基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)

楊維

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)虛擬視角的景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中建模匹配圖像清晰度不高的問(wèn)題，提出一種基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。采用雙目立體視覺(jué)方法進(jìn)行視覺(jué)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，改變了傳統(tǒng)意義上的掃描數(shù)據(jù)到特征提取的過(guò)程，提高了數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)使用SIFT 候選特征提取方法，保證使用的數(shù)據(jù)特征能夠有效地代表數(shù)據(jù)的屬性，提高了圖像的辨識(shí)度以及清晰程度。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性，設(shè)計(jì)了對(duì)比仿真試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果能夠證明基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)有效地解決了建模匹配圖像清晰度不高的問(wèn)題，對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展具有很高的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 三維視角； 特征提取； 像素； 高密度； 景觀規(guī)劃； 數(shù)據(jù)建模

中圖分類號(hào)： TN911.73?34； TU985 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）03?0071?04

Abstract： Since the modeling matching image has low definition in traditional landscape planning design based onvirtual perspective， a high?density landscape planning design based on three?dimensional （3D） perspective is proposed. The binocular stereo vision method is used to convert the visual data， which can change the process from data scanning to feature extraction， and improve the validity of the data. The SIFT candidate feature extraction method is used to guarantee that the used data characteristics can represent the data attribute effectively， and improve the image identification degree and definition degree. In order to verify the validity of the design， the contrast simulation test was designed. The experimental results verify that the high?density landscape planning design based on 3D perspective can improve the definition of modeling matching image effectively， and has high reference value for the development of this field.

Keywords： three?dimensional perspective； feature extraction； pixel； high density； landscape planning； data modeling

0 引 言

景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)已經(jīng)成為新興的崛起行業(yè)，通過(guò)累積多方面的信息數(shù)據(jù)以及多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，對(duì)生存環(huán)境進(jìn)行改造[1]。景觀規(guī)劃所包含的學(xué)科有：景觀虛擬設(shè)計(jì)、園林植物搭配與建設(shè)、環(huán)藝設(shè)計(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等。在城市化建設(shè)的進(jìn)程中，景觀設(shè)計(jì)對(duì)于城市的整體環(huán)境以及生活氛圍起到?jīng)Q定性的作用，好的景觀規(guī)劃能夠提升人民的幸福指數(shù)，甚至是改變?nèi)藗兊纳罘绞絒2?3]。景觀設(shè)計(jì)是在一定的范圍之內(nèi)，運(yùn)用各種工藝手段以及藝術(shù)視角對(duì)植被或者建筑進(jìn)行修飾，通過(guò)一定的土地修改、植被移植、建筑搭建和物鏡搭配等達(dá)到自然環(huán)境與現(xiàn)代生活的良好匹配。景觀設(shè)計(jì)涵蓋的內(nèi)容十分繁雜，比如：人的生活空間與自然之間的關(guān)系是否能夠達(dá)到一定的動(dòng)態(tài)平衡，人口的聚集程度與城市的容納比例是否存在一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，為了滿足現(xiàn)代人的精神文明需求是否需要建設(shè)綠化公園等[4]。從技術(shù)的角度進(jìn)行分析，景觀規(guī)劃需要有一定的規(guī)劃模型，對(duì)于景觀規(guī)劃的建模需要使用一定的技術(shù)手段。伴隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，有效地運(yùn)用虛擬3D技術(shù)進(jìn)行景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以有效地解決傳統(tǒng)意義上的模型難問(wèn)題，同時(shí)可以進(jìn)行無(wú)限量的修改和匹配，保證建模過(guò)程的有效性。但是使用傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行景觀規(guī)劃時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)建模匹配圖像清晰度不高的問(wèn)題，由于傳統(tǒng)的建模過(guò)程需要一定的技術(shù)支撐，建模通常是數(shù)據(jù)掃描過(guò)后才能進(jìn)行搭配[5?6]。綜上所述，本文設(shè)計(jì)了一種基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃方法，通過(guò)本文設(shè)計(jì)的基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃方法，能夠有效地解決傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)方法中的圖像清晰度的問(wèn)題，為景觀的規(guī)劃創(chuàng)造了良好的數(shù)據(jù)和影像條件[7]。

1 基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)

1.1 基于雙目立體視覺(jué)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

引進(jìn)雙目立體視覺(jué)方法進(jìn)行視覺(jué)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，能夠有效地提高數(shù)據(jù)的使用質(zhì)量[8]，當(dāng)進(jìn)行圖像匹配時(shí)，雙目立體視覺(jué)方法能夠設(shè)定好一個(gè)閾值，保證數(shù)據(jù)的完整和使用，設(shè)定閾值公式：

