基于Unity3D的区域景观生态敏感性评价系统设计

蒋明

摘  要： 传统的区域景观生态敏感性评價系统因景观数据量大，使得系统运行流畅度较差。为此，提出基于Unity3D的区域景观生态敏感性评价系统。在硬件设计上，选择MT9V022作为核心芯片，结合FPGA控制景观数据的传输，设计FIFO与SDRAM相连电路，保证数据安全存储;在软件设计上，根据获取的景观数据，使用Unity3D生成区域景观生态模型，通过该模型确定敏感性因子，计算各个因子的权重与评价得分，求得敏感性综合评价值，结合敏感性评价等级表实现敏感性评价。结合硬件和软件设计完成整个系统设计。测试结果表明，与传统的敏感性评价系统相比，文中设计的基于Unity3D的区域景观生态敏感性评价系统随着数据量的增加，依然能够流畅运行，说明该系统适合应用在实际项目中。

关键词： Unity3D; 区域景观; 生态敏感性; 评价系统; 系统设计; 系统测试

中图分类号： TN911.23?34; X171                 文献标识码： A                   文章编号： 1004?373X（2020）20?0171?04

Design of regional landscape ecological sensitivity evaluation system based on Unity3D

JIANG Ming

（Huashang College Guangdong Univiersity of Finance & Economics， Guangzhou 511300， China）

Abstract： As the traditional regional landscape ecological sensitivity evaluation system has poor running smoothness due to the large amount of landscape data， a regional landscape ecological sensitivity evaluation system based on Unity3D is proposed. In terms of hardware design， MT9V022 is selected as the core chip， which combines with FPGA to control the transmission of landscape data， and the circuit connecting FIFO and SDRAM is designed to ensure the safe storage of data. In the software design， Unity3D is used to generate the regional landscape ecological model according to the acquired landscape data， by which the sensitivity factors are determined. The weights and evaluation scores of each factor are calculated， and the comprehensive evaluation value of sensitivity is obtained， and the sensitivity evaluation is realized by combining the sensitivity evaluation level table. The overall system design is completed in combination of the hardware and software design. The testing results show that， in comparison with the traditional sensitivity evaluation system， the designed regional landscape ecological sensitivity evaluation system based on Unity3D can still run smoothly with the increase of the amount of data， which indicates that the system is suitable for application in the actual projects.

Keywords： Unity3D; regional landscape; ecological sensitivity; evaluation system; system design; system testing

0  引  言

进入21世纪以来，人类的破坏行为使得生态平衡遭到严重破坏，生态系统的结构和功能失调，生态环境的可持续发展受到严重威胁，给人类社会的可持续发展带来严峻的挑战。因此，生态环境问题的预防和治理变得非常迫切[1?3]。

综合目前的研究工作，采用区域景观生态敏感性评价系统对生态环境问题的研究和防治有一定的帮助，但是传统的区域景观生态敏感性评价系统对生态环境的渲染时，景观模型数据量较大，造成系统运行流畅度较差，严重影响敏感性评价水平。

对于上述中存在的问题，引用Unity3D开发工具，結合Unity3D的虚拟技术，实现区域景观的建模，通过模型数据提取敏感因子，依据敏感性评价等级表，完成敏感性评价系统的设计。

Unity3D开发工具具有跨平台发布、地形编辑、脚本、网络、物理和版本控制等特性，是一种动态类型、弱类型的直译式脚本语言[4]。

将该技术应用在区域景观生态敏感性评价系统中，有助于改善传统的敏感性评价系统中存在的问题，对生态环境治理有一定的帮助。

1  区域景观生态敏感性评价系统硬件设计

区域景观生态敏感性评价系统需要从实际的区域景观生态中提取相关信息数据，利用专业的建模软件生成三维模型，再获取与敏感性相关的信息，生成敏感性因子，以此来实现敏感性评价。

上述过程中，从实际区域景观中获取信息需要利用无人机与摄像机拍摄完整的景观，使用相关硬件提取视频中的信息[5]。选择的硬件有图像采集传感器、FPGA、SDRAM存储电路、数据缓冲模块以及电源电路等[6]。具体的结构如图1所示。

采集景点图像中使用的核心芯片是MT9V022芯片，考虑实际工作中的需求，确定该芯片各个管脚的功能及定义[7]。管脚的具体功能如表1所示。

当使用FPGA访问该芯片时，根据S_C_ADR0和S_C_ADR1两个信号的不同状态，配置图像传感器，设置芯片的输出是并行的10 bit数据，将芯片的数据线的高8位传给FPGA[8]。其接口电路设计如图2所示。

