珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何帥森

關(guān)鍵詞： 珠三角城市; 公共藝術(shù); 三維彩色; 動(dòng)態(tài)影像; 顯示系統(tǒng); 顏色特征提取

中圖分類號(hào)： TN911.73?34; TP314 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）14?0140?04

Design of 3D color dynamic image display system for

public arts in Pearl River Delta cities

HE Shuaisen

（City College of Dongguan University of Technology， Dongguan 523430， China）

Abstract： The 3D earth based high?efficiency visualization management system of massive remote sensing images produces a large number of interference images when using the 3D earth technology to obtain remote sensing images of public art buildings in Pearl River Delta cities， and cannot display high?quality 3D color dynamic images. Therefore， a 3D color dynamic image display system is designed for public arts in Pearl River Delta cities. A 3D landscape model for public arts in Pearl River Delta cities is constructed based on the overall technical scheme of the system. On this basis， the terrain surface of public art buildings in Pearl River Delta cities is simulated by using the digital elevation model and according to the elevation data carried by the discrete?distributed planar points of public art buildings in Pearl River Delta cities. The data of public art buildings in Pearl River Delta cities is processed into geometric figures used for image drawing by means of visualized dynamic mapping. Conversion， compression， and color feature extraction are conducted for geometric figures to realize 3D color dynamic image display of public arts in Pearl River Delta cities. The experimental results show that the designed system has a good dynamic image display effect， and time consumptions of less than 0.26 s and 2.32 s for image rendering and compression respectively， which is an efficient and high?quality 3D color dynamic image display system for public arts in Pearl River Delta cities.

Keywords： Pearl River Delta city; public art; 3D color; dynamic image; display system; color feature extraction

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，珠江三角城市之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系從過(guò)去的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘行蜗蟮母?jìng)爭(zhēng)，將城市的藝術(shù)文化水平作為衡量城市價(jià)值的關(guān)鍵，城市公共藝術(shù)的發(fā)展和形象精確的塑造將大幅度提升城市的品牌價(jià)值。大量城市在轉(zhuǎn)型過(guò)程中，意識(shí)到城市形象設(shè)計(jì)能夠?yàn)槌鞘形幕w系建設(shè)提供持續(xù)動(dòng)力，珠三角城市公共文化通過(guò)不斷升級(jí)、不斷超越以及更加現(xiàn)代化的視覺(jué)呈現(xiàn)，產(chǎn)生城市發(fā)展的一種全新視野。城市公共藝術(shù)三維圖像動(dòng)態(tài)的展示能更加直觀地使人們了解城市的形象，所以研究一種有效的珠三角城市公共文化三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)十分必要。

文獻(xiàn)[1]基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統(tǒng)，采用三維地球和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量、多分辨率遙感影像的快速查詢、檢索與定位，但是獲取的遙感影像存在較多的干擾影像，無(wú)法以高分辨率顯示出清晰的三維彩色動(dòng)態(tài)影像。文獻(xiàn)[2]采用混沌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的動(dòng)態(tài)分析和圖像顯示，但存在影像顯示用時(shí)耗時(shí)長(zhǎng)且顯示影像質(zhì)量差的弊端。

為了解決以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)，提升三維彩色動(dòng)態(tài)影像的顯示質(zhì)量和響應(yīng)水平。

1 ?珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 ?系統(tǒng)總體技術(shù)方案

構(gòu)建本文珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)的總體技術(shù)方案如圖1所示。從中可以看出：通過(guò)無(wú)人機(jī)駕駛飛行器得到珠三角城市公共藝術(shù)建筑的高質(zhì)量和大范圍三維彩色動(dòng)態(tài)影像[3];之后依照不同城市公共藝術(shù)建筑物的幾何特征分別采用單影像測(cè)量系統(tǒng)得到城市公共藝術(shù)建筑的具體建筑信息[4];在此基礎(chǔ)上融合數(shù)字化地形圖和飛行器獲取的三維彩色動(dòng)態(tài)圖像，構(gòu)建如圖2所示的珠三角城市公共藝術(shù)三維景觀模型。

1.2 ?數(shù)字高程模型

數(shù)字高程模型是用于表示地形空間分布狀態(tài)的有限三維向量[O，P，Q]，該三維向量中的[O]和[P]為地形點(diǎn)的平面位置[5]，即為珠三角城市公共藝術(shù)建筑的平面位置，將對(duì)應(yīng)點(diǎn)的高程用[Q]表示。數(shù)字高程模型是依據(jù)離散分布的珠三角城市公共藝術(shù)建筑平面點(diǎn)上攜帶的高程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)分布的珠三角城市公共藝術(shù)建筑地形表面的模擬[6]。數(shù)字高程模型的DEM數(shù)據(jù)如圖3所示。

格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)具有分割、合并操作容易和數(shù)據(jù)形式簡(jiǎn)單的特點(diǎn)[7]，所以通常采用格網(wǎng)DEM來(lái)構(gòu)建比例尺較小的DEM。在珠三角城市公共藝術(shù)建筑三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化過(guò)程是采用小格網(wǎng)高分辨率的DEM數(shù)據(jù)代替大網(wǎng)格的低分辨率DEM數(shù)據(jù)。該過(guò)程可以最大程度地降低珠三角城市公共藝術(shù)建筑的失真。

1.3 ?三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示流程

三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示流程基于New Map三維技術(shù)體系測(cè)量珠三角城市公共藝術(shù)建筑，其是一種GIS系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示的核心技術(shù)。詳細(xì)的顯示流程如圖4所示。