式中：分別代表數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換根數(shù)、轉(zhuǎn)換冪、調(diào)配系數(shù)。對(duì)閾值進(jìn)行值域范圍限制，公式為：

式中：是自定義閾值適用范圍；為閾值系數(shù)；為常值函數(shù)的倒數(shù)；的值都是通過(guò)設(shè)定取值得到的。為了保證數(shù)據(jù)的有效性，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像屬性偏位差計(jì)算[9]。公式如下：

式中，值是一個(gè)范圍值，通過(guò)轉(zhuǎn)換梯度進(jìn)行簡(jiǎn)化，公式為：

化簡(jiǎn)可以得到：

式中：為圖像換位梯度值，經(jīng)過(guò)梯度轉(zhuǎn)換后，可以把數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變成為函數(shù)的計(jì)算。endprint

使用算子與幾何公差式進(jìn)行區(qū)域精度的設(shè)定，保證進(jìn)行匹配時(shí)的精準(zhǔn)度，公式為：

式中：為允許匹配的最小公倍差；為最大公倍差；為匹配系數(shù)，這樣方便進(jìn)行快速特征提取。

1.2 基于SIFT候選特征重建

設(shè)置過(guò)程中與匹配的進(jìn)行像素等位差值計(jì)算，保證進(jìn)行匹配的完整度，運(yùn)用SIFT候選特征提取，保證屬性的標(biāo)識(shí)以及準(zhǔn)確度，相對(duì)傳統(tǒng)的特征提取方法，運(yùn)用SIFT候選特征提取能夠進(jìn)行清晰的調(diào)整，同時(shí)還可以進(jìn)行放大、縮小的設(shè)定。提取算子過(guò)程如下：

式中：為提取算子函數(shù)；為系統(tǒng)匹配對(duì)應(yīng)的閾值。為了使圖像更加清晰準(zhǔn)確，需要進(jìn)行展開(kāi)化簡(jiǎn)，把式（6）代入式（7）中得：

由化簡(jiǎn)后的公式可以看出限定提取算子的因數(shù)是方位設(shè)定，根據(jù)不同的區(qū)域進(jìn)行一定的條件換算，換算需要滿足的條件為：

式中：分別表示長(zhǎng)度、寬度、限定值域、使用值域；為圖像的灰度值；表示偏移參數(shù)，這樣方便進(jìn)行圖像調(diào)整。為了保證圖像的清晰度，還需要對(duì)圖像的色差、顏色比例、對(duì)比度進(jìn)行設(shè)定，圖像最佳色澤差為：

式中：分別代表顏色濃度、光亮度、顏色掃描度。針對(duì)建模的顏色搭配位置進(jìn)行調(diào)整，即：

根據(jù)的關(guān)系進(jìn)行光亮度與顏色濃度進(jìn)行配比，在的分量關(guān)系中，可以進(jìn)行一定的顏色補(bǔ)位，這樣可以保證圖片更加鮮艷，計(jì)算公式為：

式中：表示補(bǔ)位差；為額定值域。補(bǔ)位時(shí)需要對(duì)位子進(jìn)行篩選，即：

假設(shè)的幾何參數(shù)都是多方位的角度，經(jīng)過(guò)區(qū)域的劃分之后，可以轉(zhuǎn)化得到對(duì)應(yīng)的矩陣式，這樣便可以進(jìn)行位置調(diào)整：

運(yùn)用代數(shù)關(guān)系式對(duì)矩陣式進(jìn)行化簡(jiǎn)，過(guò)程量進(jìn)行約分得到設(shè)置量與結(jié)果的關(guān)系式如下：

這樣便可以通過(guò)調(diào)整設(shè)置的量，直接觀察成像結(jié)果。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃方法的有效性，設(shè)計(jì)了對(duì)比仿真試驗(yàn)。對(duì)某市區(qū)進(jìn)行了景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1），首先使用傳統(tǒng)的虛擬景觀規(guī)劃方法進(jìn)行成像，然后使用本文設(shè)計(jì)的基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃方法進(jìn)行成像。為了保證試驗(yàn)的有效性，兩種方法同時(shí)對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃成像，并記錄結(jié)果。設(shè)置閾值參量分別為10.5，8.6，77.5，設(shè)置轉(zhuǎn)換梯度90.85；為了能夠進(jìn)行更加清晰的呈現(xiàn)，使用的計(jì)算算子必須滿足函數(shù)差在100以內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖5，表1所示。

