基于Unity3D的區域景觀生態敏感性評價系統設計

蔣明

摘? 要： 傳統的區域景觀生態敏感性評價系統因景觀數據量大，使得系統運行流暢度較差。為此，提出基于Unity3D的區域景觀生態敏感性評價系統。在硬件設計上，選擇MT9V022作為核心芯片，結合FPGA控制景觀數據的傳輸，設計FIFO與SDRAM相連電路，保證數據安全存儲;在軟件設計上，根據獲取的景觀數據，使用Unity3D生成區域景觀生態模型，通過該模型確定敏感性因子，計算各個因子的權重與評價得分，求得敏感性綜合評價值，結合敏感性評價等級表實現敏感性評價。結合硬件和軟件設計完成整個系統設計。測試結果表明，與傳統的敏感性評價系統相比，文中設計的基于Unity3D的區域景觀生態敏感性評價系統隨著數據量的增加，依然能夠流暢運行，說明該系統適合應用在實際項目中。

關鍵詞： Unity3D; 區域景觀; 生態敏感性; 評價系統; 系統設計; 系統測試

中圖分類號： TN911.23?34; X171? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）20?0171?04

Design of regional landscape ecological sensitivity evaluation system based on Unity3D

JIANG Ming

（Huashang College Guangdong Univiersity of Finance & Economics， Guangzhou 511300， China）

Abstract： As the traditional regional landscape ecological sensitivity evaluation system has poor running smoothness due to the large amount of landscape data， a regional landscape ecological sensitivity evaluation system based on Unity3D is proposed. In terms of hardware design， MT9V022 is selected as the core chip， which combines with FPGA to control the transmission of landscape data， and the circuit connecting FIFO and SDRAM is designed to ensure the safe storage of data. In the software design， Unity3D is used to generate the regional landscape ecological model according to the acquired landscape data， by which the sensitivity factors are determined. The weights and evaluation scores of each factor are calculated， and the comprehensive evaluation value of sensitivity is obtained， and the sensitivity evaluation is realized by combining the sensitivity evaluation level table. The overall system design is completed in combination of the hardware and software design. The testing results show that， in comparison with the traditional sensitivity evaluation system， the designed regional landscape ecological sensitivity evaluation system based on Unity3D can still run smoothly with the increase of the amount of data， which indicates that the system is suitable for application in the actual projects.

Keywords： Unity3D; regional landscape; ecological sensitivity; evaluation system; system design; system testing

0? 引? 言

進入21世紀以來，人類的破壞行為使得生態平衡遭到嚴重破壞，生態系統的結構和功能失調，生態環境的可持續發展受到嚴重威脅，給人類社會的可持續發展帶來嚴峻的挑戰。因此，生態環境問題的預防和治理變得非常迫切[1?3]。

綜合目前的研究工作，采用區域景觀生態敏感性評價系統對生態環境問題的研究和防治有一定的幫助，但是傳統的區域景觀生態敏感性評價系統對生態環境的渲染時，景觀模型數據量較大，造成系統運行流暢度較差，嚴重影響敏感性評價水平。

對于上述中存在的問題，引用Unity3D開發工具，結合Unity3D的虛擬技術，實現區域景觀的建模，通過模型數據提取敏感因子，依據敏感性評價等級表，完成敏感性評價系統的設計。

Unity3D開發工具具有跨平臺發布、地形編輯、腳本、網絡、物理和版本控制等特性，是一種動態類型、弱類型的直譯式腳本語言[4]。

將該技術應用在區域景觀生態敏感性評價系統中，有助于改善傳統的敏感性評價系統中存在的問題，對生態環境治理有一定的幫助。

1? 區域景觀生態敏感性評價系統硬件設計

區域景觀生態敏感性評價系統需要從實際的區域景觀生態中提取相關信息數據，利用專業的建模軟件生成三維模型，再獲取與敏感性相關的信息，生成敏感性因子，以此來實現敏感性評價。

上述過程中，從實際區域景觀中獲取信息需要利用無人機與攝像機拍攝完整的景觀，使用相關硬件提取視頻中的信息[5]。選擇的硬件有圖像采集傳感器、FPGA、SDRAM存儲電路、數據緩沖模塊以及電源電路等[6]。具體的結構如圖1所示。

采集景點圖像中使用的核心芯片是MT9V022芯片，考慮實際工作中的需求，確定該芯片各個管腳的功能及定義[7]。管腳的具體功能如表1所示。

當使用FPGA訪問該芯片時，根據S_C_ADR0和S_C_ADR1兩個信號的不同狀態，配置圖像傳感器，設置芯片的輸出是并行的10 bit數據，將芯片的數據線的高8位傳給FPGA[8]。其接口電路設計如圖2所示。

