摘要：家居產(chǎn)品種類繁多，客戶根據(jù)其環(huán)境對(duì)家居產(chǎn)品的造型也有不同的需求。為了最大程度地滿足客戶對(duì)家居產(chǎn)品的個(gè)性化需求，作者提出了基于多特征融合的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過客戶需求數(shù)據(jù)獲取、處理與轉(zhuǎn)換識(shí)別客戶的定制需求；利用硬件設(shè)備獲取已有家居產(chǎn)品的造型圖像，從顏色、形狀和紋理三個(gè)方面提取家居產(chǎn)品的造型特征，采用加權(quán)融合的方式得出家居產(chǎn)品造型特征的融合處理結(jié)果；結(jié)合特征融合結(jié)果與客戶需求數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，確定定制家居產(chǎn)品造型的優(yōu)化位置與調(diào)整量，最終得出定制家居產(chǎn)品造型的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。將設(shè)計(jì)的造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到衣柜、燈具以及沙發(fā)產(chǎn)品的定制工作中，得出造型優(yōu)化結(jié)果的尺寸設(shè)計(jì)偏差為0.253mm，需求匹配度為0.95，由此證明了所提方法具有良好的造型優(yōu)化效果。

關(guān)鍵詞：多特征融合；家居產(chǎn)品；產(chǎn)品造型；加權(quán)融合；定制設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TS664；TP399""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""""""" 文章編號(hào)：1009-3583（2024）-0173-06

Optimization Design Method of Custom Home Products Based on Multi-feature Fusion

CHEN Mu1 ， QIN Zhen-yan2

（1. School of Arts and Media， Chuzhou City Vocational College， Chuzhou 239000， China;2. School of Art， Anhui Jianzhu University， Hefei 230022， China）

Abstract： There are many kinds of household products， and customers have different needs for the shape of household products according to their environment. In order to meet the personalized needs of customers for household products to the greatest extent， a method of shape optimization design of customized household products based on multi-feature fusion is proposed. Through the acquisition， pro- cessing and transformation of customer demand data， identify the customer's customization needs. The hardware equipment is used to obtain the modeling image of the existing home products， and the modeling features of the home products are extracted from the color， shape and texture. The weighted fusion method is used to obtain the fusion processing results of the modeling features of the home pro- ducts. Combined with the correlation between the feature fusion result and the customer demand data， the optimization position and ad- justment amount of the customized home product shape are determined， and the optimization design result of the customized home prod- uct shape is finally obtained. The design method of shape optimization is applied to the customization of wardrobe， lamp and sofa pro- ducts， and the size design deviation of the shape optimization result is 0.253 mm and the demand matching degree is 0.95， which proves that the proposed method has good shape optimization effect.

keyword： multi-feature fusion; home products; product modeling; weighted fusion; custom design

家居產(chǎn)品是人們維持正常生活、從事生產(chǎn)實(shí)踐、進(jìn)行社會(huì)生活所必需的一大類設(shè)備。在審美水平普遍提高的大背景下，人們對(duì)家居用品的要求也越來越高，不僅僅是為了實(shí)用，更多的是對(duì)產(chǎn)品的文化內(nèi)涵、審美趣味的追求[1]?？蛻艟幼粜鸵约皩?duì)家居產(chǎn)品的審美存在差異，為了滿足不同客戶對(duì)家居產(chǎn)品的需求，家居產(chǎn)品行業(yè)開設(shè)了定制服務(wù)。

定制家居產(chǎn)品是指家居產(chǎn)品廠商在批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，把每個(gè)顧客看作獨(dú)立的市場(chǎng)，顧客可以按照自己的需求來設(shè)計(jì)他們所需要的家居產(chǎn)品，而公司則可以按照他們的需求制作個(gè)性化的家居產(chǎn)品。在家居產(chǎn)品市場(chǎng)上，許多商家所宣傳的實(shí)木定制家居產(chǎn)品都是以實(shí)木為主，可以按照房屋的面積、設(shè)計(jì)、布置等來定制。家居產(chǎn)品的定制可以大體分為造型和材質(zhì)兩個(gè)方面，其中家居產(chǎn)品造型是指家居產(chǎn)品使用材料與構(gòu)件之間的組合與連接方式。

