園林景觀設(shè)計(jì)合理性的三維圖像模擬判斷方法

1、 園林景觀設(shè)計(jì)合理性的三維圖像模擬判斷方法 廖坤摘 要： 傳統(tǒng)深估判斷方法存在判斷誤差大、速率低等問題，無法滿足高精準(zhǔn)判斷需求，為此，提出三維圖像模擬判斷方法對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)的合理性展開分析。設(shè)計(jì)三維圖像園林景觀數(shù)據(jù)采集流程，利用三維圖像模擬判斷方法解析函數(shù)，判斷數(shù)據(jù)是否符合規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。解析景觀特征流程，根據(jù)最小目標(biāo)函數(shù)獲得平移向量、旋轉(zhuǎn)矩陣和縮放因子，由此獲得特征數(shù)據(jù);根據(jù)特征數(shù)據(jù)構(gòu)建三維圖像模擬判斷模型，并利用三維可視化法對(duì)景觀設(shè)計(jì)合理性判斷結(jié)果進(jìn)行展示。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，基于三維圖像模擬判斷方法誤差小、速率高，判斷效率可滿足人們需求。Key： 園林景觀; 合理性分析; 三維圖像模擬; 最

2、小目標(biāo)函數(shù); 判斷模型; 三維可視化法： TN911.73?34 ： A ： 1004?373X（2018）12?0075?04Abstract： The traditional deep evaluation judgment method has problems such as big judgment error and low speed， and cannot meet the requirement of high?accurate judgment. Therefore， a 3D image simulation judgment method is proposed to

3、analyze the rationality of the garden landscape design. The data acquisition process of 3D image garden landscape is designed， and the function is analyzed by using the 3D image simulation judgment method to determine whether the data conforms to the planning standard. The landscape characteristic p

4、rocess is analyzed， and the translation vector， rotation matrix， and scaling factor are obtained according to the minimum objective function， so as to obtain the characteristic data. The 3D image simulation judgment model is constructed based on the characteristic data. The rationality judgment resu

5、lts of the landscape design are presented by using the 3D visualization method. It is concluded from the contrast experiment that the 3D image based simulation judgment method has small error and high speed， and its judgment efficiency can meet peoples need.Keywords： garden landscape; rationality an

6、alysis; 3D image simulation; minimum objective function; judgment model; 3D visualization method0 引 言隨著我國城市化腳步加快，人們對(duì)園林景觀環(huán)境關(guān)注越來越密切。受到城市景觀設(shè)計(jì)和民族歷史影響，融入傳統(tǒng)文化內(nèi)涵起到了十分重要作用。景觀作為環(huán)境綠化美觀重要組成部分，空間分布合理性受到了各方面制約，在這種情況下，研究合理的園林景觀模擬判斷方法具有重要意義。我國針對(duì)園林分布合理性判斷方法有以下幾種：基于加權(quán)平均理論判斷方法，該方法能夠有效描述園林風(fēng)景的幾何參數(shù)并進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，但是卻存在難以準(zhǔn)確判斷分布是

7、否合理問題;基于網(wǎng)絡(luò)投影判斷方法，該方法具有較高的精準(zhǔn)判斷效果，但是存在評(píng)價(jià)穩(wěn)定性差問題1。目前，人們最常使用深估判斷方法，該方法存在判斷誤差大、速率低等問題，無法滿足高精準(zhǔn)判斷的需求。針對(duì)上述方法存在的問題，提出三維圖像模擬判斷方法對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)的合理性展開分析。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確采集模擬數(shù)據(jù)，并在復(fù)雜環(huán)境下，可快速、準(zhǔn)確判斷園林景觀設(shè)計(jì)的合理性，為環(huán)境美觀提供了保障。1 園林景觀設(shè)計(jì)合理性判斷方法研究1.1 三維圖像數(shù)據(jù)采集在日常生活中，由于受到天氣因素、建筑因素等方面的影響，園林景觀設(shè)計(jì)是否合理分布無法保證2。為此，設(shè)計(jì)三維圖像園林景觀數(shù)據(jù)采集流程，該流程分析判斷情況如圖1

8、所示。由圖1可知，三維圖像園林景觀數(shù)據(jù)采集先對(duì)景觀分布的隱含數(shù)據(jù)和正常數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中進(jìn)行分類，根據(jù)景觀設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理判斷3。1.2 三維圖像模擬景觀特征解析函數(shù)針對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)合理性，利用三維圖像模擬判斷方法解析函數(shù)，判斷數(shù)據(jù)是否符合規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，這一解析過程是設(shè)計(jì)合理性判斷模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的保障，也是提高判斷準(zhǔn)確度的關(guān)鍵所在4，如圖2所示。根據(jù)圖2解析流程，將園林景觀整體圖像和局部圖像分別用X，Y來表示，統(tǒng)計(jì)園林景觀圖像集合M和各個(gè)圖像在X，Y中對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)數(shù)量，計(jì)算園林景觀整體圖像和局部圖像X，Y投影在圖像H上像素位置5，利用投影到圖像上二維坐標(biāo)點(diǎn)6在園林景觀圖像上所

