基于三維動畫技術(shù)的生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)

王延杰

(濟(jì)寧市水利事業(yè)發(fā)展中心 東魚河分中心，山東 濟(jì)寧 272300)

0 引 言

隨著生態(tài)水利建設(shè)的不斷推進(jìn)，生態(tài)水利工程建設(shè)在國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中占據(jù)舉足輕重的地位。在進(jìn)行生態(tài)水利工程管理和施工建設(shè)中，結(jié)合生態(tài)水利工程的動態(tài)信息分析和數(shù)據(jù)信息化管理的方法，建立生態(tài)水利工程的動態(tài)管理和過程控制模型，最大化發(fā)揮生態(tài)水利工程的信息化水平的同時，降低生態(tài)水利工程的施工成本和開銷，提高生態(tài)水利工程的建設(shè)施工質(zhì)量。同時，還可以提高生態(tài)水利工程的信息化以及智慧化管理水平，研究生態(tài)水利工程的項目優(yōu)化管理方法在施工建設(shè)中具有重要意義。

在進(jìn)行生態(tài)水利工程管理設(shè)計中，需要對生態(tài)水利工程管理相關(guān)信息進(jìn)行三維重組，結(jié)合圖像和動態(tài)特征分析，建立生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)信息庫，提高生態(tài)水利工程管理的面向?qū)ο笮?。?dāng)前，對生態(tài)水利工程管理的三維重組和監(jiān)測方法主要建立在對生態(tài)水利工程的紅外和視頻特征分析檢測上，結(jié)合視頻在線掃描和測繪，建立生態(tài)水利工程管理的測繪信息分析模型。文獻(xiàn)[3]中提出基于河流的四維特征定位分析的生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)設(shè)計方法，首先進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架，結(jié)合思維特征參數(shù)分析，實現(xiàn)生態(tài)水利工程管理，但該方法進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的動態(tài)信息跟蹤能力不好。文獻(xiàn)[5]中提出基于虛擬視景重構(gòu)的水利生態(tài)管理方法，在FLAH中進(jìn)行REDUCT生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的程序加載，采用局部總線技術(shù)，建立系統(tǒng)信息化管理模型，但該方法的可靠性不高。

為此，本文提出基于三維動畫技術(shù)的生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)設(shè)計方法。首先采用信息聯(lián)動的方法，構(gòu)建生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的信息化檢測識別，然后進(jìn)行水利工程管理系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，最后通過實驗進(jìn)行性能驗證分析。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)架和參數(shù)配置

1.1 生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架

基于三維動畫技術(shù)，實現(xiàn)對生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和模塊設(shè)計，首先需要進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的信息管理數(shù)據(jù)庫模型構(gòu)建。在C/S結(jié)構(gòu)體系下，建立生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的代碼協(xié)議模塊、成型加載模塊、信息融合模塊和總線調(diào)度模塊；在生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，以MySQL為數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)生態(tài)水利工程管理的底層信息融合；以Tomcat為服務(wù)器進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的規(guī)范化程序結(jié)構(gòu)開發(fā)，建立生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的三維動態(tài)重組模型；通過組件控制和總線開發(fā)的方法，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)分析和功能模塊設(shè)計；采用PXI、VXI、LXI聯(lián)合總線測試，建立生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)存儲模塊、視頻數(shù)據(jù)中心管控模塊以及用戶監(jiān)控終端顯示模塊等。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)圖1的總體設(shè)計構(gòu)架，采用數(shù)據(jù)共享、實時感知、信息聯(lián)動的方法，構(gòu)建生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)庫，生態(tài)水利工程管理的底層信息類型標(biāo)識主要有 PAL、NTSC、SECAM，采用4∶2∶0 和4∶4∶0編碼方法，采用塊方式的運動補償控制，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的三維動畫設(shè)計，得到系統(tǒng)的三維動畫幀識別模型，見圖2。

圖2 系統(tǒng)的三維動畫幀識別模型

1.2 生態(tài)水利工程管理的數(shù)據(jù)參數(shù)配置

結(jié)合總體設(shè)計結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)模塊化設(shè)計，系統(tǒng)模塊包括網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、底層信息開發(fā)模塊、總線數(shù)據(jù)加載模塊、視頻監(jiān)測模塊和動畫展示模塊等。采用視頻幀檢測和三維動畫處理技術(shù)，建立生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)、通用設(shè)備的個性化配置，建立參數(shù)配置模型，得到生態(tài)水利工程管理的參數(shù)配置結(jié)構(gòu)模型，見圖3。

圖3 生態(tài)水利工程管理的參數(shù)配置結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)圖3的參數(shù)配置結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合匯聚、傳輸、交換、分發(fā)控制的方法，建立生態(tài)水利工程管理的三維動畫配置模型，采用三維動畫配置技術(shù)，實現(xiàn)生態(tài)水利工程管理的視景重建。

2 生態(tài)水利工程管理三維動畫設(shè)計及系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 生態(tài)水利工程管理三維動畫設(shè)計

通過同步測量和信息化監(jiān)測的方法，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)模型構(gòu)造。采用三維動畫模擬方法，構(gòu)建生態(tài)水利工程管理的專線(MSTP/SDH)視景配置模型，采用位置區(qū)域的圖像跟蹤和視景重建技術(shù)，得到生態(tài)水利工程管理三維動畫的視景結(jié)構(gòu)配置模型，見圖4。

