基于虛擬技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙乘

摘? 要： 針對(duì)傳統(tǒng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)空間設(shè)計(jì)系統(tǒng)呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)畫面像素值過低的問題，設(shè)計(jì)一種基于虛擬技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。硬件部分使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件裝置，引進(jìn)實(shí)時(shí)圖像采集器進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。設(shè)計(jì)初始模塊的采集器內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)，觸發(fā)D觸發(fā)器產(chǎn)生二進(jìn)制碼，設(shè)計(jì)外部高速振蕩器與三種時(shí)鐘源產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，使用兩塊相同的SRAM與FPGA形成邏輯單元，完成硬件部分的設(shè)計(jì)。軟件部分將圖像信息計(jì)算為可編程的圖像信息數(shù)據(jù)，運(yùn)用虛擬技術(shù)將圖像信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為景觀空間，完成軟件部分的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與兩種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比，基于虛擬技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間優(yōu)化系統(tǒng)呈現(xiàn)出的設(shè)計(jì)畫面像素值更高，更適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 景觀空間; 系統(tǒng)優(yōu)化; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 虛擬技術(shù); 圖像信息處理; 仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TN911.73?34; G42? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2020）10?0130?04

Design of township residential landscape space optimization system based on

virtual technology

ZHAO Cheng

（Guangdong University of Technology， Guangzhou 510000， China）

Abstract： As the problem that the pixel value of the design picture presented by the traditional residential space design system is too low， a township residential landscape space optimization design system based on virtual technology is designed. In the hardware part， the hardware device of the traditional design system is used， and the real?time image collector is introduced to optimize the system. The internal register structure of the collector of the initial module is designed， the D flip?flop is triggered to generate binary code， and the external high?speed oscillator is designed， which is coordinated with three clocks sources to generate the standard pulse signal; the two RAM with same specifications are connected with FPGA to form logic unit， so as to complete the design of hardware part. In the software part， the image information is calculated as the programmable image information data， which is transformed into landscape space to complete the design of the software part. The experimental results show that， in comparison with the two traditional design systems， the virtual technology based township residential landscape space optimization system presents the design picture with higher pixel value， which is more suitable for the design of township residential landscape space.

Keywords： landscape space; system optimization; system design; virtual technology; image information processing; simulation experiment

0? 引? 言

虛擬技術(shù)是一項(xiàng)涉及多領(lǐng)域的技術(shù)，使使用者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，隨著技術(shù)的不斷成熟，逐漸應(yīng)用到景觀空間設(shè)計(jì)上[1?2]。因傳統(tǒng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)空間設(shè)計(jì)系統(tǒng)呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)畫面像素值過低，故設(shè)計(jì)基于虛擬技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間優(yōu)化系統(tǒng)，為將來數(shù)字化管理鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間打下基礎(chǔ)[3]。

1? 優(yōu)化系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)上，主要優(yōu)化實(shí)時(shí)圖像采集器，其他硬件設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)一致，其硬件總體設(shè)計(jì)圖分為3個(gè)模塊如圖1所示。

初始化模塊采用CMOS圖像傳感器OV9121，在保證其他中央處理器的前提下，主要設(shè)計(jì)傳感器內(nèi)部電路的寄存器和充當(dāng)內(nèi)外部接口的寄存器，采用基本單元為D觸發(fā)器的寄存器。在CP脈沖作用下，將每個(gè)D觸發(fā)器寄存一個(gè)二進(jìn)制碼[4]。具體D觸發(fā)器的連接方式如圖2所示。

寄存器常常是在時(shí)鐘的邊緣被觸發(fā)的，因?yàn)榫坝^空間優(yōu)化系統(tǒng)會(huì)承載大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，所以時(shí)鐘內(nèi)設(shè)計(jì)三部分組成單元。一個(gè)單元安置內(nèi)部8 MHz的高速RC振蕩器HSI和外部高速振蕩器HSE[5];HIS，HSE和鎖相環(huán)PLL這三個(gè)時(shí)鐘源組成另一個(gè)單元。為了防止精度不滿足優(yōu)化系統(tǒng)要求的情況出現(xiàn)，在時(shí)鐘源外部設(shè)計(jì)一個(gè)4～16 MHz的外部晶體振蕩器，與時(shí)鐘源相互配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的CP脈沖信號(hào)[6]。最后的單元為倍頻器單元，設(shè)計(jì)一個(gè)倍頻器PLLMUL和一個(gè)AHB分頻器。

采樣控制模塊主要設(shè)計(jì)SRAM控制模塊，負(fù)責(zé)緩存?zhèn)鞲衅鱋V9121輸出的圖像數(shù)據(jù)，以及將圖像數(shù)據(jù)送FPGA濾波處理模塊[7]。使用兩片相同規(guī)格的SRAM，與FPGA濾波處理模塊連接，電路連接圖如圖3所示。

兩個(gè)相同的SRAM，一片負(fù)責(zé)收集圖像數(shù)據(jù)，另一片負(fù)責(zé)向FPGA處理模塊輸送數(shù)據(jù)。FPGA處理模塊的電源采用LDO穩(wěn)壓器，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性[8]。配電結(jié)構(gòu)采用分布式電源結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)分配一個(gè)半穩(wěn)定的DC電壓，將DC/DC轉(zhuǎn)換器與各負(fù)載相連，將FPGA處理模塊設(shè)計(jì)為可配置邏輯單元，將RAM設(shè)計(jì)為嵌入式塊RAM，芯片內(nèi)嵌專用硬核，底層內(nèi)嵌功能單元。顯示設(shè)備屏幕的分辨率設(shè)計(jì)為96 dpi，點(diǎn)距設(shè)計(jì)為0.24 mm，反應(yīng)時(shí)間[9]為4 ms。

