基于3DGS全景重建与数字孪生的室内扬声器布点规划方法

《Symmetry》：A Digital Twin-Based Speaker Placement Planning Tool for Indoor Environments

　　

摘要

如今，扬声器作为室内环境中信息传递的关键组件，广泛应用于讲座、公共广播和紧急通告等场景。扬声器的物理布置应确保占用者服务区域内的直达声音响度充足，同时兼顾安装可行性。数字孪生是一种允许在物理安装之前，通过室内环境三维模型重建来在计算机上虚拟设计并评估基础设施布局的技术。在此前研究中，我们提出了一种利用3D高斯泼溅（3DGS）和三维点云从室内环境的360°全景图像重建室内三维模型的方法，并将其应用于监控摄像头的布点规划。本文提出了一种基于数字孪生的室内环境扬声器布点规划工具，通过将此前方法推广至直达声声学模拟来实现。该工具包含四个阶段：(1) 从360°全景图像重建三维室内模型并提取地面和桌面接收面，(2) 根据重建的地面面积确定初始扬声器预算，(3) 在障碍物和边界约束下利用K均值空间聚类确定有效天花板区域的扬声器安装位置，以及(4) 模拟地面和桌面接收面上的宽带直达声声压级（SPL）。在评估阶段，该工具被部署于三个真实室内场景：篮球馆（）、办公家具办公室（）和非凸L形办公室（）。实验结果表明，在每个场景中，生成的布局在所有采样物理测试位置均实现了完整的直达声音响度合规性（地面≥60 dB/桌面≥65 dB），且未检测到任何超过的热区，声压级保持在与之间。现场物理测量验证了生成的布局在真实房间条件下满足目标声响度阈值，平均绝对误差介于与之间。这些结果证实了我们方法作为一种面向室内音频基础设施部署的初始几何驱动规划工具的实用价值。