由圖4可知，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維彩色動(dòng)態(tài)影像的顯示需要先建立數(shù)據(jù)庫(kù)資源，構(gòu)成珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)的處理過(guò)程即從大量的珠三角城市公共藝術(shù)建筑信息中提取出有效的信息，此外數(shù)據(jù)量過(guò)少也對(duì)三維彩色動(dòng)態(tài)影像的顯示造成影響。可視化動(dòng)態(tài)映射即將獲取的珠三角城市公共藝術(shù)建筑數(shù)據(jù)處理為可用于繪制影像的幾何圖形。三維彩色動(dòng)態(tài)影像的顯示即將上述過(guò)程產(chǎn)生的幾何圖形不斷變換、壓縮、提取顏色特征，最終得到三維彩色動(dòng)態(tài)影像的屏幕顯示。

珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示時(shí)還需對(duì)三維模型進(jìn)行顏色渲染，將某張珠三角城市公共藝術(shù)建筑的灰階圖像用[F（x，y）]表示，其顏色直方圖定義為：

[Histogram=（Ci，F(xiàn)i）Ci∈Colorset，0≤Fi≤1，1≤i≤nFi=1，且1≤i≤n]

式中：[（Ci，F(xiàn)i）]為該顏色點(diǎn)的坐標(biāo);[Ci]表示不同的顏色;顏色灰度值用Histogrom表示。系統(tǒng)依照灰階值特征的不同可實(shí)現(xiàn)三維彩色動(dòng)態(tài)影像的不同灰階顏色分離。

2 ?實(shí)驗(yàn)分析

2.1 ?顯示效果分析

為驗(yàn)證本文構(gòu)建珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)的有效性，將本文系統(tǒng)分別與基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統(tǒng)[1]、基于一種新的混沌系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和圖像顯示系統(tǒng)[2]獲取的城市公共藝術(shù)建筑結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，3種系統(tǒng)的影像顯示結(jié)果如圖5所示。對(duì)比分析3種系統(tǒng)對(duì)珠三角城市公共藝術(shù)建筑的三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示結(jié)果，可以看出，基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統(tǒng)和基于一種新的混沌系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和圖像顯示系統(tǒng)的顯示結(jié)果較為模糊;而本文系統(tǒng)的影像顯示效果較清晰。因此說(shuō)明本文系統(tǒng)更加適用在珠三角城市公共藝術(shù)的三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示中。

2.2 ?效率分析

三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示質(zhì)量好壞是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的一項(xiàng)指標(biāo)，但系統(tǒng)顯示出準(zhǔn)確結(jié)果的用時(shí)結(jié)果也是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證本文系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，對(duì)3種系統(tǒng)顯示10種類型珠三角城市公共藝術(shù)建筑三維彩色動(dòng)態(tài)影像的渲染用時(shí)和影像壓縮的耗時(shí)進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)記錄3種系統(tǒng)的渲染用時(shí)如表1所示，3種系統(tǒng)壓縮影像的耗時(shí)對(duì)比如圖6所示。

分析表1數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，本文系統(tǒng)對(duì)不同類型珠三角城市公共藝術(shù)建筑的三維彩色動(dòng)態(tài)影像渲染用時(shí)最短，渲染時(shí)間最高僅為0.26 s;基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統(tǒng)的渲染時(shí)間是本文系統(tǒng)渲染時(shí)間的5倍以上;基于一種新的混沌系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和圖像顯示系統(tǒng)的渲染時(shí)間隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行變化幅度較強(qiáng)，且用時(shí)最長(zhǎng)。突出顯示了本文系統(tǒng)對(duì)珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像的渲染用時(shí)優(yōu)勢(shì)。

系統(tǒng)對(duì)珠三角城市公共藝術(shù)建筑三維彩色動(dòng)態(tài)影像的壓縮耗時(shí)也是衡量系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo)。從圖6中可以看出，本文系統(tǒng)的影像壓縮用時(shí)最低，耗時(shí)始終低于2.32 s，且在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中影像壓縮用時(shí)的變化幅度較小;基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統(tǒng)壓縮用時(shí)較長(zhǎng)，超出本文系統(tǒng)用時(shí)3 s以上;基于一種新的混沌系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和圖像顯示系統(tǒng)僅在對(duì)第4種影像的壓縮用時(shí)最短為4.35 s，其他影像的壓縮用時(shí)均較高，該系統(tǒng)的壓縮用時(shí)波動(dòng)較大，穩(wěn)定性差。綜合分析以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文系統(tǒng)的顯示結(jié)果清晰，分辨率高，且系統(tǒng)的渲染和壓縮能力強(qiáng)。

3 ?結(jié) ?論

基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統(tǒng)，呈現(xiàn)出的三維彩色動(dòng)態(tài)影像存在分辨率低和質(zhì)量差的弊端。針對(duì)這一弊端，本文設(shè)計(jì)珠三角城市公共藝術(shù)三維彩色動(dòng)態(tài)影像顯示系統(tǒng)，采用單影像測(cè)量系統(tǒng)獲取精準(zhǔn)的珠三角城市公共藝術(shù)建筑信息，得到的影像資料較為精準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)能高質(zhì)量地顯示出珠三角城市公共藝術(shù)建筑的三維彩色動(dòng)態(tài)影像，其影像顏色渲染和壓縮時(shí)間較短，最長(zhǎng)的三維彩色動(dòng)態(tài)影像渲染時(shí)間不超過(guò)0.26 s，且系統(tǒng)壓縮影像的時(shí)間變化幅度小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也較優(yōu)。

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