城市園林景觀空間格局三維數(shù)字化重建系統(tǒng)設(shè)計

劉婷婷

摘? 要： 以往三維數(shù)字化重建系統(tǒng)因未采取特征匹配算法提取城市園林景觀圖像中空間格局特征，導(dǎo)致重建精度較低。為此，設(shè)計城市園林景觀空間格局三維數(shù)字化重建系統(tǒng)，通過ZED雙目立體相機采集城市園林景觀的二維圖像，所采集二維圖像通過視差圖修復(fù)和細化環(huán)節(jié)等預(yù)處理后，利用SIFT相關(guān)特征匹配算法提取預(yù)處理后圖像的空間格局特征，通過三維點云的紋理映射功能將圖像的空間格局特征映射至三維點云模型中，并將數(shù)字影像色彩屬性信息通過OpenGL圖像庫添加至三維點云模型中，實現(xiàn)城市園林景觀空間格局三維數(shù)字化重建。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可有效重建逼真、色彩鮮明的三維數(shù)字化城市園林景觀空間格局，建模誤差均在1%以內(nèi)，建模精度較高，滿足三維數(shù)字化重建要求。

關(guān)鍵詞： 三維數(shù)字化重建; 空間格局; 城市園林景觀; 系統(tǒng)設(shè)計; 特征提取; 三維點云模型

中圖分類號： TN911?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）08?0151?03

Design of 3D digital reconstruction system for spatial pattern of urban

landscape architecture

LIU Tingting

（Guangdong University of Technology， Guangdong 510090， China）

Abstract： The previous 3D digital reconstruction system does not adopt feature matching algorithm to extract the spatial pattern features in the images of urban landscape architecture， resulting in the low reconstruction accuracy. The 3D digital reconstruction system for spatial pattern of urban landscape architecture is designed， from which the two?dimensional images of urban landscape architecture are collected by the ZED binocular stereo camera. After the collected two?dimensional images are parallax map repaired， refined line and other preprocessed， the spatial pattern features of the preprocessed images are extracted by means of the SIFT relevant feature matching algorithm， which are mapped to the 3D point cloud model through the texture mapping function of the 3D point cloud， and the color attribute information of digital images are added to the 3D point cloud model through OpenGL image library， so as to realize the 3D digital reconstruction for spatial pattern of urban landscape architecture. The experimental results show that the system can effectively reconstruct the with realistic and vivid color spatial pattern of 3D digital urban landscape architecture， the modeling errors are all within 1%， and the modeling accuracy is high to meet the requirements of 3D digital reconstruction.

Keywords： 3D digital reconstruction; spatial pattern; urban landscape architecture; system design; feature extraction; 3D point cloud model

0? 引? 言

隨著科技不斷發(fā)展，人們已不滿足于城市園林景觀空間格局設(shè)計與建設(shè)的二維化，數(shù)字化已走入城市園林景觀空間格局建設(shè)中[1]。三維數(shù)字化重建技術(shù)可以獲取城市園林景觀空間格局的三維立體效果圖，增加園林設(shè)計科學(xué)性以及時效性。

三維數(shù)字化重建是計算機視覺領(lǐng)域中重要的研究課題，指將兩幅或多幅二維圖像轉(zhuǎn)換成三維可見立體幾何形狀[2]，恢復(fù)物體的空間坐標及色彩信息。

通過圖2三維數(shù)字化重建結(jié)果可以看出，采用本文系統(tǒng)可有效重建城市園林景觀空間格局，且重建后的三維數(shù)字化圖像外觀逼真，能有效呈現(xiàn)該區(qū)域城市園林景觀空間格局。

為檢測采用本文系統(tǒng)重建精度，在該區(qū)域城市園林景觀空間格局中選取10個坐標點與真實坐標對比，檢測本文系統(tǒng)重建精度，并將本文系統(tǒng)與雷達重建系統(tǒng)和大場景重建系統(tǒng)對比，對比結(jié)果如表1所示。

