珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像顯示系統設計

何帥森

關鍵詞： 珠三角城市; 公共藝術; 三維彩色; 動態影像; 顯示系統; 顏色特征提取

中圖分類號： TN911.73?34; TP314 ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）14?0140?04

Design of 3D color dynamic image display system for

public arts in Pearl River Delta cities

HE Shuaisen

（City College of Dongguan University of Technology， Dongguan 523430， China）

Abstract： The 3D earth based high?efficiency visualization management system of massive remote sensing images produces a large number of interference images when using the 3D earth technology to obtain remote sensing images of public art buildings in Pearl River Delta cities， and cannot display high?quality 3D color dynamic images. Therefore， a 3D color dynamic image display system is designed for public arts in Pearl River Delta cities. A 3D landscape model for public arts in Pearl River Delta cities is constructed based on the overall technical scheme of the system. On this basis， the terrain surface of public art buildings in Pearl River Delta cities is simulated by using the digital elevation model and according to the elevation data carried by the discrete?distributed planar points of public art buildings in Pearl River Delta cities. The data of public art buildings in Pearl River Delta cities is processed into geometric figures used for image drawing by means of visualized dynamic mapping. Conversion， compression， and color feature extraction are conducted for geometric figures to realize 3D color dynamic image display of public arts in Pearl River Delta cities. The experimental results show that the designed system has a good dynamic image display effect， and time consumptions of less than 0.26 s and 2.32 s for image rendering and compression respectively， which is an efficient and high?quality 3D color dynamic image display system for public arts in Pearl River Delta cities.

Keywords： Pearl River Delta city; public art; 3D color; dynamic image; display system; color feature extraction

隨著經濟的不斷發展，珠江三角城市之間的競爭關系從過去的經濟競爭逐漸轉變為城市形象的競爭，將城市的藝術文化水平作為衡量城市價值的關鍵，城市公共藝術的發展和形象精確的塑造將大幅度提升城市的品牌價值。大量城市在轉型過程中，意識到城市形象設計能夠為城市文化體系建設提供持續動力，珠三角城市公共文化通過不斷升級、不斷超越以及更加現代化的視覺呈現，產生城市發展的一種全新視野。城市公共藝術三維圖像動態的展示能更加直觀地使人們了解城市的形象，所以研究一種有效的珠三角城市公共文化三維彩色動態影像顯示系統十分必要。

文獻[1]基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統，采用三維地球和數據庫技術，實現海量、多分辨率遙感影像的快速查詢、檢索與定位，但是獲取的遙感影像存在較多的干擾影像，無法以高分辨率顯示出清晰的三維彩色動態影像。文獻[2]采用混沌系統實現影像的動態分析和圖像顯示，但存在影像顯示用時耗時長且顯示影像質量差的弊端。

為了解決以上問題，本文設計珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像顯示系統，提升三維彩色動態影像的顯示質量和響應水平。

1 ?珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像顯示系統設計

1.1 ?系統總體技術方案

構建本文珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像顯示系統的總體技術方案如圖1所示。從中可以看出：通過無人機駕駛飛行器得到珠三角城市公共藝術建筑的高質量和大范圍三維彩色動態影像[3];之后依照不同城市公共藝術建筑物的幾何特征分別采用單影像測量系統得到城市公共藝術建筑的具體建筑信息[4];在此基礎上融合數字化地形圖和飛行器獲取的三維彩色動態圖像，構建如圖2所示的珠三角城市公共藝術三維景觀模型。

1.2 ?數字高程模型

數字高程模型是用于表示地形空間分布狀態的有限三維向量[O，P，Q]，該三維向量中的[O]和[P]為地形點的平面位置[5]，即為珠三角城市公共藝術建筑的平面位置，將對應點的高程用[Q]表示。數字高程模型是依據離散分布的珠三角城市公共藝術建筑平面點上攜帶的高程數據，實現對連續分布的珠三角城市公共藝術建筑地形表面的模擬[6]。數字高程模型的DEM數據如圖3所示。

格網DEM數據具有分割、合并操作容易和數據形式簡單的特點[7]，所以通常采用格網DEM來構建比例尺較小的DEM。在珠三角城市公共藝術建筑三維彩色動態影像顯示系統設計過程中，格網DEM數據的簡化過程是采用小格網高分辨率的DEM數據代替大網格的低分辨率DEM數據。該過程可以最大程度地降低珠三角城市公共藝術建筑的失真。

