園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘 要： 針對(duì)園林景觀的數(shù)字平臺(tái)中園林景觀圖像顯示晃動(dòng)的問(wèn)題，提出一種園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。引進(jìn)離散高程計(jì)算對(duì)設(shè)計(jì)的平臺(tái)進(jìn)行圖像保幀，通過(guò)離散高程計(jì)算后的圖像算子以及三維圖像能夠進(jìn)行高階的穩(wěn)定保存，有效地避免了三維圖像生成過(guò)程的視覺(jué)渲染低的問(wèn)題，優(yōu)化了邊緣相關(guān)性種子點(diǎn)匹配，保證了圖像清晰度和圖像的穩(wěn)定性，同時(shí)，通過(guò)邊緣算子的優(yōu)化增加了圖像的邊緣穩(wěn)定性，較高的邊緣穩(wěn)定性可以從根本上避免圖像出現(xiàn)晃動(dòng)的問(wèn)題。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)的有效性，還設(shè)計(jì)了對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)能夠穩(wěn)定地顯示三維園林景觀圖像，同時(shí)避免了三維圖像出現(xiàn)晃動(dòng)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 園林景觀； 三維數(shù)字化平臺(tái)； 離散高程計(jì)算； 邊緣相關(guān)性

中圖分類(lèi)號(hào)： TN02?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）17?0067?03

Design of 3D digital platform for garden landscape

ZHENG Yuanyuan

（Academy of Arts， Chengdu College of Arts and Sciences， Chengdu 610000， China）

Abstract： Considering the image swaying problem of garden landscape in the digital platform， a design scheme of 3D digital platform for garden landscape is proposed. The discrete elevation calculation is introduced for image frame preservation of the designed platform， by which the image operators and 3D images after discrete elevation calculation can be stored in high definition. This effectively avoids the low visual rendering in the generation process of the 3D image， optimizes the match of seed points with edge correlation， and ensures the image definition and stability. The stability of the image edge is enhanced by optimizing the edge operators， which can avoid image swaying problem fundamentally. In order to verify the effectiveness of the 3D digital garden landscape platform designed in this paper， the contrastive simulation experiment was carried out. The experimental results show that the designed 3D digital platform for garden landscape can display the 3D garden landscape image stably and avoid the swaying phenomenon of 3D images.

Keywords： garden landscape； 3D digital platform； discrete elevation calculation； edge correlation

0 引 言

園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)是對(duì)園林景觀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后利用虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)手段對(duì)園林景觀進(jìn)行圖像呈現(xiàn)的虛擬數(shù)字平臺(tái)[1]。園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)中涵蓋園林綠化、人文設(shè)計(jì)景觀、整體規(guī)劃設(shè)計(jì)、園林道路環(huán)境、園林景區(qū)的建筑規(guī)劃等多方面內(nèi)容[2]。園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)強(qiáng)調(diào)景觀與生活、自然與人文、文化與娛樂(lè)的相輔相成，園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)能夠使觀光者產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)[3]。

園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是對(duì)園林景觀的數(shù)字采集，然后使用對(duì)應(yīng)的成像技術(shù)對(duì)其進(jìn)行三維景觀的刻畫(huà)。傳統(tǒng)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)極其注重?cái)?shù)字采集的過(guò)程，但是由于技術(shù)手段有限，生成的三維圖像可能會(huì)出現(xiàn)清晰度不高的現(xiàn)象[4?5]，甚至?xí)霈F(xiàn)三維圖像晃動(dòng)，極大地影響了園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)的呈現(xiàn)效果，同時(shí)，圖像的效果極大地影響了平臺(tái)的應(yīng)用情況[6?7]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)。引進(jìn)離散高程計(jì)算，對(duì)采集的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化計(jì)算，避免圖像視覺(jué)渲染程度低的問(wèn)題，有效地提高了三維園林景觀圖像的高階穩(wěn)定性，同時(shí)優(yōu)化了邊緣相關(guān)性種子點(diǎn)匹配，避免出現(xiàn)由于邊緣算子計(jì)算失誤導(dǎo)致邊緣混沌的現(xiàn)象，極大地提高了邊緣的穩(wěn)定性，從根本上解決了三維園林景觀圖像出現(xiàn)的圖像晃動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)上述兩種方法的結(jié)合保證了三維園林景觀圖像能夠清晰穩(wěn)定的顯示。為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)的有效性，設(shè)計(jì)了對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)能夠清晰穩(wěn)定地顯示三維園林景觀圖像。