目前大多數(shù)家居產(chǎn)品公司均開設(shè)了定制服務(wù)，同時(shí)選擇定制服務(wù)的客戶數(shù)量逐年增加，由此可見定制家居產(chǎn)品具有良好的發(fā)展前景。從目前定制家居產(chǎn)品的發(fā)展情況來看，客戶對(duì)定制家居產(chǎn)品造型的滿意度較低，主要體現(xiàn)在與居住風(fēng)格不匹配、與客戶需求存在明顯偏差，產(chǎn)品造型不穩(wěn)固等方面，為此作者利用多特征融合技術(shù)對(duì)定制家居產(chǎn)品造型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。此次基于多特征融合的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是在已有定制家居產(chǎn)品的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步優(yōu)化，基本設(shè)計(jì)原理是利用圖像處理技術(shù)分析現(xiàn)有定制家居產(chǎn)品的基本特征，并與人體工學(xué)理論以及客戶定制需求對(duì)比，從而確定需要調(diào)整的位置，實(shí)現(xiàn)定制家居產(chǎn)品造型的更新與優(yōu)化。

多特征融合就是把從圖像中提取的特征，合并成一個(gè)比輸入特征更具有判別能力特征的處理技術(shù)。融合不同尺度的特征是提高分割性能的一個(gè)重要手段，將多特征融合技術(shù)應(yīng)用到定制家居產(chǎn)品造型的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中，以期能夠在保證家居產(chǎn)品功能的同時(shí)，提高產(chǎn)品造型與客戶需求之間的匹配程度，最大程度地滿足用戶的定制需求。

1識(shí)別客戶家居產(chǎn)品造型定制需求

定制家居產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)大體可以分為四個(gè)階段：需求分析階段、特征分析階段、設(shè)計(jì)與研發(fā)階段以及安全測(cè)試階段。客戶對(duì)家居產(chǎn)品造型定制需求的識(shí)別包括需求獲取、需求處理和需求轉(zhuǎn)換三個(gè)步驟，客戶需求獲取的基本流程如圖1所示。

初始獲取的客戶定制需求存在散亂和不確定的特點(diǎn)，因此需要明確客戶需求，這也是實(shí)現(xiàn)定制家居產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的重要前提?？蛻粜枨筇幚硎菍⒖蛻粜枨筠D(zhuǎn)換為產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范，并將其劃分為功能需求、性能需求、外觀需求、結(jié)構(gòu)需求等多個(gè)方面。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，需要對(duì)客戶的初始定制需求進(jìn)行評(píng)分，剔除不合理的客戶需求[2]。

假設(shè)家居產(chǎn)品造型客戶需求的評(píng)分記為Fdemand，評(píng)分的上下限為Fupper和Flower，該評(píng)分體現(xiàn)了客戶對(duì)需求的直觀印象，而評(píng)分的上下限反映了客戶評(píng)分的模糊程度。通過客戶評(píng)分獲得客戶需求的主觀權(quán)重，并保證權(quán)重滿足如下條件

公式1中，odcmad，i為客戶第 i 個(gè)需求對(duì)應(yīng)的權(quán)重值， ndemand 為客戶提出的需求數(shù)量。設(shè)置客戶需求評(píng)分的上下限集合區(qū)間為

公式2中，U（Fupper 和UFlower 分別為上下限的集合， fmax 為設(shè)置的最高客戶需求評(píng)分。若客戶提出的需求評(píng)分與區(qū)間之間不存在交集，則表示該客戶對(duì)需求達(dá)成共識(shí)，否則認(rèn)為客戶與研發(fā)人員對(duì)該需求的認(rèn)知存在爭(zhēng)議，兩者之間的交集區(qū)域越大證明客戶需求存在的爭(zhēng)議越大。對(duì)爭(zhēng)議較大的客戶需求做剔除處理，在此基礎(chǔ)上，利用公式3計(jì)算各個(gè)客戶需求的重要程度系數(shù)

