園林景觀設計合理性的三維圖像模擬判斷方法

廖坤

摘 要： 傳統深估判斷方法存在判斷誤差大、速率低等問題，無法滿足高精準判斷需求，為此，提出三維圖像模擬判斷方法對園林景觀設計的合理性展開分析。設計三維圖像園林景觀數據采集流程，利用三維圖像模擬判斷方法解析函數，判斷數據是否符合規劃標準。解析景觀特征流程，根據最小目標函數獲得平移向量、旋轉矩陣和縮放因子，由此獲得特征數據;根據特征數據構建三維圖像模擬判斷模型，并利用三維可視化法對景觀設計合理性判斷結果進行展示。通過對比實驗得出結論，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。

關鍵詞： 園林景觀; 合理性分析; 三維圖像模擬; 最小目標函數; 判斷模型; 三維可視化法

中圖分類號： TN911.73?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）12?0075?04

Abstract： 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 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 process 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 results 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 people′s need.

Keywords： garden landscape; rationality analysis; 3D image simulation; minimum objective function; judgment model; 3D visualization method

0 引 言

隨著我國城市化腳步加快，人們對園林景觀環境關注越來越密切。受到城市景觀設計和民族歷史影響，融入傳統文化內涵起到了十分重要作用。景觀作為環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。我國針對園林分布合理性判斷方法有以下幾種：基于加權平均理論判斷方法，該方法能夠有效描述園林風景的幾何參數并進行準確計算，但是卻存在難以準確判斷分布是否合理問題;基于網絡投影判斷方法，該方法具有較高的精準判斷效果，但是存在評價穩定性差問題[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，無法滿足高精準判斷的需求。

針對上述方法存在的問題，提出三維圖像模擬判斷方法對園林景觀設計的合理性展開分析。經過實驗結果表明，該方法能夠準確采集模擬數據，并在復雜環境下，可快速、準確判斷園林景觀設計的合理性，為環境美觀提供了保障。

1 園林景觀設計合理性判斷方法研究

1.1 三維圖像數據采集

在日常生活中，由于受到天氣因素、建筑因素等方面的影響，園林景觀設計是否合理分布無法保證[2]。為此，設計三維圖像園林景觀數據采集流程，該流程分析判斷情況如圖1所示。

由圖1可知，三維圖像園林景觀數據采集先對景觀分布的隱含數據和正常數據進行收集，然后將數據輸入到數據庫當中進行分類，根據景觀設計數據進行合理判斷[3]。

1.2 三維圖像模擬景觀特征解析函數

針對園林景觀設計合理性，利用三維圖像模擬判斷方法解析函數，判斷數據是否符合規劃標準，這一解析過程是設計合理性判斷模型數據準確度的保障，也是提高判斷準確度的關鍵所在[4]，如圖2所示。

根據圖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，統計園林景觀圖像集合M和各個圖像在X，Y中對應的特征點數量，計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點[6]在園林景觀圖像上所對應的攝像矩陣來標記三維圖像特征點在園林場景平面上投影點坐標位置。

假設已經獲得園林景觀圖像三維特征X，Y中任意一點Xk1，YK2，通過尋找近似變換F，獲取Xk1，YK2中全部特征點坐標，轉換F由平移向量Z、旋轉矩陣R和縮放因子S構成[7?8]，對F求值并轉換成最小目標函數。利用圖3計算流程，獲取園林景觀圖像特征數據平移向量Z、旋轉矩陣R和縮放因子S。

由圖3可獲得平移向量Z、旋轉矩陣R和縮放因子S，由此獲得了整個園林景觀圖像特征數據，以此為依據完成對園林景觀設計合理性判斷[9]。

1.3 基于三維圖像合理性判斷模擬模型

根據上述獲取的數據特征，構建三維圖像園林景觀設計合理性判斷模型，并利用三維可視化法對景觀設計合理性判斷結果進行展示[10]。以園林景觀設計數據為輸入，對模擬特征參數進行確定，最終獲得合理性判斷結果，模型的構建如圖4所示。

