基于三維動畫技術的生態水利工程管理系統

王延杰

(濟寧市水利事業發展中心 東魚河分中心，山東 濟寧 272300)

0 引 言

隨著生態水利建設的不斷推進，生態水利工程建設在國家的基礎設施建設中占據舉足輕重的地位。在進行生態水利工程管理和施工建設中，結合生態水利工程的動態信息分析和數據信息化管理的方法，建立生態水利工程的動態管理和過程控制模型，最大化發揮生態水利工程的信息化水平的同時，降低生態水利工程的施工成本和開銷，提高生態水利工程的建設施工質量。同時，還可以提高生態水利工程的信息化以及智慧化管理水平，研究生態水利工程的項目優化管理方法在施工建設中具有重要意義。

在進行生態水利工程管理設計中，需要對生態水利工程管理相關信息進行三維重組，結合圖像和動態特征分析，建立生態水利工程管理系統的底層數據信息庫，提高生態水利工程管理的面向對象性。當前，對生態水利工程管理的三維重組和監測方法主要建立在對生態水利工程的紅外和視頻特征分析檢測上，結合視頻在線掃描和測繪，建立生態水利工程管理的測繪信息分析模型。文獻[3]中提出基于河流的四維特征定位分析的生態水利工程管理系統設計方法，首先進行生態水利工程管理系統的總體設計構架，結合思維特征參數分析，實現生態水利工程管理，但該方法進行生態水利工程管理的動態信息跟蹤能力不好。文獻[5]中提出基于虛擬視景重構的水利生態管理方法，在FLAH中進行REDUCT生態水利工程管理系統的程序加載，采用局部總線技術，建立系統信息化管理模型，但該方法的可靠性不高。

為此，本文提出基于三維動畫技術的生態水利工程管理系統設計方法。首先采用信息聯動的方法，構建生態水利工程管理系統的底層數據庫，進行生態水利工程管理的信息化檢測識別，然后進行水利工程管理系統的模塊化設計，最后通過實驗進行性能驗證分析。

1 系統的總體結構構架和參數配置

1.1 生態水利工程管理系統的總體設計構架

基于三維動畫技術，實現對生態水利工程管理系統總體結構設計和模塊設計，首先需要進行生態水利工程管理系統的信息管理數據庫模型構建。在C/S結構體系下，建立生態水利工程管理系統的代碼協議模塊、成型加載模塊、信息融合模塊和總線調度模塊；在生態水利工程管理系統的網絡設計中，以MySQL為數據庫，實現生態水利工程管理的底層信息融合；以Tomcat為服務器進行生態水利工程管理系統的規范化程序結構開發，建立生態水利工程管理系統的三維動態重組模型；通過組件控制和總線開發的方法，進行生態水利工程管理系統的技術指標分析和功能模塊設計；采用PXI、VXI、LXI聯合總線測試，建立生態水利工程管理系統的視頻數據存儲模塊、視頻數據中心管控模塊以及用戶監控終端顯示模塊等。系統的總體結構設計見圖1。

圖1 系統的總體結構設計

根據圖1的總體設計構架，采用數據共享、實時感知、信息聯動的方法，構建生態水利工程管理系統的底層數據庫，生態水利工程管理的底層信息類型標識主要有 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，進行生態水利工程管理的三維動畫設計，得到系統的三維動畫幀識別模型，見圖2。

圖2 系統的三維動畫幀識別模型

1.2 生態水利工程管理的數據參數配置

結合總體設計結構模型，進行生態水利工程管理系統模塊化設計，系統模塊包括網絡傳輸模塊、底層信息開發模塊、總線數據加載模塊、視頻監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，建立生態水利工程管理系統的網絡結構設計，根據承載網絡、通用設備的個性化配置，建立參數配置模型，得到生態水利工程管理的參數配置結構模型，見圖3。

圖3 生態水利工程管理的參數配置結構模型

根據圖3的參數配置結構模型，結合匯聚、傳輸、交換、分發控制的方法，建立生態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，實現生態水利工程管理的視景重建。