公式3中，max（）表示最大值求解函數(shù)。根據(jù)公式3的求解結(jié)果，排序客戶提出的所有需求，在實(shí)際的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，若出現(xiàn)需求沖突，則優(yōu)先滿足重要程度系數(shù)更高的客戶需求。

2獲取定制家居產(chǎn)品造型圖像

以已有的定制家居產(chǎn)品為優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)象，利用圖像傳感器設(shè)備從多個(gè)角度上獲取產(chǎn)品的造型圖像。圖2表示的是定制家居產(chǎn)品造型的成像原理。

圖2中，P（x，y）表示家居產(chǎn)品；O-xyz 表示 CCD原件成像坐標(biāo)系；O ’-x ’y ’表示圖像平面坐標(biāo)系；P ’（x ’，y ’）表示成像后的家居產(chǎn)品。圖像傳感器的采集原理是利用CCD 元件，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景中光信號(hào)與電信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，采集傳感器前端的原始圖像。在此基礎(chǔ)上，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行了色差校正、伽瑪校正、色彩空間變換等操作[3]。通過變換和封裝各種格式的數(shù)據(jù)，并將其傳送到顯示器上，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)定制家居產(chǎn)品造型圖像的采集和顯示。圖像傳感器輸出的定制家居產(chǎn)品造型圖像獲取結(jié)果的亮度與入射到傳感器的光輻照強(qiáng)度、圖像傳感器的響應(yīng)度、光積分時(shí)間、光圈大小以及信號(hào)傳輸增益有關(guān)。因此在圖像采集過程中設(shè)置部分參數(shù)，其中光圈參數(shù)的設(shè)置情況如下

公式4中，和Dcamera 分別為圖像傳感器的焦距和鏡頭直徑。同理可以設(shè)置圖像傳感器中其他工作參數(shù)，由此保證定制家居產(chǎn)品造型圖像的獲取質(zhì)量，將最終獲取的圖像標(biāo)記為。

3利用多特征融合技術(shù)處理融合家居產(chǎn)品造型特征

從顏色、形狀和紋理三個(gè)方面提取定制家居產(chǎn)品的造型特征，其中顏色是造型圖像中最明顯的、最直接的底層特征，它不依賴于圖像本身的大小、方向和視角，因而具有很好的不變性[4]。為了保證造型圖像中顏色特征的提取效果，需要將初始獲取的RGB 圖像轉(zhuǎn)換至 HSV 顏色空間，轉(zhuǎn)換過程可以表示為

公式5中，gmax（）和 gmin（）分別為顏色分量的最大值和最小值求解函數(shù)；R、G 和 B 對(duì)應(yīng)的是獲取造型圖像中紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色分量。同理可以得出 HSV 顏S 和 V 分量的轉(zhuǎn)換結(jié)果為

公式7中，A 和 B 分別為初始造型圖像的寬度和高度，q（i，j）為造型圖像中（i，j）位置上的顏色信息；1、 or 2和。r 3分別為一階顏色矩、二階顏色矩和三階顏色矩的特征提取結(jié)果[5]。

從形狀方面來看，需要提取的特征值包括結(jié)構(gòu)比例、中心矩、輪廓曲線分散度等，其中結(jié)構(gòu)比例用來描述整體造型在不同段上的比例架構(gòu)，該特征的提取結(jié)果如下

公式8中，ai 和 bi 分別為圖像中第 i 行物體對(duì)應(yīng)像素的寬度和高度；amax 和 bmax 分別為造型圖像寬度和高度的最大值。按照上述方式可以得出中心矩、輪廓曲線分散度等形狀特征值的提取結(jié)果[6]。紋理一般用來表征物體表面是否光滑，定制家居產(chǎn)品造型圖像中的紋理特征的提取結(jié)果可以表示為

公式9中，（ i，j）為像素（i，j）位置上的粒度值；和 k 分別為相角以及相對(duì)峰與最大值對(duì)應(yīng)的相角；Rk 和 nz 分別為相角集合和峰值個(gè)數(shù)；W（）為造型圖像的直方圖；texture，c 和 texture，f分別為圖像紋理粗糙度和平滑度的最終輸出結(jié)果。

