基于虚拟技术的乡镇居住区景观空间优化系统设计

赵乘

摘  要： 针对传统的乡镇居住区空间设计系统呈现的设计画面像素值过低的问题，设计一种基于虚拟技术的乡镇居住区景观空间优化设计系统。硬件部分使用传统设计系统的硬件装置，引进实时图像采集器进行系统优化。设计初始模块的采集器内部寄存器结构，触发D触发器产生二进制码，设计外部高速振蕩器与三种时钟源产生标准的脉冲信号，使用两块相同的SRAM与FPGA形成逻辑单元，完成硬件部分的设计。软件部分将图像信息计算为可编程的图像信息数据，运用虚拟技术将图像信息数据转化为景观空间，完成软件部分的设计。实验结果表明，与两种传统设计系统相比，基于虚拟技术的乡镇居住区景观空间优化系统呈现出的设计画面像素值更高，更适合乡镇居住区景观空间的设计。

关键词： 景观空间; 系统优化; 系统设计; 虚拟技术; 图像信息处理; 仿真实验

中图分类号： TN911.73?34; G42                 文献标识码： A                       文章编号： 1004?373X（2020）10?0130?04

Design of township residential landscape space optimization system based on

virtual technology

ZHAO Cheng

（Guangdong University of Technology， Guangzhou 510000， China）

Abstract： As the problem that the pixel value of the design picture presented by the traditional residential space design system is too low， a township residential landscape space optimization design system based on virtual technology is designed. In the hardware part， the hardware device of the traditional design system is used， and the real?time image collector is introduced to optimize the system. The internal register structure of the collector of the initial module is designed， the D flip?flop is triggered to generate binary code， and the external high?speed oscillator is designed， which is coordinated with three clocks sources to generate the standard pulse signal; the two RAM with same specifications are connected with FPGA to form logic unit， so as to complete the design of hardware part. In the software part， the image information is calculated as the programmable image information data， which is transformed into landscape space to complete the design of the software part. The experimental results show that， in comparison with the two traditional design systems， the virtual technology based township residential landscape space optimization system presents the design picture with higher pixel value， which is more suitable for the design of township residential landscape space.

Keywords： landscape space; system optimization; system design; virtual technology; image information processing; simulation experiment

0  引  言

虚拟技术是一项涉及多领域的技术，使使用者产生一种身临其境的感觉，随着技术的不断成熟，逐渐应用到景观空间设计上[1?2]。因传统的乡镇居住区空间设计系统呈现的设计画面像素值过低，故设计基于虚拟技术的乡镇居住区景观空间优化系统，为将来数字化管理乡镇居住区景观空间打下基础[3]。

1  优化系统硬件设计

在硬件设计上，主要优化实时图像采集器，其他硬件设备与传统设计系统一致，其硬件总体设计图分为3个模块如图1所示。

初始化模块采用CMOS图像传感器OV9121，在保证其他中央处理器的前提下，主要设计传感器内部电路的寄存器和充当内外部接口的寄存器，采用基本单元为D触发器的寄存器。在CP脉冲作用下，将每个D触发器寄存一个二进制码[4]。具体D触发器的连接方式如图2所示。

寄存器常常是在时钟的边缘被触发的，因为景观空间优化系统会承载大量的数据计算，所以时钟内设计三部分组成单元。一个单元安置内部8 MHz的高速RC振荡器HSI和外部高速振荡器HSE[5];HIS，HSE和锁相环PLL这三个时钟源组成另一个单元。为了防止精度不满足优化系统要求的情况出现，在时钟源外部设计一个4～16 MHz的外部晶体振荡器，与时钟源相互配合产生标准的CP脉冲信号[6]。最后的单元为倍频器单元，设计一个倍频器PLLMUL和一个AHB分频器。

采样控制模块主要设计SRAM控制模块，负责缓存传感器OV9121输出的图像数据，以及将图像数据送FPGA滤波处理模块[7]。使用两片相同规格的SRAM，与FPGA滤波处理模块连接，电路连接图如图3所示。

