園林景觀設計中的三維虛擬成像系統設計

溫泉

摘? 要： 針對原有三維虛擬成像系統清晰度較低的問題，文中設計園林景觀設計中的三維虛擬成像系統。通過制定硬件設計框架，根據框架選擇圖像采集器進行圖像采集，通過計算機對圖像進行濾波降噪處理，將處理后的圖片通過激光折射輸出，采用感光器以及透傳模塊進行虛擬成像;制定軟件設計框架，通過卷積神經網絡計算對采集到的圖像進行降噪處理，并采用像素灰度計算得到原圖像特征點，采用C語言對虛擬成像進行設定并輸出，由此完成軟件設計。結合上述硬件與軟件設計，完成園林景觀設計中的三維虛擬成像系統設計。構建對比試驗，與原有系統對比，所設計系統在清晰度上有顯著的提升，原有系統清晰度為82%～85%，此系統圖像清晰度為85%～90%。由此可見，文中設計方法更有效。

關鍵詞： 虛擬成像; 園林景觀; 系統設計; 數據采集; 仿真實驗; 結果分析

中圖分類號： TN911?34; TU986.2? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）06?0160?03

Design of 3D virtual imaging system in garden landscape design

WEN Quan

（College of Architecture and Urban Planning， Chongqing Jiaotong Universuty， Chongqing 400074， China）

Abstract： A 3D virtual imaging system in garden landscape design is designed to improve the low definition of the original 3D virtual imaging system. The hardware design framework is established， by which the image collector is selected for the image collection. The images are performed the filtering and de?noise processing by the computer， the processed images are output through the laser refraction， and the photoreceptor and passthrough module are used for virtual imaging. The software design framework is established， the collected images are de?noised by the calculation of the convolutional neural network， and the feature points of the original image are obtained by the pixel grayscale calculation， and the virtual image is set and output by means of the C language， so as to complete the software design. In combination of above?mentioned hardware and software design， the design of 3D virtual imaging system in the garden landscape design is completed. The contrast test is constructed， in comparison with the original system， the definition of this system has a significant improvement， in which the definition of the original system is 82%～85%， and the definition of this system is 85%～90%. It can be seen that this method is more effective.

Keywords： virtual imaging; garden landscape design; data collection; simulation experiment; result analysis

0? 引? 言

隨著建筑技術的不斷發展，人們在小區內設計相應的園林景觀成為新的選擇[1]。園林景觀是建筑設計中的靈魂支柱，它直接代表了建筑設計的品位與檔次。通常園林景觀可以分為兩類[2]：一類是通過體驗感知的場景;另一類則是以實景進行展示。通常在進行園林設計時，傳統的方法已無法使設計結果直觀展示在人們面前。

在進行建筑設計時，為將設計圖紙可以具象化地展示出來，一般會采用三維虛擬成像技術。通過采用該技術，將平面設計圖紙以立體的形式進行展示，使設計結果增加接近物體的本身[3]。本文針對傳統成像系統圖像分辨率較低、系統結構過于單一等問題，設計園林景觀設計中的三維虛擬成像系統。利用該系統進行園林景觀的呈現，使園林景觀設計更加簡易，有效提升園林景觀的科技性，為日后園林設計提供更加有力的技術支持。

1? 三維虛擬成像系統硬件設計

1.1? 硬件框架設計

根據對虛擬成像技術的了解，對園林景觀設計中的三維虛擬成像系統硬件進行設計，具體設計框架見圖1。

該系統硬件設定為圖像采集器與虛擬成像設備兩部分。圖像采集器包括相機捕捉器、單片機、圖像傳感器、圖像控制器以及神經網絡加速器。虛擬成像設備由計算機、投影設備以及感光器、激光放大器、ESP8266透傳模塊組成[4]。

1.2? 圖像采集器設計

在進行較大圖像采集時，大多使用PC機為主的單片機作為圖像采集的中心儀器。園林景觀設計中的三維虛擬成像系統采集硬件選用SoC芯片對圖像進行初始采集工作[5]。選用SONY IMX323 圖像傳感器、相機圖像捕捉器、ARM9 12C控制器、神經網絡加速器以及對應可控制器的信息存儲促成圖像采集硬件。通過采用SCCB協議，對圖像傳感器進行配置設計。圖像采集設備部分電路圖如圖2所示。

通過電路對園林設計中的圖像進行采集，此電路包含1個放大器與部分電阻。將電流整體設定為3.7 V，采用標準電流控制圖像采集設備，可以有效保障在進行圖像采集時，不受電流壓力的影響[6]。在原有電路中增加穩壓器保證電壓的穩定，通過這種操作保證進行圖像采集時的穩定性。

