室居美化智能專家咨詢系統的智能計算與檢測分析技術

孫雯婷，呂鴻飛，游文慧，李浩然，周燕，張高煜

室居美化智能專家咨詢系統的智能計算與檢測分析技術

孫雯婷，呂鴻飛，游文慧，李浩然，周燕，張高煜

專家咨詢系統是現今互聯網家裝的重要開發領域，在解決家居環境設計軟件操作繁雜，用戶缺乏相關專業知識不能獨自設計家居等難題時起到了積極作用。智能計算與檢測分析是專家咨詢系統中重要的研究內容，基于智能控制理論實現了檢測分析家具擺放合理性的技術，并根據智能計算提出合理的決策。

智能計算；檢測；分析；智能控制理論；中心坐標

0 引言

室居美化智能專家咨詢系統是新型的3D室居美化軟件。從現實需求現狀和安全合理角度出發，室居美化智能專家咨詢系統采用自行研制的新型智能檢測技術，通過簡單的智能計算，檢測家具與墻壁、家具與家具、家具和門窗之間的間距，與后臺數據庫數據進行對比，判斷數據合理性，防止家具圖示逾越設計圖紙的墻壁界限或與之交疊。智能檢測算法根據智能計算的結果，用于智能分析用戶家具擺放的合理性，做出正確的設計指導，提高室居美化方案的合理性。

智能計算與檢測分析作為人工智能的一個重要研究領域，允許決策者和信息經營者、資源配置者和管理者、策略規劃者和裝備控制者改進他們的工作效率，已經成為學術界關注的焦點，其發展前景備受世人矚目。

人工智能（Artificial Intelligence）是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學[1]，它是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。

本課題的智能檢測分析最終的目的是要給出決策建議，而這正是人工智能的一個重要研究領域分析決策支持系統（DSS）[2]的延展，它是輔助決策者通過數據、模型和知識，以人機交互方式進行半結構化或非結構化決策的計算機應用系統。它是管理信息系統（MIS）[3]向更高一級發展而產生的先進信息管理系統。它為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環境，調用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質量。

一般，在決策實時性要求較高的場合，時間可能就是最重要的決定因素；空間維則用來觀察外部世界，與決策環境的空間因素相聯系，一般用來描述對決策具有重大影響的因素，如不同意見及其帶來的額外信息等[4]。很多決策過程已經對時間和空間因素提出相當高的要求，這些因素反過來又對決策支持系統的理論和方法提出了新的挑戰。

而在室居美化專家咨詢系統中，作為問題的處理者和決策的給予者，正是出于為使用者規范家居擺放合理性的目的，而設置了智能檢測分析使用者所在家居環境問題的功能。

室居美化智能專家咨詢系統的智能計算與檢測分析技術基于常規控制理論[5]。針對傳統意義上繁雜、高投入、低成效的專家咨詢體系，智能計算與檢測分析技術以左上角為原點建立坐標系，獲取被選中的家具元素的數據（頂點坐標、朝向、中心坐標）和戶型數據（長、寬、窗戶坐標、房門坐標、過道坐標），通過面壁檢測，靠墻檢測檢、安全領域檢測、遮擋檢測檢、關系檢測家具和相對領域檢測，檢測家具位置，家具種類，以及家具與墻壁，家具與家具間的間距合理性和安全性，簡化家居美化分析過程，提高室居美化效果，符合用戶需求。從現實需求現狀與合理性出發，智能計算與檢測分析技術結合后臺的安全數據，智能分析通過智能計算得到的數據檢測結果[6]，將檢測與分析結果寫入數組，讀取該數組，顯示合理的家居美化提示，規范傳統家居系統家具擺放不合理的現象。

1 概述

室居美化智能專家咨詢系統的智能計算與檢測分析技術適用于在二維場景內擺放家具時對用戶家具的擺放進行智能的分析檢測，從安全合理的角度檢測家具的擺放是否正確，并根據結果將在下方給出相應提示，其檢測順序如圖1所示：