圖4 生態(tài)水利工程管理的視景結(jié)構(gòu)配置模型

從攝像頭圖像中提取出重要視頻幀數(shù)據(jù)，在三維視景重構(gòu)結(jié)構(gòu)模型參數(shù)中，進(jìn)行水利工程施工建設(shè)的跟蹤和行為理解，得到生態(tài)水利工程的三維動畫分布像素：

(1)

其中：Ix為基準(zhǔn)背景圖像；Iy為生態(tài)水利工程的現(xiàn)場視頻幀動畫序列。

在3DStudio MAX軟件中，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的三維動畫視頻片段分析，分為報警顯示、系統(tǒng)管理、視頻分析3個模塊，得到分組檢測參數(shù)：

(2)

其中：x為水平視頻分析模塊參數(shù)；y為垂直視頻分析模塊；z為中軸視頻分析模塊；Η為視頻采集點的邊緣像素分量；τ為三維動畫檢測的時延；I為單位矩陣；P為空間像素誤差；γ為模糊度；θ為匹配誤差；ω為偏離度；a為模糊匹配系數(shù)；b為聯(lián)合參數(shù)匹配系數(shù)；c為邊緣像素差異度。

在視頻核心節(jié)點、視頻區(qū)域節(jié)點中，得到生態(tài)水利工程管理的稀疏性特征分布式：

(3)

其中：x為融入BSD UNIX的特征誤差；y為統(tǒng)計特征點局部鄰域參數(shù)；σ為特征點的描述符。

在OpenFlight數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的視景重建，結(jié)合主成分分析方法進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的視景重構(gòu)和統(tǒng)計分析，得到直方圖統(tǒng)計梯度方向為：

(4)

采用模糊判斷方法進(jìn)行三維動態(tài)視景的自適應(yīng)模擬，通過同步測量和信息化監(jiān)測的方法，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)模型構(gòu)造，采用三維視景重構(gòu)，實現(xiàn)生態(tài)水利工程管理的底層文件配置。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計實現(xiàn)

在生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)開發(fā)的項目部署階段，靜態(tài)化項目是通過CDN實現(xiàn)三維動畫模擬和視景承載的，通過AngularJS框架的路由機(jī)制，采用VIX總線控制技術(shù)實現(xiàn)生態(tài)水利工程管理的視景參數(shù)配置，得到生態(tài)水利工程管理的軟件結(jié)構(gòu)模塊，見圖5。

圖5 生態(tài)水利工程管理的軟件結(jié)構(gòu)模塊

根據(jù)圖5所示的生態(tài)水利工程管理的軟件結(jié)構(gòu)模塊，采用ARM Cortex-M0 處理器內(nèi)核實現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)虛擬視景模擬軟件的APP開發(fā)，在ZigBee物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)模式下，配置SDH/MSTP 或者數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備，將視頻線、控制線和電源線引入的系統(tǒng)底層，通過視頻編碼器接入動畫傳輸信息端，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的類結(jié)構(gòu)配置，得到軟件實現(xiàn)流程，見圖6。

圖6 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)流程

3 實驗測試分析

通過仿真實驗，驗證本文方法在實現(xiàn)生態(tài)水利工程管理的三維視景重建中的應(yīng)用性能，在DVENET(Distributed Virtual Environment NETwork)中進(jìn)行虛擬視景重建和仿真實驗。不同項目單元的相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 不同項目單元的相關(guān)參數(shù)

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，通過客戶端軟件操作可對生態(tài)水利工程監(jiān)控點的 PTZ 攝像機(jī)進(jìn)行控制，在MineSendPacket和MineRecvPacket類結(jié)構(gòu)中進(jìn)行生態(tài)水利工程項目管理的程序加載。數(shù)據(jù)加載實現(xiàn)界面見圖7。

圖7 生態(tài)水利工程項目管理的數(shù)據(jù)加載界面

根據(jù)數(shù)據(jù)加載，實現(xiàn)生態(tài)水利工程管理三維動畫視景仿真結(jié)果，見圖8。

分析圖8得知，本文方法進(jìn)行生態(tài)水利工程項目管理管理，生態(tài)水利工程管理的視景重構(gòu)性能較好。測試不同方法進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的穩(wěn)定性，得到對比結(jié)果，見圖9。分析圖9得知，本文方法進(jìn)行生態(tài)水利工程管理的穩(wěn)定性較高。

圖8 生態(tài)水利工程管理三維動畫視景仿真結(jié)果

圖9 生態(tài)水利工程管理穩(wěn)定性測試

4 結(jié) 語

結(jié)合生態(tài)水利工程的動態(tài)信息分析和數(shù)據(jù)信息化管理的方法，建立生態(tài)水利工程的動態(tài)管理和過程控制模型，本文提出基于三維動畫技術(shù)的生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)設(shè)計方法。建立生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的三維動態(tài)重組模型，通過組件控制和總線開發(fā)的方法，進(jìn)行生態(tài)水利工程管理系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)分析和功能模塊設(shè)計；采用三維動畫配置技術(shù)，建立生態(tài)水利工程管理的視景重建參數(shù)分析模型；結(jié)合三維重建和動畫特征分析，實現(xiàn)生態(tài)水利工程項目管理優(yōu)化。測試結(jié)果表明，設(shè)計的系統(tǒng)能有效實現(xiàn)生態(tài)水利工程項目管理，視景重構(gòu)和穩(wěn)定性較好。