9、對(duì)應(yīng)的攝像矩陣來標(biāo)記三維圖像特征點(diǎn)在園林場景平面上投影點(diǎn)坐標(biāo)位置。假設(shè)已經(jīng)獲得園林景觀圖像三維特征X，Y中任意一點(diǎn)Xk1，YK2，通過尋找近似變換F，獲取Xk1，YK2中全部特征點(diǎn)坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換F由平移向量Z、旋轉(zhuǎn)矩陣R和縮放因子S構(gòu)成7?8，對(duì)F求值并轉(zhuǎn)換成最小目標(biāo)函數(shù)。利用圖3計(jì)算流程，獲取園林景觀圖像特征數(shù)據(jù)平移向量Z、旋轉(zhuǎn)矩陣R和縮放因子S。由圖3可獲得平移向量Z、旋轉(zhuǎn)矩陣R和縮放因子S，由此獲得了整個(gè)園林景觀圖像特征數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)完成對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)合理性判斷9。1.3 基于三維圖像合理性判斷模擬模型根據(jù)上述獲取的數(shù)據(jù)特征，構(gòu)建三維圖像園林景觀設(shè)計(jì)合理性判斷模型，并利用三維可視化法對(duì)景觀

10、設(shè)計(jì)合理性判斷結(jié)果進(jìn)行展示10。以園林景觀設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為輸入，對(duì)模擬特征參數(shù)進(jìn)行確定，最終獲得合理性判斷結(jié)果，模型的構(gòu)建如圖4所示。由圖4可知，基于三維圖像模擬判斷景觀設(shè)計(jì)合理性模型主要包括兩個(gè)部分：一部分是園林景觀計(jì)算機(jī)模擬模型;另一部分是三維特征計(jì)算機(jī)模擬模型，可通過該模型對(duì)模擬判斷慣性因子進(jìn)行獲取11。利用該模型通過引入動(dòng)力學(xué)正向判斷和逆向判斷方法對(duì)獲取的慣性因子進(jìn)行正向的判斷，進(jìn)而獲取各個(gè)特征結(jié)構(gòu)的逆向判斷，最終判斷園林景觀設(shè)計(jì)是否合理。2 實(shí) 驗(yàn)為了證明提出的園林景觀設(shè)計(jì)合理性三維圖像模擬判斷方法有效性，需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在Windows 8環(huán)境下構(gòu)建園林景觀分布合理性的三維圖像模型

11、分析平臺(tái)12。由于Point Grey Flea 2相機(jī)具有640 pi520 pi的分辨率，為此，利用該相機(jī)選取園林景觀協(xié)會(huì)所提供的60幀圖像作為實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。通過三維圖像進(jìn)行合理采集識(shí)別分析，并計(jì)算不同矩陣目標(biāo)函數(shù)值，如果函數(shù)值較大，那么園林景觀判斷分析較為準(zhǔn)確;如果函數(shù)值較小，說明園林景觀設(shè)計(jì)合理性判斷不準(zhǔn)確?；诖?，設(shè)計(jì)判斷流程如圖5所示。2.1 圖像特征點(diǎn)匹配數(shù)和匹配率結(jié)果與分析分別利用三維圖像模擬判斷方法和傳統(tǒng)深估判斷方法對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行對(duì)比，圖像特征點(diǎn)提取數(shù)量是否可以判斷園林景觀三維圖像模擬精準(zhǔn)度，關(guān)鍵因素在于如何準(zhǔn)確匹配景觀園林圖像的相應(yīng)屬性特征點(diǎn)。同時(shí)使用這兩種判斷方法

12、對(duì)園林景觀特征點(diǎn)匹配數(shù)目和匹配率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。由表1可知，利用傳統(tǒng)深估判斷方法獲取的園林景觀特征點(diǎn)匹配數(shù)目和匹配率都低于本文使用的三維圖像模擬方法，并且圖像特征點(diǎn)數(shù)目在匹配過程中所進(jìn)行的步驟較簡單。三維圖像模擬方法具有較高特征點(diǎn)匹配率，充分證明使用該判斷方法具有合理性。以表1對(duì)比結(jié)果作為依據(jù)，利用這兩種判斷方法進(jìn)行園林景觀三維圖像模擬效果對(duì)比，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，利用三維圖像模擬判斷方法所獲得的園林景觀分布較為合理，主要原因就是在判斷過程中，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行高精度匹配，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行聚類分配，根據(jù)分配后的圖像特征對(duì)模擬點(diǎn)進(jìn)行分析，并以分析結(jié)果為依據(jù)完成對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)合理性判斷。