圖1 檢測順序

2 檢測詳解

2.1 基本架構

為了方便闡述，戶型一律采取長方形，以左上角為原點建立直角坐標系，（x1，y1） （x2，y2） （x3，y3） （x4，y4）為家具頂點坐標，分別對應左上、右上、左下、右下4個頂點，（x，y）為家具中心坐標，具體如下圖2所示：

圖2 基本架構

其中，家具朝向共有11種，分別是無朝向、朝北、朝南、朝東、朝西、橫、豎、東北、東南、西北、西南，在系統中分別用阿拉伯數字0～10代表。

2.2 面壁檢測

由于用戶是在二維俯視圖的環境下擺放家具的，無法很直觀地判斷家具的朝向，這就可能導致家具反向擺放，常見的錯誤便是面對墻壁擺放，因此，系統將會檢測家具（例如柜子、冰箱、電視等）是否面壁擺放，若是，則給出提示。

簡言之，判斷是否面壁的條件是家具正面離墻的距離小于背面離墻的距離，因此該檢測是針對有正反面之分的家具，不包括無朝向和朝向為橫豎的家具。

以朝北的衣柜為例，當y1＜y3或y2＜y4時，家具有兩種基本擺放形式下圖3所示：

圖3 面壁檢測說明圖

很顯然，家具a為面壁擺放，家具b為正常擺放。因此，取其中心坐標到北面墻壁的距離d1，中心坐標到南面墻壁的距離d2，若滿足d1＜d2，則判斷家具擺放錯誤，系統將給出相應的提示。

偽代碼：

2.3 靠墻檢測

出于安全考慮，某些家具（例如柜子、冰箱、電視等）一般需要靠近墻壁擺放，因此，系統將會檢測這些家具是否靠墻擺放，若沒有，則給出提示。

一般來說，具有靠墻傾向的家具與墻壁之間存在一個最佳理想距離W，也就是說家具放在這個范圍之內是最安全的。

偽代碼：

2.4 安全領域檢測

每個家具之間都應有一個安全距離，不應靠的太近，因此，系統將對家具之間的距離進行檢測，若小于一定值時，則給出提示。

下表列舉了7類家具的安全領域S（以紅色區域表示），在該區域內不得擺放任何家具（特殊情況除外），詳細說明如表1所示：

表1 安全領域檢測說明表

偽代碼：

2.5 遮擋檢測

為了防止用戶擺放家具時發生遮擋門、窗、過道的失誤，系統將會檢測家具（例如柜子、冰箱、梳妝臺等）是否存在對其遮擋的可能性，若存在，則給出提示。

該檢測實則為對門、窗、過道的安全領域檢測，判斷條件為在其安全領域內是否擺放任何家具，在檢測的過程中，首先獲取該房間內門、窗、過道的位置信息，即具體的坐標，詳細說明如表2所示：

表2 遮擋檢測說明表

偽代碼：

2.6 關系檢測

現實中，存在兩種家具（例如桌子和椅子、床和床頭柜等）擺放時一般成對出現，并且可以從前者出現推出后者出現，則后者稱為前者的關聯家具。因此，在用戶擺放的過程中系統將給出提示（例：假設房間中已有一張桌子，則系統將給出提示“您是否需要凳椅”，并提供推薦產品鏈接），讓用戶更加輕松順利地完成設計。

偽代碼：

2.7 相對面積檢測

為了防止用戶選擇的家具面積過大，系統將對所有家具進行相對面積檢測，若該家具的面積超過房間面積的1/3，則給出提示。

偽代碼：

2.8 結果展示（以臥室為例）

①面壁檢測&靠墻檢測如圖3所示：

圖3 臥室設計1——智能分析圖

由圖3可以看到，用戶選擇了床和床頭柜，但床頭柜在俯視視角的二維場景下無法直觀地判斷朝向，從而發生了將其正面對著墻壁擺放的錯誤，因此，根據面壁檢測結果，系統會提示用戶檢查床頭柜的擺放方向；同時，由于上述錯誤，將導致床頭柜無法通過靠墻檢測，因此，根據靠墻檢測結果，系統會提示用戶床頭柜應靠墻擺放。