两个相同的SRAM，一片负责收集图像数据，另一片负责向FPGA处理模块输送数据。FPGA处理模块的电源采用LDO稳压器，确保系统的稳定性[8]。配电结构采用分布式电源结构，整个系统内分配一个半稳定的DC电压，将DC/DC转换器与各负载相连，将FPGA处理模块设计为可配置逻辑单元，将RAM设计为嵌入式块RAM，芯片内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。显示设备屏幕的分辨率设计为96 dpi，点距设计为0.24 mm，反应时间[9]为4 ms。

至此完成对乡镇居住区景观空间优化系统硬件部分的设计。

2  优化系统软件设计

2.1  计算图像编程数据

软件部分利用glDraw函数处理一些常用的数据信息。使用glClear函数用作当前值的清除缓冲区，调用_glDraw命令计算接收到的图像信息转化为可编程的数据，设[X=X1，X2，…，Xn]为图像信息[10]，计算其转换为可编程图像信息数据：

[TEi=Exnμi，XiExnμi=0，Xi]    （1）

使用if（GrenadePath==）处理，利用C语言代码“SpawnedGrenade=Pawn.图像.Spawn（GrenadeC lass， Pawn. Weapon if（图像信息）none && ！”将得到的信息数据转换处理为以下代码，编程到ArcGIS软件中。代码如图4所示。

2.2  运用虚拟技术设计景观空间

系统采用_Standard Assets：Unity3D为系统提供标准的资源包[11]。_Models存放空间内的元素，使用式（2）将各场景元素形成固定计算模式。

[pk=1-max（pk），   k=0，1，2，…，n]    （2）

式中：p为元素值;k为场景元素的数量。使用式（2）计算出的元素值运用在Unity3D三维交互中，构建虚拟景观模型。

虚拟场景需先统一初始坐标，将虚拟场景中的三个轴向的各种参数设置归零。先构建树木低精度景观，使用式（2）计算出树木中的虚拟值的元素点，得到元素值[pk]，代入下式：

[C（pk）=p（k）（i，j）Q（k）（i，j）k=1mp（k）（i，j）Q（k）（i，j）]    （3）

式中：C为虚拟处理数据值;i为树叶部分的元素点;j为树干部分的元素点;Q为尺度因子。

计算结果将实景中的树木转换到虚拟空间，记录到计算机中。整体的景观空间模型要依托强大的虚拟景观场景实现整体效果，将硬件部分采集到的场景图像二维数据使用式（3）计算，将数据录入到ArcGIS软件中，形成基本居住区景观的数据组。形成的空间图如图5所示。

使用Cinema 4D三维制作软件将场景中的多边形数据搭建出基本的框架，不断地调整场景中点、线、面的数据，切割细分这三部分的数据值，增强画面的像素值。使用Low Poly低精度构建原则，删除设计画面中多余的面数据，降低优化系统总体计算量。此时乡镇居住区景观空间的软件部分设计完成。

3  仿真实验

3.1  参数设计

参数主要针对显示设备性能指标，各项指标如表1所示。

以岩石为实验对象，选用同一处乡镇居住区景观空间。使用表1参数下的显示设备，运用两种传统系统虚拟空间系统设计和基于虚拟技术的乡镇居住区景观空间优化系统设计，对比三种系统呈现出来的像素效果。

3.2  实验分析

以乡镇居住区的假山为例，使用三种系统设计假山，得到假山底层一角的像素值，三种设计系统的最终实验结果如图6所示。

实验界面中的图6a）为设计后的假山图，图6b）为假山一角的细节图，图中均匀分布着像素块。传统设计系统1实验图中的像素值是200 pt，像素块较大;传统设计系统2实验图中的像素值为300 pt，像素块相对较小;而使用本文系统设计出来的假山一角的像素块最小，其像素值为500 pt，且像素值明显高于两种传统设计系统。说明本文系统更适合对乡镇居住区景观空间的设计。

4  结  语

针对传统的乡镇居住区空间设计系统呈现的设计画面像素值过低的问题，设计一种基于虚拟技术的乡镇居住景观空间优化系统。在传统的景观设计系统上，针对传感器部分设计实时图像采集器，增强图像在电脑上对实际场景的反馈效果，解决了传统设计系统中图像像素过低的问题。说明乡镇居住区景观空间优化系统可以将乡镇中各项资源合理化分配，营造出绿色和谐的居住景观空间。

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