园林景观设计合理性的三维图像模拟判断方法

廖坤

摘 要： 传统深估判断方法存在判断误差大、速率低等问题，无法满足高精准判断需求，为此，提出三维图像模拟判断方法对园林景观设计的合理性展开分析。设计三维图像园林景观数据采集流程，利用三维图像模拟判断方法解析函数，判断数据是否符合规划标准。解析景观特征流程，根据最小目标函数获得平移向量、旋转矩阵和缩放因子，由此获得特征数据;根据特征数据构建三维图像模拟判断模型，并利用三维可视化法对景观设计合理性判断结果进行展示。通过对比实验得出结论，基于三维图像模拟判断方法误差小、速率高，判断效率可满足人们需求。

关键词： 园林景观; 合理性分析; 三维图像模拟; 最小目标函数; 判断模型; 三维可视化法

中图分类号： TN911.73?34 文献标识码： A 文章编号： 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

随着我国城市化脚步加快，人们对园林景观环境关注越来越密切。受到城市景观设计和民族历史影响，融入传统文化内涵起到了十分重要作用。景观作为环境绿化美观重要组成部分，空间分布合理性受到了各方面制约，在这种情况下，研究合理的园林景观模拟判断方法具有重要意义。我国针对园林分布合理性判断方法有以下几种：基于加权平均理论判断方法，该方法能够有效描述园林风景的几何参数并进行准确计算，但是却存在难以准确判断分布是否合理问题;基于网络投影判断方法，该方法具有较高的精准判断效果，但是存在评价稳定性差問题[1]。目前，人们最常使用深估判断方法，该方法存在判断误差大、速率低等问题，无法满足高精准判断的需求。

针对上述方法存在的问题，提出三维图像模拟判断方法对园林景观设计的合理性展开分析。经过实验结果表明，该方法能够准确采集模拟数据，并在复杂环境下，可快速、准确判断园林景观设计的合理性，为环境美观提供了保障。

1 园林景观设计合理性判断方法研究

1.1 三维图像数据采集

在日常生活中，由于受到天气因素、建筑因素等方面的影响，园林景观设计是否合理分布无法保证[2]。为此，设计三维图像园林景观数据采集流程，该流程分析判断情况如图1所示。

由图1可知，三维图像园林景观数据采集先对景观分布的隐含数据和正常数据进行收集，然后将数据输入到数据库当中进行分类，根据景观设计数据进行合理判断[3]。

1.2 三维图像模拟景观特征解析函数

针对园林景观设计合理性，利用三维图像模拟判断方法解析函数，判断数据是否符合规划标准，这一解析过程是设计合理性判断模型数据准确度的保障，也是提高判断准确度的关键所在[4]，如图2所示。

根据图2解析流程，将园林景观整体图像和局部图像分别用X，Y来表示，统计园林景观图像集合M和各个图像在X，Y中对应的特征点数量，计算园林景观整体图像和局部图像X，Y投影在图像H上像素位置[5]，利用投影到图像上二维坐标点[6]在园林景观图像上所对应的摄像矩阵来标记三维图像特征点在园林场景平面上投影点坐标位置。

假设已经获得园林景观图像三维特征X，Y中任意一点Xk1，YK2，通过寻找近似变换F，获取Xk1，YK2中全部特征点坐标，转换F由平移向量Z、旋转矩阵R和缩放因子S构成[7?8]，对F求值并转换成最小目标函数。利用图3计算流程，获取园林景观图像特征数据平移向量Z、旋转矩阵R和缩放因子S。

由图3可获得平移向量Z、旋转矩阵R和缩放因子S，由此获得了整个园林景观图像特征数据，以此为依据完成对园林景观设计合理性判断[9]。

1.3 基于三维图像合理性判断模拟模型

根据上述获取的数据特征，构建三维图像园林景观设计合理性判断模型，并利用三维可视化法对景观设计合理性判断结果进行展示[10]。以园林景观设计数据为输入，对模拟特征参数进行确定，最终获得合理性判断结果，模型的构建如图4所示。