通过上述中的MT9V022和FPGA连接实现图像中景观信息的传输和处理。完成处理后，提取的景观数据暂时存储在外部存储器SDRAM中，数据的缓存是为了保证数据的安全性。该部分直接调用FIFO来作为数据缓冲模块，为了保证不同的数据带宽的数据安全传输，设计4个端口的FIFO来实现SDRAM的读/写，这4个端口包含2个写缓存和2个读缓存[9]。FIFO与SDRAM的连接如图3所示。

通过上述过程实现景观信息数据的提取，完成区域景观生态敏感性评价系统的硬件设计。

2  区域景观生态敏感性评价系统软件设计

2.1  确定敏感性因子

将获取的多源景观数据集成在一起生成DEM数据，将数据导入至Unity3D中生成景观模型，使用该软件管理景观三维模型，实现景观的渲染与展示，通过三维模型的不断调整与测试，确定区域景观生态敏感因子。使用Unity3D开发工具需要用到大量程序代码，通过GetComponent（）引用组件，利用pragma strictvar speed制作第一人称控制器控制景观模型，初始定义一个浮点数变量作为移动模型的初始控制速度[10]。模型的旋转与移动由其自动添加的transform组件实现，其内部存在已经定义好的移动和旋转的函数，分别为Translant（）和Rotate（），直接调用便可实现模型的多角度展示与调整[11?13]。

在区域生态环境敏感性因子确定中，根据三维模型展示出的景观生态环境，按照层次原则，进行合理的分类与选择，经过对上述内容的分析，确定的敏感性因子如图4所示。

通过上述过程确定敏感性因子，计算各个敏感性因子的权重及评价结果值，确定敏感性分级标准。

2.2  求取区域景观生态敏感性评价等级

将上述确定的区域景观敏感性因子的原始信息数据统一标准，为求取区域景观生态敏感性评价做准备。统一标准后，计算权重来衡量敏感性因子的相对重要性，权重值越大，表示因子对敏感性的影响越大。权重计算公式如下：

[αj=j=1nejej] （1）

式中：[n]表示区域景观生态敏感性因子个数;[ej]表示第[j]个敏感性因子的比较值，该值是通过成对比较法中的比例矩阵获得的[14]。利用权重计算单独一个敏感性因子的评价得分。公式如下：

[Kj=j=1nαjn] （2）

式中：[αj]表示第[j]个敏感性因子的权重;[Kj]表示区域景观生态第[j]个敏感性因子的评价得分[15]。将通过上述计算过程得到的权重与评价得分结合在一起，利用加权叠加法计算出区域景观生态敏感性综合评价值。计算公式为：

[C=j=1nKjαj] （3）

将计算出的区域景观生态敏感性综合评价值与生态环境敏感性评价等级标准表相对应，如表2所示。完成区域景观生态敏感性评价。以表2中获得的等级标准作为参照，实现区域景观生态敏感性评价，完成系统软件部分的设计。

3  区域景观生态敏感性评价系统性能测试

3.1  测试平台及约束条件

选择某一区域景观，根据其真实的地形、植被和地物等景观构建相应的模型，结合测试的实际需求搭建测试平台，并设置相应的约束条件。

搭建的硬件平台为内存4 GB DDR2667，200 GB硬盘内存，8 MB缓存以及Radeon HD2300的图形加速卡。制定的约束条件如表3所示。

为了更好的研究测试渲染数据量与系统运行效率之间的关系，将其分级比较。分级关系表如表4所示。

依据上述FPS与流畅度的分级关系表对获得的测试结果进行分级比较。

3.2  测试结果及分析

在搭建的测试平台中，使用所设计的基于Unity3D的区域景观生态敏感性评价系统对构建的景观模型进行敏感性评价，同时引用传统的区域景观生态敏感性评价系统在相同的测试平台测试，测试结果如图5所示。

图中显示，使用传统的敏感性评价系统测试，随着渲染面片数的增加，其流畅度呈下降趋势，以流畅度分级关系表为参照，当渲染面片数达到6万～7万时，对应的流畅度下降到6以下，存在卡顿现象，并且越来越小，说明卡顿越来越严重;使用设计的敏感性评价系统，其流畅度并没有随着渲染面片数的增加而出现明显的变化，并且一直处在较高的位置，说明系统能够流畅运行。

4  结  语

生态敏感性评价对区域景观生态环境的保护与治理有重要意义。传统的区域景观生态敏感性评价系统越来越不能满足现今的需求，通过引用Unity3D改善传统系统中存在的问题。经过对比测试，证明了设计的基于Unity3D的区域景观生态敏感性评价系统性能更优越，对做出切实合理的专项规划方面有着重要的应用价值。

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