1 園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

1.1 硬件設(shè)計(jì)

園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)的硬件設(shè)備主要是由數(shù)據(jù)采集傳感器、數(shù)字控制器、圖像掃描器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)等組成。另外，園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)還包括TPM圖像分析芯片以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換連接端口等系統(tǒng)模塊間的連接模塊。本文設(shè)計(jì)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。endprint

1.2 引進(jìn)離散高程計(jì)算

引進(jìn)的離散高程計(jì)算能夠保證本文設(shè)計(jì)的園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)能夠得到高清的三維園林景觀圖像，引進(jìn)的離散高程計(jì)算方法采用反距權(quán)重高程插值計(jì)算的原理，從而實(shí)現(xiàn)三維圖像離散高程計(jì)算，首先需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“反距權(quán)重”計(jì)算：

（1）

（2）

式中：表示采集的圖像數(shù)據(jù)含有的權(quán)值穩(wěn)定性；表示圖像數(shù)據(jù)的像素分辨率；表示三維圖像的反距系數(shù)；是三維園林景觀圖像包含的視覺(jué)色差；表示三維圖像經(jīng)過(guò)反距權(quán)重計(jì)算過(guò)程中的焓值差。通過(guò)式（1），式（2）可以把采集的園林景觀的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行“標(biāo)碼化”，這樣方便進(jìn)行高階離散計(jì)算。數(shù)據(jù)離散處理的計(jì)算公式為：

（3）

式中：表示內(nèi)離散數(shù)據(jù)離散到所產(chǎn)生的相位差；表示離散最大化到權(quán)值的函數(shù)差。引進(jìn)離散高程計(jì)算實(shí)際上是對(duì)圖像的像素權(quán)值進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)離散的方法把無(wú)序的編程有序化，過(guò)程為：

（4）

經(jīng)過(guò)引進(jìn)離散高程計(jì)算的三維園林景觀圖像具有很高的穩(wěn)定性，即使出現(xiàn)一定數(shù)據(jù)干擾也會(huì)很快進(jìn)行消除，通過(guò)離散處理的數(shù)據(jù)能夠保持一定的差值控制，避免由于視覺(jué)色差造成圖像跳頻，圖像跳頻最大的現(xiàn)象就是圖像晃動(dòng)，雖然通過(guò)計(jì)算的方法解除了一部分原因，但是還沒(méi)有從根本上解決出現(xiàn)晃動(dòng)的概率。

1.3 優(yōu)化邊緣相關(guān)性種子點(diǎn)匹配保證圖像清晰

根據(jù)出現(xiàn)圖像晃動(dòng)的原因，本文優(yōu)化了邊緣相關(guān)性，通過(guò)優(yōu)化后的邊緣相關(guān)性能夠擺正邊緣算子的穩(wěn)定程度，從根本上解決圖像晃動(dòng)出現(xiàn)的可能性。

假設(shè)為邊緣圖像的灰度，便可以得到設(shè)置邊緣灰度的矩陣序列式為：

（5）

式中：表示圖像灰度色澤差；表示圖像邊緣相關(guān)性權(quán)值；分別表示處理過(guò)程的像素、點(diǎn)位距、相位距；表示數(shù)據(jù)顯性。通過(guò)邊緣算子能夠保證邊緣的穩(wěn)定性，邊緣算子按西寧矩陣排列，公式為：