由圖4可知，基于三維圖像模擬判斷景觀設計合理性模型主要包括兩個部分：一部分是園林景觀計算機模擬模型;另一部分是三維特征計算機模擬模型，可通過該模型對模擬判斷慣性因子進行獲取[11]。

利用該模型通過引入動力學正向判斷和逆向判斷方法對獲取的慣性因子進行正向的判斷，進而獲取各個特征結構的逆向判斷，最終判斷園林景觀設計是否合理。

2 實 驗

為了證明提出的園林景觀設計合理性三維圖像模擬判斷方法有效性，需要設計實驗進行驗證。在Windows 8環境下構建園林景觀分布合理性的三維圖像模型分析平臺[12]。由于Point Grey Flea 2相機具有640 pi×520 pi的分辨率，為此，利用該相機選取園林景觀協會所提供的60幀圖像作為實驗的數據。

通過三維圖像進行合理采集識別分析，并計算不同矩陣目標函數值，如果函數值較大，那么園林景觀判斷分析較為準確;如果函數值較小，說明園林景觀設計合理性判斷不準確。基于此，設計判斷流程如圖5所示。

2.1 圖像特征點匹配數和匹配率結果與分析

分別利用三維圖像模擬判斷方法和傳統深估判斷方法對園林景觀設計合理性進行對比，圖像特征點提取數量是否可以判斷園林景觀三維圖像模擬精準度，關鍵因素在于如何準確匹配景觀園林圖像的相應屬性特征點。同時使用這兩種判斷方法對園林景觀特征點匹配數目和匹配率進行對比，結果如表1所示。

由表1可知，利用傳統深估判斷方法獲取的園林景觀特征點匹配數目和匹配率都低于本文使用的三維圖像模擬方法，并且圖像特征點數目在匹配過程中所進行的步驟較簡單。三維圖像模擬方法具有較高特征點匹配率，充分證明使用該判斷方法具有合理性。

以表1對比結果作為依據，利用這兩種判斷方法進行園林景觀三維圖像模擬效果對比，結果如圖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，對特征點進行高精度匹配，并對特征點進行聚類分配，根據分配后的圖像特征對模擬點進行分析，并以分析結果為依據完成對園林景觀設計合理性判斷。

由圖7可知，當時間在0～10范圍內，傳統方法判斷速率逐漸增加，但始終小于三維模擬方法;當時間在10～15范圍內，傳統方法判斷速率開始下降。在后續時間內，傳統方法一直呈現上下浮動趨勢，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，使用傳統方法對園林景觀合理性判斷時速度較慢，速率較低;而三維圖像模擬判斷方法速率較快。判斷精準度對比結果如圖8所示。由圖8可知，當判斷范圍為20%以內時，傳統方法與本文方法對景觀設計合理性判斷精準度相差不大，并且傳統方法判斷精準度要高于本文方法;當判斷范圍在20%～45%時，傳統方法判斷精準度明顯高于本文方法。但是隨著范圍逐漸擴大，本文所使用的三維圖像模擬判斷方法精準度逐漸提高，而傳統方法始終維持在40%左右。由此可知，基于三維圖像模擬判斷方法對園林景觀設計合理性判斷比傳統方法更準確。

2.3 實驗結論

利用傳統深估判斷方法獲取的園林景觀特征點匹配數目和匹配率都低于本文使用的三維圖像模擬方法，并且對園林景觀合理性判斷時速度較慢，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 語

利用傳統方法對園林景觀分布合理性進行分析時，難以準確提取出圖像特征點，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園林景觀分布合理性展開分析。使用該方法可提取景觀設計數據并解析，在很大程度上降低了判斷誤差，并通過簡單判斷步驟大大提高了判斷的速率。通過實驗對判斷結果進行驗證，并得出該方法具有高效率、高精準判斷能力，為實現園林景觀分布合理性提供了重要理論依據。

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