基于数字虚拟技术的环境艺术三维景观模型构建

王雅洁

（陕西学前师范学院，陕西西安，710100）

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，计算机三维景观模型虚拟技术也得到了良好的发展与普及，尤其是在信息技术与软件工程技术的大力推动下，许多针对环境艺术的三维景观建模工作只需要在现场通过移动设备就能够完成，大幅提升了设计工作的实时性[1]。因此，在现阶段的景观设计工作中，需要进一步加强对于数字虚拟技术的开发，通过高水平的三维景观构建技术为景观设计提供更加全面的支持[2]。

1 三维图像的重构

本次研究所使用的三维动画模拟软件为Autodesk Maya，通过分块像素特征匹配的方式重构环境艺术的三维视觉特征，并借由向量量化分解技术来实现三维动画成像，对成像结果中的颜色特征分量加以提取，进而提升整个模型对颜色特征分辨能力和主成分特征分析能力[3]。通过自适应特征检测技术针对三维动画进行多视点融合跟踪，进而获取成像结果中的边缘轮廓特征值，多视点重构模型如图1所示。

图1 三维成像的多视点重构模型

本次研究通过多重纹理融合技术来对三维动画图像进行动态化的融合处理，首先需要对某一环境区域内的分块像素自相关函数进行定义[4]，定义方法如下：

上式将三维动画图像动态融合的边缘特征点记为(xi,yi)；将环境设计特征分块的融合像素集记为 ∆x和 ∆y，根据特征分解和像素边缘融合方法，三维动画模拟特征重构的像素特征量输出可表示为：

上式将三维成像的边界像素点记为∆I，通过Kronecker Delta函数将三维成像的先验分布场分割为几个不同的区域，三维分布场相关系数的计算方法如下：

上式将空间区域分割特征值记为l，将模糊相关性特征检测的像素值记为k。本次研究通过三维颜色特征空间的特征分解的方式来重构环境艺术三维图像，进而获取三维动态特征量，最后完成图像信息的采集工作。

2 提取三维动态特征量

本次研究通过虚拟视景重构的方式来针对景观环境进行特征投影处理并采集三维动画图像，并对三维动力图像实施边缘轮廓检测和二值拟合处理，其中边缘轮廓检测所使用的方法为包络轮廓检测法，并基于计三维动画图像的色彩空间分块融合特征值来更新模型，进而获得如下所示的迭代公式：

上式将控制三维成像的两个分布场记为ρ，进而得到三维动画图像的灰度像素特征量。本次研究利用Euler－Lagrange方程得出如下所示的三维动画图像观测点边界区域方程：

利用边缘轮廓特征检测结果，设计者能够对三维动画图像细节部分进行有针对性地强化。假定三维动画图像呈正态分布，通过连续重构法能够获取如下所示的三维动态特征重构输出：

在此基础上可通过RGB分解的方式来提取三维动画图像的颜色分量，处理方法如下：

上式将RGB分量记为fR,G,B，将标准差为σs的2D高斯核记为hσs，三维动画的边缘轮廓检测输出为：

3 分块融合处理

本次研究通过Autodesk Maya软件来优化景观环境的设计方案，通过RGB分解的方式来提取三维动画图像的颜色分量，三维动画图像Harris角点分布信息的表达方式如下：

上式将特征重构空间中三维动画图像的椭圆主方向角记为θ，将长半轴长度记为λ1，将短半轴长度记为λ1。因此，三维动画图像像素分布序列的表达方式如下：

上式将图像特征象素点分布序列在多线性融合模型中的权值系数记为e，将迭代总步数记为m。设为N个标量所构成的三维动画图像向量量化特征分解值，在此基础上通过多特征融合的方式来分解边缘像素，进而获取如下所示的分块融合处理模型：

上式将三维动画图像的灰度像素级记为g，并在此基础上针对三维动画图像实施分块融合处理。

4 三维动画重构

本次研究通过分块区域重构的方式来实现三维动画重构，通过区域块分割方法的方式来获取三维动画重构的几何不变矩相关系数，区域块分割的结果如下：

上式将图像像素序列每一帧中分块区域的位置记为b，将三维动画图像的定义域记为y，将图像像素初始值的分布坐标记为(j,i)，将b与y的相关系数记为ϕ。在此基础上对图像暗原色先验特征信息进行提取，并通过灰度像素信息融合的方法重构图像特征，进而实现自适应的图像信息融合，标记景观灰度轮廓点，单个像素值P的传达方式如下：

上式将图像特征分布直方图特征值记为r，接下来需要对图像的动态信息融合特征量进行构建，本次研究通过自动分块技术获取M×N个2×2的景观环境子块Gm,n，经过图像动态信息重构处理后得到以下计算结果：

接下来研究基于景观环境实体来标定三维动画信息，进而获取图像动态信息特征匹配集，该匹配集表示为G1=βGm,n，即以二维层状图的方式加以表示，最终获取如下所示的三维动画重构输出结果：

在三维动画图像设计中通过颜色模板空间投影算法实施分块融合处理，可以使三维动画的重构能力得到显著提升。

5 三维动画重建及结果

本次研究利用SoftImag、3DStudio MAX、Autodesk Maya等软件针对景观环境实施三维模型重建，将先验像素值设置为640×480，梯度特征系数为1.45，于200×200的网格区域平均分布环境观赏点，并以景观环境中的一棵树为例实施三维动画模拟，于2个垂直面的纹理映射和1个面的纹理映射区域中实施操作，最终得到如图2所示的重建结果。

图2 三维动画重建结果

经仿真实现发现，本次研究所提出的三维动画重建方案获取了良好的视觉重构效果。在视线变动过程中未出现明显的视觉误差，具有较强的视觉能力。