②安全領域檢測

如圖4所示：

圖4 臥室設計2——智能分析圖

由圖4可以看到，用戶選擇了床、床頭柜和衣柜，但衣柜緊緊貼著床擺放，在打開柜門之時會與床沿發生碰撞，因此，根據安全領域檢測結果，系統會提示用戶衣柜與床距離太近。

③遮擋測試

如圖5所示：

圖5 臥室設計3——智能分析圖

在圖5中可以看到，用戶選擇了床和衣柜，但衣柜被擺放在了窗戶前，遮住了窗戶，因此，根據遮擋檢測結果，系統會提示用戶不要將衣柜擺放在窗戶前。

④關系檢測

如圖6所示：

圖6 臥室設計4——智能分析圖

由圖6可以看到，用戶選擇了床，卻沒有選擇床頭柜。因此，根據關系檢測結果，系統會提示用戶可能遺漏的家具——床頭柜。

下一步我們將致力于研究實現二維圖像的智能計算與檢測分析技術，實現二維圖像與三維虛擬環境相互轉換。優化智能計算算法和檢測分析算法，加入二維圖像分析技術，以左上角為原點建立坐標系，智能計算二維圖像的物理數據（如采光率、方位、門窗位置和家具中心坐標等），建立三維虛擬環境，檢測分析家具種類，智能計算家具擺放的合理性與安全性，并結合優化模擬等技術實現對空間布置的優化，提供給用戶真實的三維虛擬效果。

3 總結

本文從現實需求狀態與合理性出發，智能計算機與檢測分析技術結合后臺的安全數據，簡化家居美化過程，提高了室居美化效果。

[1] 劉銘.若干混合智能計算方法及應用研究[D].吉林:吉林大學, 2014.

[2] de Silva Clarence W. The role of soft computing in intelligent machines[J]. Philosophical Trans of the Royal Society (A), 2003;1809.

[3] 畢恒.自動檢測與智能分析技術在安防中的應用探析[J].現代裝飾(理論), 2013.

[4] Junya Lv an improved clustering algorithm based on Intelligent Computing [J]. Journal of Networks, 2014-(6).

[5] 馬德印.若干智能計算方法及應用 [D].吉林:吉林大學,2013.

[6] Joe E. Amadi-Echendu. Concepts for validating intelligent process measurements [J]. ISA Transactions ,1997(-4).

Intelligent Computing and Detection Analysis Technology on Intelligent Expert Consultation System for Home Decoration

Sun Wenting, Lv Hongfei, You Wenhui, Li Haoran, Zhou Yan, Zhang Gaoyu
(Shanghai Finance University, Shanghai 201209, China)

Nowadays, expert consultation system is one of the most important fields on the Internet decoration. It plays a positive role in solving the problems that lots of decorating design softwares are complicated to use for beginners, and some users also can't design independently for lack of related and professional knowledge. Calculation and detection of intelligence analysis are important research contents in the expert consultation system. This paper realizes the technology of rationality detection and analysis for furniture display based on the conventional control theory, and puts forward reasonable proposals by the expert according to computational intelligence.

Intelligent computing; Detection; Analysis; Intelligent control theory; Core coordinate

TP311

A

1007-757X(2016)10-0010-04

2016.03.12）

上海大學生創新創業項目（201511639031）

孫雯婷（1996-），女，上海金融學院學生，專業：電子商務，上海 210209

呂鴻飛（1995-），男，上海金融學院學生，專業：電子商務，上海 210209

游文慧（1994-），男，上海金融學院學生，專業：電子商務，上海 210209

李浩然（1996-），男，上海金融學院學生，專業：電子商務，上海，201209

周 燕（1995-），女，上海金融學院學生，專業：電子商務，上海 210209

張高煜（1972-），男，上海金融學院信息管理學院副教授，工學博士/博士后，研究方向：社會計算，嵌入式系統開發，上海 210209