图6（a）中所示，假设许多具有相同厚度h的墙相交于O点，很明显，所有墙的边界点都可以落在直径为h，中心点为O的圆上。因此，系统选择有最大交叉角的两面墙壁以弥补相交墙壁之间的空隙（例如，角度P是图6（a）中的最大交叉角）。否则，如果两个墙随机选择（例如，角度P不是图6（b）中最大的交叉角），这样拼接出来的墙面则是不自然的，拼接后会出现间隙。当许多墙连接到外部空间时，会创建一个房间。最终，一组房间组成房屋。

图 5. 两面墙的拼接

图6.不同墙面的拼接 （a）拼接的最佳效果。 （b）拼接发生间隙（红圈）

4.2.房屋装饰

房屋装饰包含软装饰和硬装饰。 系统中的软装饰是在虚拟房屋中安放家具。 而家具是通过网络互动的方式获得，由嵌入式浏览器下载，并在虚拟场景中显示。同时，用户可以改变家具的大小，位置，观察点以及实现家具的复制和删除。系统中的硬装饰包括在墙上放置窗户或门以及装饰在墙壁和地板上的材质纹理。此外，本文提出了一种新的纹理贴图映射方法。

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