13、由圖7可知，當(dāng)時(shí)間在010范圍內(nèi)，傳統(tǒng)方法判斷速率逐漸增加，但始終小于三維模擬方法;當(dāng)時(shí)間在1015范圍內(nèi)，傳統(tǒng)方法判斷速率開始下降。在后續(xù)時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)方法一直呈現(xiàn)上下浮動(dòng)趨勢，最快速率只有三維圖像模擬判斷最快速率的12左右。由此可知，使用傳統(tǒng)方法對(duì)園林景觀合理性判斷時(shí)速度較慢，速率較低;而三維圖像模擬判斷方法速率較快。判斷精準(zhǔn)度對(duì)比結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，當(dāng)判斷范圍為20%以內(nèi)時(shí)，傳統(tǒng)方法與本文方法對(duì)景觀設(shè)計(jì)合理性判斷精準(zhǔn)度相差不大，并且傳統(tǒng)方法判斷精準(zhǔn)度要高于本文方法;當(dāng)判斷范圍在20%45%時(shí)，傳統(tǒng)方法判斷精準(zhǔn)度明顯高于本文方法。但是隨著范圍逐漸擴(kuò)大，本文所使用的三維圖像模擬判斷方法

14、精準(zhǔn)度逐漸提高，而傳統(tǒng)方法始終維持在40%左右。由此可知，基于三維圖像模擬判斷方法對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)合理性判斷比傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確。2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論利用傳統(tǒng)深估判斷方法獲取的園林景觀特征點(diǎn)匹配數(shù)目和匹配率都低于本文使用的三維圖像模擬方法，并且對(duì)園林景觀合理性判斷時(shí)速度較慢，速率較低;而使用三維圖像模擬方法具有較高的特征點(diǎn)匹配率，且判斷速率較快，充分證明使用該判斷方法具有合理性。3 結(jié) 語利用傳統(tǒng)方法對(duì)園林景觀分布合理性進(jìn)行分析時(shí)，難以準(zhǔn)確提取出圖像特征點(diǎn)，存在判斷誤差大、速率低等問題，為此，提出三維圖像模擬判斷方法對(duì)園林景觀分布合理性展開分析。使用該方法可提取景觀設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并解析，在很大程度上降低了判斷

15、誤差，并通過簡單判斷步驟大大提高了判斷的速率。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)判斷結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并得出該方法具有高效率、高精準(zhǔn)判斷能力，為實(shí)現(xiàn)園林景觀分布合理性提供了重要理論依據(jù)。Reference1 王長柳，麥賢敏，趙兵，等.風(fēng)景園林合理分布三維圖像仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)仿真，2017，34（8）：265?268.WANG Changliu， MAI Xianmin， ZHAO Bing， et al. Design of three dimensional image simulation system for landscape architecture J. Computer simulation， 201

16、7， 34（8）： 265?268.2 鄭媛元.園林景觀的三維數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（17）：67?69.ZHENG Yuanyuan. Design of 3D digital platform for garden landscape J. Modern electronics technique， 2017， 40（17）： 67?69.3 秦國輝.基于三維圖像的運(yùn)動(dòng)合理性判斷方法研究與仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（8）：22?24.QIN Guohui. Study and simulation of motion rationality judgmen

17、t method based on 3D image J. Modern electronics technique， 2017， 40（8）： 22?24.4 滑冰.基于三維圖像的羽毛球運(yùn)動(dòng)合理性判斷方法研究與仿真J.科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（10）：231?235.HUA Bing. Badminton rationality judgment method based on 3D image research and simulation J. Science technology and engineering， 2017， 17（10）： 231?235.5 張慶.基于三維圖像

18、分析的服裝設(shè)計(jì)合理性仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（11）：76?79.ZHANG Qing. Clothing design rationality simulation based on 3D image analysis J. Modern electronics technique， 2017， 40（11）： 76?79.6 鄭媛元.城市道路兩翼植物景觀三維圖像優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真J.計(jì)算機(jī)仿真，2016，33（11）：250?253.ZHENG Yuanyuan. City road plant landscape wing 3D image simulation optimizat

19、ion design J. Computer simulation， 2016， 33（11）： 250?253.7 龔勇.基于三維圖像分析潛在運(yùn)動(dòng)損傷姿態(tài)判斷方法J.計(jì)算機(jī)仿真，2015，32（9）：245?248.GONG Yong. Judgment method of potential injury posture based on three?dimensional image analysis J. Computer simulation， 2015， 32（9）： 245?248.8 唐封強(qiáng)，韓理光，張曉露，等.建筑園林三維測繪場景真實(shí)性建模仿真J.計(jì)算機(jī)仿真，2017，34（7）：412?415.TANG Fengqiang， HAN Liguang， ZHANG Xiaolu， et al. Realistic modeling and simulation of 3D scene of architectural landscape J. Computer simulation， 2017， 34（7）： 412?415.9 MIAO Teng， GUO Xinyu， WEN Weilian