由于提取的定制家居產(chǎn)品造型特征類型不同，因此需要在特征融合前利用公式10對(duì)所有的提取結(jié)果作歸一化處理。

公式10中， i 和 nor 分別為歸一化處理前后的特征值，和分別為特征值的均值和方差[7]。按照?qǐng)D3表示的融合機(jī)理處理提取的圖像特征。

在多元函數(shù)極值理論的支持下，計(jì)算定制家居產(chǎn)品造型特征值的加權(quán)因子為

公式11中，n 為提取特征的個(gè)數(shù)。此時(shí)，定制家居產(chǎn)品造型[8]特征的融合結(jié)果可以表示為

將公式11的計(jì)算結(jié)果代入到公式12中，完成定制家居產(chǎn)品造型特征的融合處理。

4確定定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化位置與調(diào)整量

利用公式13計(jì)算當(dāng)前定制家居產(chǎn)品特征與客戶需求之間的關(guān)聯(lián)度。

公式13中，為產(chǎn)品第u 個(gè)區(qū)域的融合特征與客戶需求 v 之間的關(guān)聯(lián)等級(jí)。若計(jì)算得出兩者之間的關(guān)聯(lián)度高于設(shè)置閾值vo，則認(rèn)為當(dāng)前造型滿足客戶需求，無需優(yōu)化與調(diào)整家居產(chǎn)品造型，否則認(rèn)為當(dāng)前造型與客戶需求之間存在較大偏差，特征區(qū)域即為造型優(yōu)化位置[9]。

通過對(duì)公式13的逆向計(jì)算，確定客戶需求對(duì)應(yīng)的特征取值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)區(qū)域特征的調(diào)整，調(diào)整量的計(jì)算公式如下

（14）

公式14中，為逆向求解得出的預(yù)期特征值。根據(jù)取值的正負(fù)情況，確定定制家居產(chǎn)品造型的調(diào)整方向[10]。除了客戶需求外，設(shè)計(jì)的定制家居產(chǎn)品造型還需要滿足客戶居住環(huán)境尺寸以及人體工學(xué)，因此需要根據(jù)圖像形狀的提取結(jié)果計(jì)算家居產(chǎn)品的尺寸與比例，并與人體工學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)比例比對(duì)，判斷定制家居產(chǎn)品造型的優(yōu)化位置與調(diào)整量。

5 實(shí)現(xiàn)定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)定制家居產(chǎn)品造型圖像的特征融合結(jié)果，確定產(chǎn)品造型的優(yōu)化位置和調(diào)整量，采用鄰接式、穿插式等連接方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零部件之間位置的調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)造型結(jié)構(gòu)的調(diào)整[11、12]。采取顏色替換的方式，校正產(chǎn)品造型的外觀顏色，提高家居產(chǎn)品與空間環(huán)境之間的契合度，在無特殊客戶需求的情況下，最大程度保證家居產(chǎn)品紋理的平滑度，因此可以采用打磨或涂層的方式，降低造型圖像的粗糙度。最終利用連接件結(jié)合、螺釘和木螺釘結(jié)合等方式，實(shí)現(xiàn)定制家居產(chǎn)品造型的加固，完成對(duì)定制家居產(chǎn)品造型的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

6 實(shí)例分析

為了測(cè)試定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，選擇多個(gè)家居產(chǎn)品定制項(xiàng)目作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)實(shí)例分析實(shí)驗(yàn)，得出客戶需求匹配度以及家居產(chǎn)品功能的測(cè)試數(shù)據(jù)，從而反映出基于多特征融合的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

6.1家居產(chǎn)品定制實(shí)例

此次實(shí)驗(yàn)分別選擇衣柜、沙發(fā)和燈具三種家居產(chǎn)品作為研究對(duì)象，為滿足用戶需求，定制端為燈具的大小和形狀提供定制服務(wù)，同時(shí)為燈具的顏色提供多個(gè)選擇，沙發(fā)、衣柜的長(zhǎng)度和寬度均可定制，能夠?yàn)榭蛻籼峁┎馁|(zhì)方面的多個(gè)選擇項(xiàng)，衣柜內(nèi)部?jī)?chǔ)物格的數(shù)量和大小可定制，拉門把手等五金件可以自選。由于此次設(shè)計(jì)的基于多特征融合的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法需要在初始產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，因此選擇現(xiàn)有的家居產(chǎn)品成品作為初始產(chǎn)品，初始家居產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效果如圖4所示。