1.3 ?三維彩色動態影像顯示流程

三維彩色動態影像顯示流程基于New Map三維技術體系測量珠三角城市公共藝術建筑，其是一種GIS系統，是實現三維彩色動態影像顯示的核心技術。詳細的顯示流程如圖4所示。

由圖4可知，系統實現三維彩色動態影像的顯示需要先建立數據庫資源，構成珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像數據庫。數據的處理過程即從大量的珠三角城市公共藝術建筑信息中提取出有效的信息，此外數據量過少也對三維彩色動態影像的顯示造成影響?？梢暬瘎討B映射即將獲取的珠三角城市公共藝術建筑數據處理為可用于繪制影像的幾何圖形。三維彩色動態影像的顯示即將上述過程產生的幾何圖形不斷變換、壓縮、提取顏色特征，最終得到三維彩色動態影像的屏幕顯示。

珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像顯示時還需對三維模型進行顏色渲染，將某張珠三角城市公共藝術建筑的灰階圖像用[F（x，y）]表示，其顏色直方圖定義為：

[Histogram=（Ci，Fi）Ci∈Colorset，0≤Fi≤1，1≤i≤nFi=1，且1≤i≤n]

式中：[（Ci，Fi）]為該顏色點的坐標;[Ci]表示不同的顏色;顏色灰度值用Histogrom表示。系統依照灰階值特征的不同可實現三維彩色動態影像的不同灰階顏色分離。

2 ?實驗分析

2.1 ?顯示效果分析

為驗證本文構建珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像顯示系統的有效性，將本文系統分別與基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統[1]、基于一種新的混沌系統的動態分析和圖像顯示系統[2]獲取的城市公共藝術建筑結果進行對比，3種系統的影像顯示結果如圖5所示。對比分析3種系統對珠三角城市公共藝術建筑的三維彩色動態影像顯示結果，可以看出，基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統和基于一種新的混沌系統的動態分析和圖像顯示系統的顯示結果較為模糊;而本文系統的影像顯示效果較清晰。因此說明本文系統更加適用在珠三角城市公共藝術的三維彩色動態影像顯示中。

2.2 ?效率分析

三維彩色動態影像顯示質量好壞是評價系統性能優劣的一項指標，但系統顯示出準確結果的用時結果也是評價系統性能優劣的關鍵指標。實驗為驗證本文系統的性能優劣，對3種系統顯示10種類型珠三角城市公共藝術建筑三維彩色動態影像的渲染用時和影像壓縮的耗時進行比較。實驗記錄3種系統的渲染用時如表1所示，3種系統壓縮影像的耗時對比如圖6所示。

分析表1數據結果可以看出，本文系統對不同類型珠三角城市公共藝術建筑的三維彩色動態影像渲染用時最短，渲染時間最高僅為0.26 s;基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統的渲染時間是本文系統渲染時間的5倍以上;基于一種新的混沌系統的動態分析和圖像顯示系統的渲染時間隨著實驗的進行變化幅度較強，且用時最長。突出顯示了本文系統對珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像的渲染用時優勢。

系統對珠三角城市公共藝術建筑三維彩色動態影像的壓縮耗時也是衡量系統性能好壞的關鍵指標。從圖6中可以看出，本文系統的影像壓縮用時最低，耗時始終低于2.32 s，且在實驗測試過程中影像壓縮用時的變化幅度較小;基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統壓縮用時較長，超出本文系統用時3 s以上;基于一種新的混沌系統的動態分析和圖像顯示系統僅在對第4種影像的壓縮用時最短為4.35 s，其他影像的壓縮用時均較高，該系統的壓縮用時波動較大，穩定性差。綜合分析以上實驗結果可以看出，本文系統的顯示結果清晰，分辨率高，且系統的渲染和壓縮能力強。

3 ?結 ?論

基于三維地球的海量遙感影像高效可視化管理系統，呈現出的三維彩色動態影像存在分辨率低和質量差的弊端。針對這一弊端，本文設計珠三角城市公共藝術三維彩色動態影像顯示系統，采用單影像測量系統獲取精準的珠三角城市公共藝術建筑信息，得到的影像資料較為精準。實驗結果表明，本文系統能高質量地顯示出珠三角城市公共藝術建筑的三維彩色動態影像，其影像顏色渲染和壓縮時間較短，最長的三維彩色動態影像渲染時間不超過0.26 s，且系統壓縮影像的時間變化幅度小，系統的穩定性也較優。

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