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(tǒng)的智能計(jì)算與檢測分析技術(shù)

孫雯婷，呂鴻飛，游文慧，李浩然，周燕，張高煜

專家咨詢系統(tǒng)是現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)家裝的重要開發(fā)領(lǐng)域，在解決家居環(huán)境設(shè)計(jì)軟件操作繁雜，用戶缺乏相關(guān)專業(yè)知識(shí)不能獨(dú)自設(shè)計(jì)家居等難題時(shí)起到了積極作用。智能計(jì)算與檢測分析是專家咨詢系統(tǒng)中重要的研究內(nèi)容，基于智能控制理論實(shí)現(xiàn)了檢測分析家具擺放合理性的技術(shù)，并根據(jù)智能計(jì)算提出合理的決策。

智能計(jì)算；檢測；分析；智能控制理論；中心坐標(biāo)

0 引言

室居美化智能專家咨詢系統(tǒng)是新型的3D室居美化軟件。從現(xiàn)實(shí)需求現(xiàn)狀和安全合理角度出發(fā)，室居美化智能專家咨詢系統(tǒng)采用自行研制的新型智能檢測技術(shù)，通過簡單的智能計(jì)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(tái)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，判斷數(shù)據(jù)合理性，防止家具圖示逾越設(shè)計(jì)圖紙的墻壁界限或與之交疊。智能檢測算法根據(jù)智能計(jì)算的結(jié)果，用于智能分析用戶家具擺放的合理性，做出正確的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，提高室居美化方案的合理性。

智能計(jì)算與檢測分析作為人工智能的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，允許決策者和信息經(jīng)營者、資源配置者和管理者、策略規(guī)劃者和裝備控制者改進(jìn)他們的工作效率，已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)，其發(fā)展前景備受世人矚目。

人工智能（Artificial Intelligence）是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)[1]，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)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(gè)重要研究領(lǐng)域分析決策支持系統(tǒng)（DSS）[2]的延展，它是輔助決策者通過數(shù)據(jù)、模型和知識(shí)，以人機(jī)交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它是管理信息系統(tǒng)（MIS）[3]向更高一級(jí)發(fā)展而產(chǎn)生的先進(jìn)信息管理系統(tǒng)。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(huán)境，調(diào)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(zhì)量。

一般，在決策實(shí)時(shí)性要求較高的場合，時(shí)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(huán)境的空間因素相聯(lián)系，一般用來描述對(duì)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(jīng)對(duì)時(shí)間和空間因素提出相當(dāng)高的要求，這些因素反過來又對(duì)決策支持系統(tǒng)的理論和方法提出了新的挑戰(zhàn)。

而在室居美化專家咨詢系統(tǒng)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(guī)范家居擺放合理性的目的，而設(shè)置了智能檢測分析使用者所在家居環(huán)境問題的功能。

室居美化智能專家咨詢系統(tǒng)的智能計(jì)算與檢測分析技術(shù)基于常規(guī)控制理論[5]。針對(duì)傳統(tǒng)意義上繁雜、高投入、低成效的專家咨詢體系，智能計(jì)算與檢測分析技術(shù)以左上角為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，獲取被選中的家具元素的數(shù)據(jù)（頂點(diǎn)坐標(biāo)、朝向、中心坐標(biāo)）和戶型數(shù)據(jù)（長、寬、窗戶坐標(biāo)、房門坐標(biāo)、過道坐標(biāo)），通過面壁檢測，靠墻檢測檢、安全領(lǐng)域檢測、遮擋檢測檢、關(guān)系檢測家具和相對(duì)領(lǐng)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(xiàn)實(shí)需求現(xiàn)狀與合理性出發(fā)，智能計(jì)算與檢測分析技術(shù)結(jié)合后臺(tái)的安全數(shù)據(jù)，智能分析通過智能計(jì)算得到的數(shù)據(jù)檢測結(jié)果[6]，將檢測與分析結(jié)果寫入數(shù)組，讀取該數(shù)組，顯示合理的家居美化提示，規(guī)范傳統(tǒng)家居系統(tǒng)家具擺放不合理的現(xiàn)象。

1 概述

室居美化智能專家咨詢系統(tǒng)的智能計(jì)算與檢測分析技術(shù)適用于在二維場景內(nèi)擺放家具時(shí)對(duì)用戶家具的擺放進(jìn)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(jù)結(jié)果將在下方給出相應(yīng)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(gòu)

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

圖2 基本架構(gòu)

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(tǒng)中分別用阿拉伯?dāng)?shù)字0～10代表。

2.2 面壁檢測

由于用戶是在二維俯視圖的環(huán)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(dǎo)致家具反向擺放，常見的錯(cuò)誤便是面對(duì)墻壁擺放，因此，系統(tǒng)將會(huì)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(duì)有正反面之分的家具，不包括無朝向和朝向?yàn)闄M豎的家具。