1.3? 虛擬成像設備設計

通過采用三維光線將園林景觀設計成果呈現在空中，需要進行光線設計以及控制單元設計。

通過計算機系統將園林設計成果進行合成處理，使用全息投影技術，將處理后的圖像進行展示[7]。采用激光作為光源進行虛擬成像，將激光燈發射的光源分成兩個部分：一部分直接射向感光片;另一部分通過光線放大器后折射至感光片，通過感光片對光線進行控制。

在進行虛擬成像時采用ESP8266透傳模塊進行控制，通過采用該設備，將處理后的圖像通過電腦發送至透傳模塊，在模塊內進行二次處理，而后進行模擬發射，將發射的圖像通過激光發送至感光片完成虛擬成像。

2? 三維虛擬成像系統軟件設計

軟件設計包括原始圖像采集模塊、圖像制作模塊以及虛擬成像模塊。

1） 圖像采集模塊

在進行園林景觀虛擬成像設計時，首先需要進行圖像采集，與原有圖像采集不同的是三維虛擬成像技術需要應用相機成像模型對虛擬物體進行成像，得到當前設計條件下的仿真圖像[8]。

為保證圖像的清晰度，對圖像進行降噪處理。設定圖像采集樣本，具體公式如下：

式中：[X]為原始圖像;[Y]為采集后在樣本中分布的噪聲圖像;N為輸出層預測的噪聲。通過采用卷積神經網絡[9]將圖像樣本以矩陣形式進行排列。設定加噪圖像為矩陣為[f]，平均矩陣為[g]。通過量化標準式處理圖像，以避免在進行卷積后出現網絡內部協變量轉移。通過卷積公式進行圖像處理，具體公式如下：

通過采用未激活神經元與參數進行圖像重構，并將殘余圖像進行輸出，將輸出后的圖像數據進行二次制作。

2） 圖像制作模塊

通過上述部分進行圖像采集，并將采集到的圖像進行統一處理。通過Moravec算法將圖像進行像素點灰度變化操作[10]，并進行深度計算，將像素點設定為[（x，y）]，則4個方向的灰度差平方和公式如下：

將待測點中的極值作為特征點，設定窗口范圍，求出灰度差平方和最大值。通過對特征點提取，對采集完的圖像進行處理，根據特征將圖像進行調整，保證圖像位置的正確性。

3） 虛擬成像模塊

根據上述模塊對圖像進行采集與處理，將處理后的圖像通過虛擬成像模塊實現三維虛擬成像。基于對三維虛擬成像硬件的設計，在進行虛擬成像時采用計算機進行最后圖像輸出時的控制，采用C語言虛擬成像。輸出圖像經過感光器以及放大器的共同作用，實現虛擬成像。至此，園林景觀設計中的三維虛擬成像系統設計完畢。

3? 實驗論證分析

為保證園林景觀設計中的三維虛擬成像系統的科學性，將其與原有的虛擬成像系統進行對比試驗，檢驗三維虛擬成像系統的圖像清晰度。

3.1? 實驗準備過程

為保證實驗的有效性，選擇園林景觀設計圖紙中的部分圖像進行虛擬成像處理，使用原有虛擬成像系統與本文設計系統分別進行虛擬成像，并對成像結果清晰度進行對比。對實驗設備參數進行設定，具體如表1所示。通過上述參數，對園林景觀進行虛擬成像。選擇20幅園林景觀進行試驗，共進行3次虛擬成像，并對清晰度進行計算分析。

3.2? 實驗結果分析

將本文設計系統采用系統1進行表示，原有系統采用系統2進行表示，如表2所示。通過表中數據可以看出，本文設計虛擬成像系統清晰度大都在85%～90%之間，原有成像系統清晰度大都在82%～85%之間，說明本文設計虛擬成像體系清晰度明顯高于原有虛擬成像體系。由此可見，本文設計虛擬成像系統在清晰度方面取得了很好的效果。通過上述結果，在園林景觀設計中采用本文設計的虛擬成像系統后，其清晰度明顯高于行業平均水平。采用本文設計虛擬成像系統可以將園林景觀以簡單直接的方式呈現。本文設計的三維虛擬成像系統完全適用于園林景觀設計。

4? 結? 語

隨著我國三維虛擬成像技術的不斷普及，將該技術應用在各行各業之中，通過對園林景觀進行三維虛擬成像可以在設計中及時發現園林設計的不足之處，并加以改正。通過使用這種技術將虛擬的景觀具象化成像，保證了人們可以充分感知達到設計者的感受。基于目前的虛擬成像技術，還應當不斷加強對于成像技術的研究，不斷提升設備的科學性與可行性，從而，將這門技術應用得更加熟練。

參考文獻

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