通過上述中的MT9V022和FPGA連接實現圖像中景觀信息的傳輸和處理。完成處理后，提取的景觀數據暫時存儲在外部存儲器SDRAM中，數據的緩存是為了保證數據的安全性。該部分直接調用FIFO來作為數據緩沖模塊，為了保證不同的數據帶寬的數據安全傳輸，設計4個端口的FIFO來實現SDRAM的讀/寫，這4個端口包含2個寫緩存和2個讀緩存[9]。FIFO與SDRAM的連接如圖3所示。

通過上述過程實現景觀信息數據的提取，完成區域景觀生態敏感性評價系統的硬件設計。

2? 區域景觀生態敏感性評價系統軟件設計

2.1? 確定敏感性因子

將獲取的多源景觀數據集成在一起生成DEM數據，將數據導入至Unity3D中生成景觀模型，使用該軟件管理景觀三維模型，實現景觀的渲染與展示，通過三維模型的不斷調整與測試，確定區域景觀生態敏感因子。使用Unity3D開發工具需要用到大量程序代碼，通過GetComponent（）引用組件，利用pragma strictvar speed制作第一人稱控制器控制景觀模型，初始定義一個浮點數變量作為移動模型的初始控制速度[10]。模型的旋轉與移動由其自動添加的transform組件實現，其內部存在已經定義好的移動和旋轉的函數，分別為Translant（）和Rotate（），直接調用便可實現模型的多角度展示與調整[11?13]。

在區域生態環境敏感性因子確定中，根據三維模型展示出的景觀生態環境，按照層次原則，進行合理的分類與選擇，經過對上述內容的分析，確定的敏感性因子如圖4所示。

通過上述過程確定敏感性因子，計算各個敏感性因子的權重及評價結果值，確定敏感性分級標準。

2.2? 求取區域景觀生態敏感性評價等級

將上述確定的區域景觀敏感性因子的原始信息數據統一標準，為求取區域景觀生態敏感性評價做準備。統一標準后，計算權重來衡量敏感性因子的相對重要性，權重值越大，表示因子對敏感性的影響越大。權重計算公式如下：

[αj=j=1nejej] （1）

式中：[n]表示區域景觀生態敏感性因子個數;[ej]表示第[j]個敏感性因子的比較值，該值是通過成對比較法中的比例矩陣獲得的[14]。利用權重計算單獨一個敏感性因子的評價得分。公式如下：

[Kj=j=1nαjn] （2）

式中：[αj]表示第[j]個敏感性因子的權重;[Kj]表示區域景觀生態第[j]個敏感性因子的評價得分[15]。將通過上述計算過程得到的權重與評價得分結合在一起，利用加權疊加法計算出區域景觀生態敏感性綜合評價值。計算公式為：

[C=j=1nKjαj] （3）

將計算出的區域景觀生態敏感性綜合評價值與生態環境敏感性評價等級標準表相對應，如表2所示。完成區域景觀生態敏感性評價。以表2中獲得的等級標準作為參照，實現區域景觀生態敏感性評價，完成系統軟件部分的設計。

3? 區域景觀生態敏感性評價系統性能測試

3.1? 測試平臺及約束條件

選擇某一區域景觀，根據其真實的地形、植被和地物等景觀構建相應的模型，結合測試的實際需求搭建測試平臺，并設置相應的約束條件。

搭建的硬件平臺為內存4 GB DDR2667，200 GB硬盤內存，8 MB緩存以及Radeon HD2300的圖形加速卡。制定的約束條件如表3所示。

為了更好的研究測試渲染數據量與系統運行效率之間的關系，將其分級比較。分級關系表如表4所示。

依據上述FPS與流暢度的分級關系表對獲得的測試結果進行分級比較。

3.2? 測試結果及分析

在搭建的測試平臺中，使用所設計的基于Unity3D的區域景觀生態敏感性評價系統對構建的景觀模型進行敏感性評價，同時引用傳統的區域景觀生態敏感性評價系統在相同的測試平臺測試，測試結果如圖5所示。

圖中顯示，使用傳統的敏感性評價系統測試，隨著渲染面片數的增加，其流暢度呈下降趨勢，以流暢度分級關系表為參照，當渲染面片數達到6萬～7萬時，對應的流暢度下降到6以下，存在卡頓現象，并且越來越小，說明卡頓越來越嚴重;使用設計的敏感性評價系統，其流暢度并沒有隨著渲染面片數的增加而出現明顯的變化，并且一直處在較高的位置，說明系統能夠流暢運行。

4? 結? 語

生態敏感性評價對區域景觀生態環境的保護與治理有重要意義。傳統的區域景觀生態敏感性評價系統越來越不能滿足現今的需求，通過引用Unity3D改善傳統系統中存在的問題。經過對比測試，證明了設計的基于Unity3D的區域景觀生態敏感性評價系統性能更優越，對做出切實合理的專項規劃方面有著重要的應用價值。

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