由图4可知，基于三维图像模拟判断景观设计合理性模型主要包括两个部分：一部分是园林景观计算机模拟模型;另一部分是三维特征计算机模拟模型，可通过该模型对模拟判断惯性因子进行获取[11]。

利用该模型通过引入动力学正向判断和逆向判断方法对获取的惯性因子进行正向的判断，进而获取各个特征结构的逆向判断，最终判断园林景观设计是否合理。

2 实 验

为了证明提出的园林景观设计合理性三维图像模拟判断方法有效性，需要设计实验进行验证。在Windows 8环境下构建园林景观分布合理性的三维图像模型分析平台[12]。由于Point Grey Flea 2相机具有640 pi×520 pi的分辨率，为此，利用该相机选取园林景观协会所提供的60帧图像作为实验的数据。

通过三维图像进行合理采集识别分析，并计算不同矩阵目标函数值，如果函数值较大，那么园林景观判断分析较为准确;如果函数值较小，说明园林景观设计合理性判断不准确。基于此，设计判断流程如图5所示。

2.1 图像特征点匹配数和匹配率结果与分析

分别利用三维图像模拟判断方法和传统深估判断方法对园林景观设计合理性进行对比，图像特征点提取数量是否可以判断园林景观三维图像模拟精准度，关键因素在于如何准确匹配景观园林图像的相应属性特征点。同时使用这两种判断方法对园林景观特征点匹配数目和匹配率进行对比，结果如表1所示。

由表1可知，利用传统深估判断方法获取的园林景观特征点匹配数目和匹配率都低于本文使用的三维图像模拟方法，并且图像特征点数目在匹配过程中所进行的步骤较简单。三维图像模拟方法具有较高特征点匹配率，充分证明使用该判断方法具有合理性。

以表1对比结果作为依据，利用这两种判断方法进行园林景观三维图像模拟效果对比，结果如图6所示。

由图6可知，利用三维图像模拟判断方法所获得的园林景观分布较为合理，主要原因就是在判断过程中，對特征点进行高精度匹配，并对特征点进行聚类分配，根据分配后的图像特征对模拟点进行分析，并以分析结果为依据完成对园林景观设计合理性判断。

由图7可知，当时间在0～10范围内，传统方法判断速率逐渐增加，但始终小于三维模拟方法;当时间在10～15范围内，传统方法判断速率开始下降。在后续时间内，传统方法一直呈现上下浮动趋势，最快速率只有三维图像模拟判断最快速率的[12]左右。由此可知，使用传统方法对园林景观合理性判断时速度较慢，速率较低;而三维图像模拟判断方法速率较快。判断精准度对比结果如图8所示。由图8可知，当判断范围为20%以内时，传统方法与本文方法对景观设计合理性判断精准度相差不大，并且传统方法判断精准度要高于本文方法;当判断范围在20%～45%时，传统方法判断精准度明显高于本文方法。但是随着范围逐渐扩大，本文所使用的三维图像模拟判断方法精准度逐渐提高，而传统方法始终维持在40%左右。由此可知，基于三维图像模拟判断方法对园林景观设计合理性判断比传统方法更准确。

2.3 实验结论

利用传统深估判断方法获取的园林景观特征点匹配数目和匹配率都低于本文使用的三维图像模拟方法，并且对园林景观合理性判断时速度较慢，速率较低;而使用三维图像模拟方法具有较高的特征点匹配率，且判断速率较快，充分证明使用该判断方法具有合理性。

3 结 语

利用传统方法对园林景观分布合理性进行分析时，难以准确提取出图像特征点，存在判断误差大、速率低等问题，为此，提出三维图像模拟判断方法对园林景观分布合理性展开分析。使用该方法可提取景观设计数据并解析，在很大程度上降低了判断误差，并通过简单判断步骤大大提高了判断的速率。通过实验对判断结果进行验证，并得出该方法具有高效率、高精准判断能力，为实现园林景观分布合理性提供了重要理论依据。

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