以朝北的衣柜為例，當(dāng)y1＜y3或y2＜y4時(shí)，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(biāo)到北面墻壁的距離d1，中心坐標(biāo)到南面墻壁的距離d2，若滿足d1＜d2，則判斷家具擺放錯(cuò)誤，系統(tǒng)將給出相應(yīng)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(tǒng)將會(huì)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(gè)最佳理想距離W，也就是說家具放在這個(gè)范圍之內(nèi)是最安全的。

偽代碼：

2.4 安全領(lǐng)域檢測

每個(gè)家具之間都應(yīng)有一個(gè)安全距離，不應(yīng)靠的太近，因此，系統(tǒng)將對(duì)家具之間的距離進(jìn)行檢測，若小于一定值時(shí)，則給出提示。

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

表1 安全領(lǐng)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(shí)發(fā)生遮擋門、窗、過道的失誤，系統(tǒng)將會(huì)檢測家具（例如柜子、冰箱、梳妝臺(tái)等）是否存在對(duì)其遮擋的可能性，若存在，則給出提示。

該檢測實(shí)則為對(duì)門、窗、過道的安全領(lǐng)域檢測，判斷條件為在其安全領(lǐng)域內(nèi)是否擺放任何家具，在檢測的過程中，首先獲取該房間內(nèi)門、窗、過道的位置信息，即具體的坐標(biāo)，詳細(xì)說明如表2所示：

表2 遮擋檢測說明表

偽代碼：

2.6 關(guān)系檢測

現(xiàn)實(shí)中，存在兩種家具（例如桌子和椅子、床和床頭柜等）擺放時(shí)一般成對(duì)出現(xiàn)，并且可以從前者出現(xiàn)推出后者出現(xiàn)，則后者稱為前者的關(guān)聯(lián)家具。因此，在用戶擺放的過程中系統(tǒng)將給出提示（例：假設(shè)房間中已有一張桌子，則系統(tǒng)將給出提示“您是否需要凳椅”，并提供推薦產(chǎn)品鏈接），讓用戶更加輕松順利地完成設(shè)計(jì)。

偽代碼：

2.7 相對(duì)面積檢測

為了防止用戶選擇的家具面積過大，系統(tǒng)將對(duì)所有家具進(jìn)行相對(duì)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(jié)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(shè)計(jì)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(fā)生了將其正面對(duì)著墻壁擺放的錯(cuò)誤，因此，根據(jù)面壁檢測結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)提示用戶檢查床頭柜的擺放方向；同時(shí)，由于上述錯(cuò)誤，將導(dǎo)致床頭柜無法通過靠墻檢測，因此，根據(jù)靠墻檢測結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)提示用戶床頭柜應(yīng)靠墻擺放。

②安全領(lǐng)域檢測

如圖4所示：

圖4 臥室設(shè)計(jì)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(shí)會(huì)與床沿發(fā)生碰撞，因此，根據(jù)安全領(lǐng)域檢測結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)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(shè)計(jì)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(jù)遮擋檢測結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)提示用戶不要將衣柜擺放在窗戶前。

④關(guān)系檢測

如圖6所示：

圖6 臥室設(shè)計(jì)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(jù)關(guān)系檢測結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)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(shí)現(xiàn)二維圖像的智能計(jì)算與檢測分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二維圖像與三維虛擬環(huán)境相互轉(zhuǎn)換。優(yōu)化智能計(jì)算算法和檢測分析算法，加入二維圖像分析技術(shù)，以左上角為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，智能計(jì)算二維圖像的物理數(shù)據(jù)（如采光率、方位、門窗位置和家具中心坐標(biāo)等），建立三維虛擬環(huán)境，檢測分析家具種類，智能計(jì)算家具擺放的合理性與安全性，并結(jié)合優(yōu)化模擬等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間布置的優(yōu)化，提供給用戶真實(shí)的三維虛擬效果。

3 總結(jié)

本文從現(xiàn)實(shí)需求狀態(tài)與合理性出發(fā)，智能計(jì)算機(jī)與檢測分析技術(shù)結(jié)合后臺(tái)的安全數(shù)據(jù)，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(jì)算方法及應(yīng)用研究[D].吉林:吉林大學(xué), 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(dòng)檢測與智能分析技術(shù)在安防中的應(yīng)用探析[J].現(xiàn)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(jì)算方法及應(yīng)用 [D].吉林:吉林大學(xué),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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（201511639031）

孫雯婷（1996-），女，上海金融學(xué)院學(xué)生，專業(yè)：電子商務(wù)，上海 210209

呂鴻飛（1995-），男，上海金融學(xué)院學(xué)生，專業(yè)：電子商務(wù)，上海 210209

游文慧（1994-），男，上海金融學(xué)院學(xué)生，專業(yè)：電子商務(wù)，上海 210209

李浩然（1996-），男，上海金融學(xué)院學(xué)生，專業(yè)：電子商務(wù)，上海，201209

周 燕（1995-），女，上海金融學(xué)院學(xué)生，專業(yè)：電子商務(wù)，上海 210209

張高煜（1972-），男，上海金融學(xué)院信息管理學(xué)院副教授，工學(xué)博士/博士后，研究方向：社會(huì)計(jì)算，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，上海 210209