[發明專利]一種基于概率模型的公寓三維物體布局生成方法

在審

• 申請號: 201810262664.3
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108470107A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 夏春秋
• 申請（專利權）人: 深圳市唯特視科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T19/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于概率模型的公寓三維物體布局生成方法，其特征在于，主要包括房間建模(一)布局生成過程(二)；模式獲取(三)；布局推理(四)。

2.基于權利要求書1所述的房間建模(一)，其特征在于，通過對一個公寓布局數據集進行討論，進而解析房間的構成，建立一個有向圖模型，然后用模型定義的生成過程來描述這個有向圖模型，其中參考的公寓布局數據集包含45000個人類設計的公寓布局，每個布局被人工驗證過是合理的，而且平均每套公寓有8.1個房間，大多數都有房間類型的標注，如廚房或浴室；這些公寓是用一個在線工具設計的，每個公寓都包含179個對象類，總共約有2500個計算機輔助設計(CAD)模型以及450萬個對象實例，每一個對象實例都包含一個參考CAD模型以及它在房間中的位置和旋轉角度。

3.基于權利要求書2所述的解析房間的構成，其特征在于，根據參考的數據集，對房間進行建模，模型具有不同的房間類型(如廚房、浴室、客廳)以及相應的房間大小和里面的物體；每個物體都由CAD模型的類型、位置和旋轉角度來參數化，并放置在房間里；然后直觀地假設房間里的對象都放置在一系列的層面上，并分為五個類別：家具是放置在地板上(如桌子、床)能支持其它物體的大物件；小對象通常是放在家具上的物體(如書籍或筆記本電腦)；墻壁物件是掛在或靠在墻上的物體(如圖片、貨架)；天花板物件是吊在天花板上的物體(如燈)；地毯一般是平鋪在地板上，可能有家具放在上面的物體；最后手動將參考數據集的每個物體分到其中一個類，并在模型中將它們分開處理。

4.基于權利要求書1所述的布局生成過程(二)，其特征在于，先對整個房間進行采樣，然后使用完整的參考數據集進行訓練，在模型定義的條件分布中，學習由希臘字母命名的所有參數，在所有情況下，條件變量都有已知的值，因此每個條件的參數可以通過極大似然估計獨立地學習，這些都是直接用封閉的形式來計算的。

5.基于權利要求書4所述的對整個房間進行采樣，其特征在于，先對房間類型進行采樣，去除不常見的可能性之后，剩下22個房間類型的參考數據，雖然房間通常是幾個組合在一起的，例如廚房和餐廳，但實際只有很小一部分可能的組合發生(在2²²種可能里只占42種)，所以簡單地用一個分類分布來描述全部的組合t：

t～Categorical(τ) (1)

然后對家具進行采樣，先對對象總數N進行采樣，然后房間類型的條件下分別為對象n＝1…N的類別c_n進行采樣：

N|t～Poisson(λ_t) (2)

在不同房間類型下，為每個對象類c建立了數量分布模型N_C，用一個小樣本(最多4個實例)的類別分布和一個大樣本的泊松分布的混合體來表示這個模型：

為符號的簡單起見，寫成N＝∑_cN_c，不分種類地用n作為所有對象集的索引，并用c_n來表示第n個對象的種類；

為了使物體不發生空間上的重疊，在知道物體的確切尺寸之后才對家具對象的位置和房間大小進行采樣，先將每個對象映射到一個單元，該單元是房間的一個空間區域，最初是未知的大小，且被安排在一個有規律的結構中，它有自由的維度d＝(d_i)，可以拉伸以容納不同的對象，在確定對象位置和房間大小后，將對這些維度的值進行采樣；根據每個對象的類別決定每個對象實例是否應該靠著墻壁放置(e_n＝1)或者是放置在房間的內部，如果靠墻放置，則任意選擇一堵墻

然后，對于每一面墻，把在它附近的對象排序并分配到相應的單元；對于分配給房間內部的對象，再次選擇一個排序，但是將對象分配給一個單元格，用k_n來表示第n個對象分配到的邊界或內部單元格；

接下來，為每個對象實例選擇一個CAD模型，以及它的旋轉角度；它們一起決定了它所占據的空間的大小，CAD模型m_n是在對象類的條件下根據它是在房間的角落或邊緣，還是內部獨立選擇的：

假定旋轉θ_n只相對于垂直軸，并且用基于c_n的一個以π/2為倍數的離散均勻分布和一個在[0,2π]間的連續均勻分布的混合分布來給它建模；

對天花板物件的建模跟對家具一樣，先對每個相關對象類的數量和旋轉角度采樣，其中對每個對象類的CAD模型只采樣一次；對于空間單元格結構，則使用一個簡單的網格，如果它大于家具所需要的空間，在選擇房間的大小時，則需要考慮到所需的空間；

地毯的處理方式與天花板上的物體完全相同，但它只占用一個單獨的層，并且CAD模型對每個實例采樣一次；

接著對上面所選對象的精確物理位置和最終的房間大小進行采樣，使得所有的對象都不相交，在為每一個對象建立一個CAD模型m_n和旋轉角度θ_n之后，就可以用一個軸線固定的邊界框計算其空間范圍，考慮到空間范圍和單元分配的k_n，可以通過設置單元結構的每個自由維度d_i，使其盡可能小，計算出使所有的物體都適合的最小房間大小，在實際中，這會使房間過于擁擠，所以用一個四維的對角高斯分布在每個對象周圍采樣一些填充p_n：

其中Normal⁺是受正值限制的各向同性高斯分布，然后再把自由維度d_i設置為最小，得到最小的房間大小；

緊接著對每個家具上的小對象采樣，對于每一件家具n，對放置在它上面的對象類的數量進行采樣，這類似于對家具物品數量的采樣，但現在是作為支持的家具的種類c_n：

其中位置設置為跟支持家具上方的區域一樣，CAD模型m_n和旋轉角度θ_n也跟家具一樣，作為所有家具上物體的索引。