至此完成對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間優(yōu)化系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)。

2? 優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1? 計(jì)算圖像編程數(shù)據(jù)

軟件部分利用glDraw函數(shù)處理一些常用的數(shù)據(jù)信息。使用glClear函數(shù)用作當(dāng)前值的清除緩沖區(qū)，調(diào)用_glDraw命令計(jì)算接收到的圖像信息轉(zhuǎn)化為可編程的數(shù)據(jù)，設(shè)[X=X1，X2，…，Xn]為圖像信息[10]，計(jì)算其轉(zhuǎn)換為可編程圖像信息數(shù)據(jù)：

[TEi=Exnμi，XiExnμi=0，Xi]? ? （1）

使用if（GrenadePath==）處理，利用C語言代碼“SpawnedGrenade=Pawn.圖像.Spawn（GrenadeC lass， Pawn. Weapon if（圖像信息）none && ！”將得到的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理為以下代碼，編程到ArcGIS軟件中。代碼如圖4所示。

2.2? 運(yùn)用虛擬技術(shù)設(shè)計(jì)景觀空間

系統(tǒng)采用_Standard Assets：Unity3D為系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的資源包[11]。_Models存放空間內(nèi)的元素，使用式（2）將各場(chǎng)景元素形成固定計(jì)算模式。

[pk=1-max（pk），? ?k=0，1，2，…，n]? ? （2）

式中：p為元素值;k為場(chǎng)景元素的數(shù)量。使用式（2）計(jì)算出的元素值運(yùn)用在Unity3D三維交互中，構(gòu)建虛擬景觀模型。

虛擬場(chǎng)景需先統(tǒng)一初始坐標(biāo)，將虛擬場(chǎng)景中的三個(gè)軸向的各種參數(shù)設(shè)置歸零。先構(gòu)建樹木低精度景觀，使用式（2）計(jì)算出樹木中的虛擬值的元素點(diǎn)，得到元素值[pk]，代入下式：

[C（pk）=p（k）（i，j）Q（k）（i，j）k=1mp（k）（i，j）Q（k）（i，j）]? ? （3）

式中：C為虛擬處理數(shù)據(jù)值;i為樹葉部分的元素點(diǎn);j為樹干部分的元素點(diǎn);Q為尺度因子。

計(jì)算結(jié)果將實(shí)景中的樹木轉(zhuǎn)換到虛擬空間，記錄到計(jì)算機(jī)中。整體的景觀空間模型要依托強(qiáng)大的虛擬景觀場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)整體效果，將硬件部分采集到的場(chǎng)景圖像二維數(shù)據(jù)使用式（3）計(jì)算，將數(shù)據(jù)錄入到ArcGIS軟件中，形成基本居住區(qū)景觀的數(shù)據(jù)組。形成的空間圖如圖5所示。

使用Cinema 4D三維制作軟件將場(chǎng)景中的多邊形數(shù)據(jù)搭建出基本的框架，不斷地調(diào)整場(chǎng)景中點(diǎn)、線、面的數(shù)據(jù)，切割細(xì)分這三部分的數(shù)據(jù)值，增強(qiáng)畫面的像素值。使用Low Poly低精度構(gòu)建原則，刪除設(shè)計(jì)畫面中多余的面數(shù)據(jù)，降低優(yōu)化系統(tǒng)總體計(jì)算量。此時(shí)鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間的軟件部分設(shè)計(jì)完成。

3? 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1? 參數(shù)設(shè)計(jì)

參數(shù)主要針對(duì)顯示設(shè)備性能指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

以巖石為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，選用同一處鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間。使用表1參數(shù)下的顯示設(shè)備，運(yùn)用兩種傳統(tǒng)系統(tǒng)虛擬空間系統(tǒng)設(shè)計(jì)和基于虛擬技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)比三種系統(tǒng)呈現(xiàn)出來的像素效果。

3.2? 實(shí)驗(yàn)分析

以鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)的假山為例，使用三種系統(tǒng)設(shè)計(jì)假山，得到假山底層一角的像素值，三種設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

實(shí)驗(yàn)界面中的圖6a）為設(shè)計(jì)后的假山圖，圖6b）為假山一角的細(xì)節(jié)圖，圖中均勻分布著像素塊。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)1實(shí)驗(yàn)圖中的像素值是200 pt，像素塊較大;傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)2實(shí)驗(yàn)圖中的像素值為300 pt，像素塊相對(duì)較小;而使用本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來的假山一角的像素塊最小，其像素值為500 pt，且像素值明顯高于兩種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。說明本文系統(tǒng)更適合對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間的設(shè)計(jì)。

4? 結(jié)? 語

針對(duì)傳統(tǒng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)空間設(shè)計(jì)系統(tǒng)呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)畫面像素值過低的問題，設(shè)計(jì)一種基于虛擬技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住景觀空間優(yōu)化系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的景觀設(shè)計(jì)系統(tǒng)上，針對(duì)傳感器部分設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)圖像采集器，增強(qiáng)圖像在電腦上對(duì)實(shí)際場(chǎng)景的反饋效果，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中圖像像素過低的問題。說明鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住區(qū)景觀空間優(yōu)化系統(tǒng)可以將鄉(xiāng)鎮(zhèn)中各項(xiàng)資源合理化分配，營(yíng)造出綠色和諧的居住景觀空間。

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