通過(guò)圖像可以明顯地看出本文設(shè)計(jì)的基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃方法更加清晰，并且顏色更加艷麗，沒(méi)有模糊不清的地方。

根據(jù)圖4，圖5和表1可以看出本文設(shè)計(jì)的基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃方法成像的清晰度和識(shí)別率都明顯高于傳統(tǒng)方法，同時(shí)可以進(jìn)行更大比例尺的縮放，還無(wú)需進(jìn)行修正。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于三維視角的高密度景觀規(guī)劃方法，通過(guò)引入雙目立體視覺(jué)方法進(jìn)行視覺(jué)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，同時(shí)運(yùn)用SIFT候選特征提取保證了圖像的有效程度。希望通過(guò)本文的設(shè)計(jì)研究能夠促進(jìn)景觀規(guī)劃領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 史文中，賀志勇，張肖寧，等.淺析基于計(jì)算機(jī)三維可視化的公路景觀設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)[J].公路交通科技，2003，20（2）：165?168.

SHI Wenzhong， HE Zhiyong， ZHANG Xiaoning， et al. Highway landscape design and evaluation based on 3D computer visualization [J]. Journal of highway and transportation research and development， 2003， 20（2）： 165?168.

[2] 林永樂(lè).初探景觀建筑學(xué)：高密度老城區(qū)小尺度城市景觀的設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，20（4）：34?37.

LIN Yongle. Preliminary study of landscape architecture?mall scale landscape architecture design in high density old city [J]. Journal of architecture and civil engineering， 2003， 20（4）： 34?37.

[3] 顧杰，王建弟，周斌，等.三維GIS技術(shù)在景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：以杭州“西湖西進(jìn)”后景觀區(qū)域?yàn)槔齕J].地域研究與開(kāi)發(fā)，2003，22（5）：10?13.

GU Jie， WANG Jiandi， ZHOU Bin， et al. The utilities of 3D GIS in landscape planning and design [J]. Areal research and development， 2003， 22（5）： 10?13.

[4] 林立，張埡歐.跨湖泊道路景觀設(shè)計(jì)中最佳心理感受長(zhǎng)度設(shè)計(jì)[J].科技通報(bào)，2016，32（9）：190?193.

LIN Li， ZHANG Yaou. Best psychological feelings length of across lake road landscape design [J]. Bulletin of science and technology， 2016， 32（9）： 190?193.

[5] 朱子君，張玉龍，崔玲玲，等.基于BIM技術(shù)的大型建筑景觀三維仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（4）：111?114.

ZHU Zijun， ZHANG Yulong， CUI Lingling， et al. Design and implementation of large?scale building landscape 3D simulation system based on BIM technology [J]. Modern electronics technique， 2017， 40（4）： 111?114.endprint

[6] 伍超奎，林亞平，勞眷，等.GIS、RS與3DS MAX在園林三維景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)，2007，26（4）：326?330.

WU Chaokui， LIN Yaping， LAO Juan， et al. Application of GIS， RS and 3DS MAX in 3D landscape design [J]. Genomics and applied biology， 2007， 26（4）： 326?330.

[7] 鄭媛元.城市道路兩翼植物景觀三維圖像優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2016，33（11）：250?253.

ZHENG Yuanyuan. City road plant landscape wing 3D image simulation optimization design [J]. Computer simulation， 2016， 33（11）： 250?253.

[8] 張小庚，石俊魁.基于低碳視角下的景觀設(shè)計(jì)探索：以運(yùn)城市鹽湖區(qū)低碳示范區(qū)為例[J].林產(chǎn)工業(yè)，2015，42（7）：55?57.

ZHANG Xiaogeng， SHI Junkui. Landscape design based on the perspective of low carbon： a case study of the low carbon demonstration area of Saline Lake District in Yuncheng [J]. China forest products industry， 2015， 42（7）： 55?57.

[9] 王志玲，王萬(wàn)軍，鄧倩.基于景觀生態(tài)學(xué)理論的森林公園規(guī)劃設(shè)計(jì)：以廣西元寶山國(guó)家森林公園總體規(guī)劃為例[J].規(guī)劃師，2016，32（z1）：22?26.

WANG Zhiling， WANG Wanjun， DENG Qian. Forest park planning base on landscape ecology theory： a Guangxi case [J]. Planners， 2016， 32（S1）： 22?26.endprint