（6）

依據(jù)式（6），對(duì)邊緣算子進(jìn)行有效編輯，進(jìn)而可得到三維圖像的灰度梯度：

（7）

通過(guò)邊緣的相關(guān)性穩(wěn)定了三維圖像數(shù)據(jù)的邊緣算子以及灰度梯度，保證圖像能夠進(jìn)行邊緣的定化，極大地穩(wěn)定了圖像，最終通過(guò)式（8）增加圖像的邊緣穩(wěn)定性：

（8）

式中表示三維圖像的律動(dòng)性。

通過(guò)對(duì)比例以及圖像數(shù)據(jù)對(duì)象的編輯，達(dá)到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定程度，SQL語(yǔ)言過(guò)程為：

Part * part = the Session≥Parts（ ） Work（ ）； //SM prt

Dimension Collection * dimco = part Dimensions（ ）；

Dimension Collection： ： iterator dimit；

for（dimit = dimco begin ； dimit！ = dimcoend（ ） ； x+dimit） {

Dimension * dim = （* dimit） ；

Annotations：： Linear Tolerance * lineartol = NULL；

Dimension Type type；

if（typeid（* dim） = typeid（Pmi Horizontal Dimension）） {

Pmi Horizontal Dimension pmi = dynamic_cast Pmi Horizontal Dimen?sion * （ dim） ；

type = Dimension Type Horizontal；

lineartol = pmi?Get Tolerance（ ） ；

/ * shift int lim* /

int x = pmi?Get Integer Attribute（ temp） ；

/ *int Internet * /

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)用離散高程計(jì)算對(duì)圖像進(jìn)行保幀處理，離散高程計(jì)算能夠保證三維園林景觀圖像的有序性，同時(shí)有效地減少了數(shù)據(jù)對(duì)其成像的干擾能力，優(yōu)化了邊緣相關(guān)性的計(jì)算，通過(guò)優(yōu)化相關(guān)性穩(wěn)定了邊緣算子，從根本上解決了三維圖像出現(xiàn)晃動(dòng)的可能性，為三維數(shù)字化平臺(tái)能夠進(jìn)行高清圖像的呈現(xiàn)提供了解決方案。

2 仿真實(shí)驗(yàn)分析

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)能夠?qū)θS園林景觀圖像進(jìn)行高清呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)了對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選擇某園林景觀的一角進(jìn)行三維圖像的呈現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行圖像的三維重建，同時(shí)使用本文設(shè)計(jì)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行三維圖像的重建，為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性，使用兩種方法同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 參數(shù)設(shè)定

為避免出現(xiàn)圖像的晃動(dòng)，設(shè)置圖像灰度色澤差的范圍為30～50；設(shè)置三維圖像的反距系數(shù)為5.4；為保證三維圖像的穩(wěn)定性，設(shè)置分別為3.6，3.2，3.0，3.5，根據(jù)上述仿真設(shè)定的參量以及環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2，圖3所示。

2.2 結(jié)果分析

分析圖2結(jié)果得知，本文設(shè)計(jì)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)具有較低的失幀率，能夠有效地保持三維圖像的清晰度；分析圖3結(jié)果得知，本文設(shè)計(jì)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)的丟包率更低，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的平臺(tái)所顯示的三維圖像更加穩(wěn)定。

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的園林景觀三維數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)能夠有效地顯示出三維園林景觀的圖像，并且保持較低的失幀率和丟包率，圖3顯示最終的丟包率為0，說(shuō)明已經(jīng)從根本上解決了三維圖像晃動(dòng)的問(wèn)題。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)，運(yùn)用離散高程計(jì)算對(duì)圖像進(jìn)行保幀處理，能夠得到具有一定穩(wěn)定性的圖像，優(yōu)化了邊緣相關(guān)性的計(jì)算，保證了邊緣算子的穩(wěn)定性以及灰度梯度，從根本上解決了三維圖像出現(xiàn)晃動(dòng)的問(wèn)題。通過(guò)本文的研究能夠?yàn)閳@林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)提供良好的理論依據(jù)。

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