園林景觀的三維數(shù)字化平臺設(shè)計

摘 要： 針對園林景觀的數(shù)字平臺中園林景觀圖像顯示晃動的問題，提出一種園林景觀的三維數(shù)字化平臺設(shè)計方案。引進離散高程計算對設(shè)計的平臺進行圖像保幀，通過離散高程計算后的圖像算子以及三維圖像能夠進行高階的穩(wěn)定保存，有效地避免了三維圖像生成過程的視覺渲染低的問題，優(yōu)化了邊緣相關(guān)性種子點匹配，保證了圖像清晰度和圖像的穩(wěn)定性，同時，通過邊緣算子的優(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)晃動的問題。為了驗證設(shè)計的園林景觀的三維數(shù)字化平臺的有效性，還設(shè)計了對比仿真實驗。實驗結(jié)果表明，設(shè)計的園林景觀的三維數(shù)字化平臺能夠穩(wěn)定地顯示三維園林景觀圖像，同時避免了三維圖像出現(xiàn)晃動的現(xiàn)象。

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

中圖分類號： TN02?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 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)字化平臺是對園林景觀進行數(shù)據(jù)采集，然后利用虛擬現(xiàn)實的技術(shù)手段對園林景觀進行圖像呈現(xiàn)的虛擬數(shù)字平臺[1]。園林景觀三維數(shù)字化平臺中涵蓋園林綠化、人文設(shè)計景觀、整體規(guī)劃設(shè)計、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)字化平臺強調(diào)景觀與生活、自然與人文、文化與娛樂的相輔相成，園林景觀三維數(shù)字化平臺能夠使觀光者產(chǎn)生身臨其境的感覺[3]。

園林景觀三維數(shù)字化平臺設(shè)計的基礎(chǔ)是對園林景觀的數(shù)字采集，然后使用對應(yīng)的成像技術(shù)對其進行三維景觀的刻畫。傳統(tǒng)的園林景觀三維數(shù)字化平臺極其注重數(shù)字采集的過程，但是由于技術(shù)手段有限，生成的三維圖像可能會出現(xiàn)清晰度不高的現(xiàn)象[4?5]，甚至?xí)霈F(xiàn)三維圖像晃動，極大地影響了園林景觀三維數(shù)字化平臺的呈現(xiàn)效果，同時，圖像的效果極大地影響了平臺的應(yīng)用情況[6?7]。

針對上述問題，本文設(shè)計了一種園林景觀的三維數(shù)字化平臺。引進離散高程計算，對采集的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行離散化計算，避免圖像視覺渲染程度低的問題，有效地提高了三維園林景觀圖像的高階穩(wěn)定性，同時優(yōu)化了邊緣相關(guān)性種子點匹配，避免出現(xiàn)由于邊緣算子計算失誤導(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)的圖像晃動問題，通過上述兩種方法的結(jié)合保證了三維園林景觀圖像能夠清晰穩(wěn)定的顯示。為了驗證本文設(shè)計的園林景觀的三維數(shù)字化平臺的有效性，設(shè)計了對比仿真實驗，實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的園林景觀的三維數(shù)字化平臺能夠清晰穩(wěn)定地顯示三維園林景觀圖像。

1 園林景觀的三維數(shù)字化平臺設(shè)計方案

1.1 硬件設(shè)計

園林景觀的三維數(shù)字化平臺的硬件設(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)計的園林景觀三維數(shù)字化平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。endprint

1.2 引進離散高程計算

引進的離散高程計算能夠保證本文設(shè)計的園林景觀的三維數(shù)字化平臺系統(tǒng)能夠得到高清的三維園林景觀圖像，引進的離散高程計算方法采用反距權(quán)重高程插值計算的原理，從而實現(xiàn)三維圖像離散高程計算，首先需要對數(shù)據(jù)進行“反距權(quán)重”計算：

（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色差；表示三維圖像經(jīng)過反距權(quán)重計算過程中的焓值差。通過式（1），式（2）可以把采集的園林景觀的數(shù)據(jù)圖像進行“標(biāo)碼化”，這樣方便進行高階離散計算。數(shù)據(jù)離散處理的計算公式為：

（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。引進離散高程計算實際上是對圖像的像素權(quán)值進行設(shè)定，通過離散的方法把無序的編程有序化，過程為：

（4）

經(jīng)過引進離散高程計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)干擾也會很快進行消除，通過離散處理的數(shù)據(jù)能夠保持一定的差值控制，避免由于視覺色差造成圖像跳頻，圖像跳頻最大的現(xiàn)象就是圖像晃動，雖然通過計算的方法解除了一部分原因，但是還沒有從根本上解決出現(xiàn)晃動的概率。

1.3 優(yōu)化邊緣相關(guān)性種子點匹配保證圖像清晰

根據(jù)出現(xiàn)圖像晃動的原因，本文優(yōu)化了邊緣相關(guān)性，通過優(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；分別表示處理過程的像素、點位距、相位距；表示數(shù)據(jù)顯性。通過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），對邊緣算子進行有效編輯，進而可得到三維圖像的灰度梯度：

（7）

通過邊緣的相關(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，保證圖像能夠進行邊緣的定化，極大地穩(wěn)定了圖像，最終通過式（8）增加圖像的邊緣穩(wěn)定性：

（8）

式中表示三維圖像的律動性。

通過對比例以及圖像數(shù)據(jù)對象的編輯，達到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定程度，SQL語言過程為：

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)計的園林景觀三維數(shù)字化平臺系統(tǒng)運用離散高程計算對圖像進行保幀處理，離散高程計算能夠保證三維園林景觀圖像的有序性，同時有效地減少了數(shù)據(jù)對其成像的干擾能力，優(yōu)化了邊緣相關(guān)性的計算，通過優(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)晃動的可能性，為三維數(shù)字化平臺能夠進行高清圖像的呈現(xiàn)提供了解決方案。

2 仿真實驗分析

為了測試本文設(shè)計的園林景觀三維數(shù)字化平臺系統(tǒng)能夠?qū)θS園林景觀圖像進行高清呈現(xiàn)，設(shè)計了對比仿真實驗。實驗選擇某園林景觀的一角進行三維圖像的呈現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的方法進行圖像的三維重建，同時使用本文設(shè)計的園林景觀三維數(shù)字化平臺系統(tǒng)進行三維圖像的重建，為了保證實驗的有效性，使用兩種方法同時進行試驗。

2.1 參數(shù)設(shè)定

為避免出現(xiàn)圖像的晃動，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)境進行實驗，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)計的園林景觀三維數(shù)字化平臺具有較低的失幀率，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)計的園林景觀三維數(shù)字化平臺系統(tǒng)的丟包率更低，說明本文設(shè)計的平臺所顯示的三維圖像更加穩(wěn)定。

綜上所述，本文設(shè)計的園林景觀三維數(shù)字化平臺系統(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，說明已經(jīng)從根本上解決了三維圖像晃動的問題。

3 結(jié) 語

本文設(shè)計了一種園林景觀的三維數(shù)字化平臺系統(tǒng)，運用離散高程計算對圖像進行保幀處理，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)晃動的問題。通過本文的研究能夠為園林景觀的三維數(shù)字化平臺提供良好的理論依據(jù)。

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