在家居產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)過程中需要標(biāo)記家居產(chǎn)品的顏色信息、尺寸大小等基本造型數(shù)據(jù)。

6.2收集客戶需求數(shù)據(jù)

通過與客戶的交涉，獲取客戶需求數(shù)據(jù)如表1所示。

除表1中的客戶需求數(shù)據(jù)外，還需要針對(duì)布局的需求做進(jìn)一步分析，確定每個(gè)隔斷的造型。將收集客戶需求數(shù)據(jù)作為家居產(chǎn)品的定制目標(biāo)，量化轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)客戶需求。

6.3描述定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化與測(cè)試過程

優(yōu)化設(shè)計(jì)的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化方法應(yīng)用了多特征融合技術(shù)，因此需要對(duì)初始家居產(chǎn)品圖像的特征進(jìn)行提取與融合處理，其中衣柜初始定制產(chǎn)品的特征融合處理結(jié)果，如圖5所示。

按照?qǐng)D5所示方式可以得出其他兩個(gè)家居產(chǎn)品的特征融合結(jié)果。將提取的特征與收集的客戶需求比對(duì)，根據(jù)特征與客戶需求之間的偏差調(diào)整產(chǎn)品造型。經(jīng)過調(diào)整得出的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果如圖6所示。

為了體現(xiàn)出基于多特征融合的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)家居產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，設(shè)置定制家居產(chǎn)品造型的尺寸偏差以及需求匹配度作為實(shí)驗(yàn)的量化測(cè)試指標(biāo)，其中尺寸偏差的數(shù)值結(jié)果如下

公式15中，L、w 和 h 分別為定制家居產(chǎn)品的長(zhǎng)度、寬度和高度；角標(biāo) design 和 target 分別為家居產(chǎn)品尺寸的實(shí)際設(shè)計(jì)值和目標(biāo)值；N 為造型中的組成元素?cái)?shù)量。需求匹配度的測(cè)試結(jié)果可以表示為

（16）

公式16中， target 為設(shè)置造型目標(biāo)特征，為提取的實(shí)際產(chǎn)品造型特征。從公式16中可以看出，需求匹配度的測(cè)試過程就是度量輸出的定制家居產(chǎn)品造型特征與產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)目標(biāo)特征之間的相似度。

為保證基于多特征融合的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的產(chǎn)品造型優(yōu)化效果，要求指標(biāo)不得高于0.5mm，需求匹配度不得低于0.9。

6.4定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化效果測(cè)試分析

統(tǒng)計(jì)定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過公式15和公式16的計(jì)算，得出造型優(yōu)化設(shè)計(jì)效果的測(cè)試結(jié)果，如表2所示。

由表2可知，通過基于多特征融合的定制家居產(chǎn)品造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)際得出的定制家居產(chǎn)品造型與預(yù)期效果之間的平均尺寸偏差為0.253mm，需求匹配度的平均值為0.95，均滿足預(yù)設(shè)要求。

7 結(jié)語

定制家居涉及木門、衣柜、櫥柜以及樓梯等，并逐漸向全屋定制方向發(fā)展。目前家居市場(chǎng)的受眾群體排斥大眾型產(chǎn)品，更加注重個(gè)性化的表達(dá)，這催生了定制家居產(chǎn)品可觀的市場(chǎng)前景，個(gè)性化與年輕化成了未來定制家居市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。在此次研究中，通過多特征融合技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了定制家居產(chǎn)品造型的自動(dòng)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在滿足用戶需求的同時(shí)，提高了產(chǎn)品定制的工作效率。然而在此次研究中選擇的定制家居產(chǎn)品實(shí)例較少，因此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定的局限性，針對(duì)這一問題還需要在今后的研究中進(jìn)一步完善。

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（責(zé)任編輯：羅東升）