城市园林景观空间格局三维数字化重建系统设计

刘婷婷

摘  要： 以往三维数字化重建系统因未采取特征匹配算法提取城市园林景观图像中空间格局特征，导致重建精度较低。为此，设计城市园林景观空间格局三维数字化重建系统，通过ZED双目立体相机采集城市园林景观的二维图像，所采集二维图像通过视差图修复和细化环节等预处理后，利用SIFT相关特征匹配算法提取预处理后图像的空间格局特征，通过三维点云的纹理映射功能将图像的空间格局特征映射至三维点云模型中，并将数字影像色彩属性信息通过OpenGL图像库添加至三维点云模型中，实现城市园林景观空间格局三维数字化重建。实验结果表明，该系统可有效重建逼真、色彩鲜明的三维数字化城市园林景观空间格局，建模误差均在1%以内，建模精度较高，满足三维数字化重建要求。

关键词： 三维数字化重建; 空间格局; 城市园林景观; 系统设计; 特征提取; 三维点云模型

中图分类号： TN911?34                            文献标识码： A                       文章编号： 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

隨着科技不断发展，人们已不满足于城市园林景观空间格局设计与建设的二维化，数字化已走入城市园林景观空间格局建设中[1]。三维数字化重建技术可以获取城市园林景观空间格局的三维立体效果图，增加园林设计科学性以及时效性。

三维数字化重建是计算机视觉领域中重要的研究课题，指将两幅或多幅二维图像转换成三维可见立体几何形状[2]，恢复物体的空间坐标及色彩信息。

通过图2三维数字化重建结果可以看出，采用本文系统可有效重建城市园林景观空间格局，且重建后的三维数字化图像外观逼真，能有效呈现该区域城市园林景观空间格局。

为检测采用本文系统重建精度，在该区域城市园林景观空间格局中选取10个坐标点与真实坐标对比，检测本文系统重建精度，并将本文系统与雷达重建系统和大场景重建系统对比，对比结果如表1所示。

通过表1实验结果可知，采用本文系统重建城市园林景观空间格局误差均在1%以内;而雷达重建系统和大场景重建系统重建城市园林景观空间格局误差均在1%以上。可知采用本文系统重建城市园林景观空间格局精度明显高于雷达重建系统和大场景重建系统，验证了本文系统的三维数字化重建精度，说明本文系统可满足城市园林景观空间格局三维数字化重建的高精度要求。

3  结  论

本文设计的城市园林景观空间格局三维数字化重建系统使城市园林景观空间格局建设步入智能化。该系统选取双目立体相机采集城市园林景观空间格局图像信息，选取SIFT相关特征匹配算法提取城市园林景观图像的空间格局特征。该算法可在旋转图像角度以及缩放图像时仍准确提取空间格局特征，提升三维数字化重建精度。实验结果表明，该系统不仅可应用于城市园林景观空间格局三维数字化重建中，还可应用于建筑、交通等领域的三维数字化重建中，具有广阔的应用价值。

参考文献

[1] 梁保平，雷艳，覃业努，等.快速城市化背景下广西典型城市景观空间格局动态比较研究[J].生态学报，2018，38（12）：4526?4536.

[2] 黄名广.茶文化视角下现代城市园林景观设计的研究分析[J].福建茶叶，2018，40（11）：259.

[3] 周之澄.基于传播学理论的城市景观听觉空间设计[J].艺术百家，2017，33（6）：245?246.

[4] 王玲玲.城市景观空间中文化设施的视觉传达策略[J].包装工程，2018，39（24）：329?334.

[5] 李春燕，李根，高永强.基于云计算的农机三维数字化云服务平台设计[J].农机化研究，2017，39（12）：195?199.

[6] 杨海清，王洋洋.基于面结构光几何关系的三维数字化研究[J].计算机应用研究，2018，35（7）：323?326.

[7] 孟想，辛斌杰，李佳平.采用多角度成像技术的纺织品三维轮廓重建算法[J].纺织学报，2018，39（4）：144?150.

[8] 康世磊，岳邦瑞.基于格局与过程耦合机制的景观空间格局优化方法研究[J].中国园林，2017，33（3）：50?55.

[9] 谢伟康，赵罡，于勇，等.基于特征的异构全三维数字化模型转换方法研究与实现[J].計算机集成制造系统，2017，23（9）：1833?1841.

[10] 陈颐，林毅伟，朱志鹏，等.基于RS和GIS的莆田市土地利用景观格局变化分析[J].西北林学院学报，2017，32（1）：279?286.

[11] 谭明，王一婧，成玉宁.五颜六色：数字化景观环境色彩构成研究：以南京赏樱风光带色彩规划设计为例[J].中国园林，2017，33（10）：29?34.

[12] 全旭松，刘长春，陈海平，等.面向高功率激光装置精密装校实验室的三维重建技术及应用[J].计算机辅助设计与图形学学报，2017，29（5）：854?859.

[13] 孙保燕，翁裕育，周贤君.基于Remake的三维建模技术在摩崖石刻数字化重建中的应用[J].文物保护与考古科学，2018，30（4）：110?114.

[14] 郑德高，朱雯娟，陈阳，等.区域空间格局再平衡与国家魅力景观区构建[J].城市规划，2017，41（2）：45?56.

[15] 谢天铧，杨艳山，霍连飞，等.基于数字图像三维重建的土壤粗糙度测量[J].土壤通报，2018，49（3）：519?524.