2 生態水利工程管理三維動畫設計及系統實現

2.1 生態水利工程管理三維動畫設計

通過同步測量和信息化監測的方法，進行生態水利工程管理系統模型構造。采用三維動畫模擬方法，構建生態水利工程管理的專線(MSTP/SDH)視景配置模型，采用位置區域的圖像跟蹤和視景重建技術，得到生態水利工程管理三維動畫的視景結構配置模型，見圖4。

圖4 生態水利工程管理的視景結構配置模型

從攝像頭圖像中提取出重要視頻幀數據，在三維視景重構結構模型參數中，進行水利工程施工建設的跟蹤和行為理解，得到生態水利工程的三維動畫分布像素：

(1)

其中：Ix為基準背景圖像；Iy為生態水利工程的現場視頻幀動畫序列。

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

(2)

其中：x為水平視頻分析模塊參數；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；b為聯合參數匹配系數；c為邊緣像素差異度。

在視頻核心節點、視頻區域節點中，得到生態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為統計特征點局部鄰域參數；σ為特征點的描述符。

在OpenFlight數據結構中，進行生態水利工程管理的視景重建，結合主成分分析方法進行生態水利工程管理的視景重構和統計分析，得到直方圖統計梯度方向為：

(4)

采用模糊判斷方法進行三維動態視景的自適應模擬，通過同步測量和信息化監測的方法，進行生態水利工程管理系統模型構造，采用三維視景重構，實現生態水利工程管理的底層文件配置。

2.2 系統結構模塊化設計實現

在生態水利工程管理系統開發的項目部署階段，靜態化項目是通過CDN實現三維動畫模擬和視景承載的，通過AngularJS框架的路由機制，采用VIX總線控制技術實現生態水利工程管理的視景參數配置，得到生態水利工程管理的軟件結構模塊，見圖5。

圖5 生態水利工程管理的軟件結構模塊

根據圖5所示的生態水利工程管理的軟件結構模塊，采用ARM Cortex-M0 處理器內核實現機械結構虛擬視景模擬軟件的APP開發，在ZigBee物聯網組網模式下，配置SDH/MSTP 或者數據網設備，將視頻線、控制線和電源線引入的系統底層，通過視頻編碼器接入動畫傳輸信息端，進行生態水利工程管理的類結構配置，得到軟件實現流程，見圖6。

圖6 系統的軟件實現流程

3 實驗測試分析

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

表1 不同項目單元的相關參數

根據上述參數設定，通過客戶端軟件操作可對生態水利工程監控點的 PTZ 攝像機進行控制，在MineSendPacket和MineRecvPacket類結構中進行生態水利工程項目管理的程序加載。數據加載實現界面見圖7。

圖7 生態水利工程項目管理的數據加載界面

根據數據加載，實現生態水利工程管理三維動畫視景仿真結果，見圖8。

分析圖8得知，本文方法進行生態水利工程項目管理管理，生態水利工程管理的視景重構性能較好。測試不同方法進行生態水利工程管理的穩定性，得到對比結果，見圖9。分析圖9得知，本文方法進行生態水利工程管理的穩定性較高。

圖8 生態水利工程管理三維動畫視景仿真結果

圖9 生態水利工程管理穩定性測試

4 結 語

結合生態水利工程的動態信息分析和數據信息化管理的方法，建立生態水利工程的動態管理和過程控制模型，本文提出基于三維動畫技術的生態水利工程管理系統設計方法。建立生態水利工程管理系統的三維動態重組模型，通過組件控制和總線開發的方法，進行生態水利工程管理系統的技術指標分析和功能模塊設計；采用三維動畫配置技術，建立生態水利工程管理的視景重建參數分析模型；結合三維重建和動畫特征分析，實現生態水利工程項目管理優化。測試結果表明，設計的系統能有效實現生態水利工程項目管理，視景重構和穩定性較好。