通過表1實驗結(jié)果可知，采用本文系統(tǒng)重建城市園林景觀空間格局誤差均在1%以內(nèi);而雷達重建系統(tǒng)和大場景重建系統(tǒng)重建城市園林景觀空間格局誤差均在1%以上?？芍捎帽疚南到y(tǒng)重建城市園林景觀空間格局精度明顯高于雷達重建系統(tǒng)和大場景重建系統(tǒng)，驗證了本文系統(tǒng)的三維數(shù)字化重建精度，說明本文系統(tǒng)可滿足城市園林景觀空間格局三維數(shù)字化重建的高精度要求。

3? 結(jié)? 論

本文設(shè)計的城市園林景觀空間格局三維數(shù)字化重建系統(tǒng)使城市園林景觀空間格局建設(shè)步入智能化。該系統(tǒng)選取雙目立體相機采集城市園林景觀空間格局圖像信息，選取SIFT相關(guān)特征匹配算法提取城市園林景觀圖像的空間格局特征。該算法可在旋轉(zhuǎn)圖像角度以及縮放圖像時仍準確提取空間格局特征，提升三維數(shù)字化重建精度。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅可應(yīng)用于城市園林景觀空間格局三維數(shù)字化重建中，還可應(yīng)用于建筑、交通等領(lǐng)域的三維數(shù)字化重建中，具有廣闊的應(yīng)用價值。

參考文獻

[1] 梁保平，雷艷，覃業(yè)努，等.快速城市化背景下廣西典型城市景觀空間格局動態(tài)比較研究[J].生態(tài)學(xué)報，2018，38（12）：4526?4536.

[2] 黃名廣.茶文化視角下現(xiàn)代城市園林景觀設(shè)計的研究分析[J].福建茶葉，2018，40（11）：259.

[3] 周之澄.基于傳播學(xué)理論的城市景觀聽覺空間設(shè)計[J].藝術(shù)百家，2017，33（6）：245?246.

[4] 王玲玲.城市景觀空間中文化設(shè)施的視覺傳達策略[J].包裝工程，2018，39（24）：329?334.

[5] 李春燕，李根，高永強.基于云計算的農(nóng)機三維數(shù)字化云服務(wù)平臺設(shè)計[J].農(nóng)機化研究，2017，39（12）：195?199.

[6] 楊海清，王洋洋.基于面結(jié)構(gòu)光幾何關(guān)系的三維數(shù)字化研究[J].計算機應(yīng)用研究，2018，35（7）：323?326.

[7] 孟想，辛斌杰，李佳平.采用多角度成像技術(shù)的紡織品三維輪廓重建算法[J].紡織學(xué)報，2018，39（4）：144?150.

[8] 康世磊，岳邦瑞.基于格局與過程耦合機制的景觀空間格局優(yōu)化方法研究[J].中國園林，2017，33（3）：50?55.

[9] 謝偉康，趙罡，于勇，等.基于特征的異構(gòu)全三維數(shù)字化模型轉(zhuǎn)換方法研究與實現(xiàn)[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2017，23（9）：1833?1841.

[10] 陳頤，林毅偉，朱志鵬，等.基于RS和GIS的莆田市土地利用景觀格局變化分析[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2017，32（1）：279?286.

[11] 譚明，王一婧，成玉寧.五顏六色：數(shù)字化景觀環(huán)境色彩構(gòu)成研究：以南京賞櫻風(fēng)光帶色彩規(guī)劃設(shè)計為例[J].中國園林，2017，33（10）：29?34.

[12] 全旭松，劉長春，陳海平，等.面向高功率激光裝置精密裝校實驗室的三維重建技術(shù)及應(yīng)用[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，2017，29（5）：854?859.

[13] 孫保燕，翁裕育，周賢君.基于Remake的三維建模技術(shù)在摩崖石刻數(shù)字化重建中的應(yīng)用[J].文物保護與考古科學(xué)，2018，30（4）：110?114.

[14] 鄭德高，朱雯娟，陳陽，等.區(qū)域空間格局再平衡與國家魅力景觀區(qū)構(gòu)建[J].城市規(guī)劃，2017，41（2）：45?56.

[15] 謝天鏵，楊艷山，霍連飛，等.基于數(shù)字圖像三維重建的土壤粗糙度測量[J].土壤通報，2018，49（3）：519?524.