珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像显示系统设计

何帅森

关键词： 珠三角城市; 公共艺术; 三维彩色; 动态影像; 显示系统; 颜色特征提取

中图分类号： TN911.73?34; TP314              文献标识码： A                    文章编号： 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

随着经济的不断发展，珠江三角城市之间的竞争关系从过去的经济竞争逐渐转变为城市形象的竞争，将城市的艺术文化水平作为衡量城市价值的关键，城市公共艺术的发展和形象精确的塑造将大幅度提升城市的品牌价值。大量城市在转型过程中，意识到城市形象设计能够为城市文化体系建设提供持续动力，珠三角城市公共文化通过不断升级、不断超越以及更加现代化的视觉呈现，产生城市发展的一种全新视野。城市公共艺术三维图像动态的展示能更加直观地使人们了解城市的形象，所以研究一种有效的珠三角城市公共文化三维彩色动态影像显示系统十分必要。

文献[1]基于三维地球的海量遥感影像高效可视化管理系统，采用三维地球和数据库技术，实现海量、多分辨率遥感影像的快速查询、检索与定位，但是获取的遥感影像存在较多的干扰影像，无法以高分辨率显示出清晰的三维彩色动态影像。文献[2]采用混沌系统实现影像的动态分析和图像显示，但存在影像显示用时耗时长且显示影像质量差的弊端。

为了解决以上问题，本文设计珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像显示系统，提升三维彩色动态影像的显示质量和响应水平。

1  珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像显示系统设计

1.1  系统总体技术方案

构建本文珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像显示系统的总体技术方案如图1所示。从中可以看出：通过无人机驾驶飞行器得到珠三角城市公共艺术建筑的高质量和大范围三维彩色动态影像[3];之后依照不同城市公共艺术建筑物的几何特征分别采用单影像测量系统得到城市公共艺术建筑的具体建筑信息[4];在此基础上融合数字化地形图和飞行器获取的三维彩色动态图像，构建如图2所示的珠三角城市公共艺术三维景观模型。

1.2  数字高程模型

数字高程模型是用于表示地形空间分布状态的有限三维向量[O，P，Q]，该三维向量中的[O]和[P]为地形点的平面位置[5]，即为珠三角城市公共艺术建筑的平面位置，将对应点的高程用[Q]表示。数字高程模型是依据离散分布的珠三角城市公共艺术建筑平面点上携带的高程数据，实现对连续分布的珠三角城市公共艺术建筑地形表面的模拟[6]。数字高程模型的DEM数据如图3所示。

格网DEM数据具有分割、合并操作容易和数据形式简单的特点[7]，所以通常采用格网DEM来构建比例尺较小的DEM。在珠三角城市公共艺术建筑三维彩色动态影像显示系统设计过程中，格网DEM数据的简化过程是采用小格网高分辨率的DEM数据代替大网格的低分辨率DEM数据。该过程可以最大程度地降低珠三角城市公共艺术建筑的失真。

1.3  三维彩色动态影像显示流程

三维彩色动态影像显示流程基于New Map三维技术体系测量珠三角城市公共艺术建筑，其是一种GIS系统，是实现三维彩色动态影像显示的核心技术。详细的显示流程如图4所示。

由图4可知，系统实现三维彩色动态影像的显示需要先建立数据库资源，构成珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像数据库。数据的处理过程即从大量的珠三角城市公共艺术建筑信息中提取出有效的信息，此外数据量过少也对三维彩色动态影像的显示造成影响。可视化动态映射即将获取的珠三角城市公共艺术建筑数据处理为可用于绘制影像的几何图形。三维彩色动态影像的显示即将上述过程产生的几何图形不断变换、压缩、提取颜色特征，最终得到三维彩色动态影像的屏幕显示。

珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像显示时还需对三维模型进行颜色渲染，将某张珠三角城市公共艺术建筑的灰阶图像用[F（x，y）]表示，其颜色直方图定义为：

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

式中：[（Ci，Fi）]为该颜色点的坐标;[Ci]表示不同的颜色;颜色灰度值用Histogrom表示。系统依照灰阶值特征的不同可实现三维彩色动态影像的不同灰阶颜色分离。

2  实验分析

2.1  显示效果分析

为验证本文构建珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像显示系统的有效性，将本文系统分别与基于三维地球的海量遥感影像高效可视化管理系统[1]、基于一种新的混沌系统的动态分析和图像显示系统[2]获取的城市公共艺术建筑结果进行对比，3种系统的影像显示结果如图5所示。对比分析3种系统对珠三角城市公共艺术建筑的三维彩色动态影像显示结果，可以看出，基于三维地球的海量遥感影像高效可视化管理系统和基于一种新的混沌系统的动态分析和图像显示系统的显示结果较为模糊;而本文系统的影像显示效果较清晰。因此说明本文系统更加适用在珠三角城市公共艺术的三维彩色动态影像显示中。

2.2  效率分析

三维彩色动态影像显示质量好坏是评价系统性能优劣的一项指标，但系统显示出准确结果的用时结果也是评价系统性能优劣的关键指标。实验为验证本文系统的性能优劣，对3种系统显示10种类型珠三角城市公共艺术建筑三维彩色动态影像的渲染用时和影像压缩的耗时进行比较。实验记录3种系统的渲染用时如表1所示，3种系统压缩影像的耗时对比如图6所示。

分析表1数据结果可以看出，本文系统对不同类型珠三角城市公共艺术建筑的三维彩色动态影像渲染用时最短，渲染时间最高仅为0.26 s;基于三维地球的海量遥感影像高效可视化管理系统的渲染时间是本文系统渲染时间的5倍以上;基于一种新的混沌系统的动态分析和图像显示系统的渲染时间随着实验的进行变化幅度较强，且用时最长。突出显示了本文系统对珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像的渲染用时优势。

系统对珠三角城市公共艺术建筑三維彩色动态影像的压缩耗时也是衡量系统性能好坏的关键指标。从图6中可以看出，本文系统的影像压缩用时最低，耗时始终低于2.32 s，且在实验测试过程中影像压缩用时的变化幅度较小;基于三维地球的海量遥感影像高效可视化管理系统压缩用时较长，超出本文系统用时3 s以上;基于一种新的混沌系统的动态分析和图像显示系统仅在对第4种影像的压缩用时最短为4.35 s，其他影像的压缩用时均较高，该系统的压缩用时波动较大，稳定性差。综合分析以上实验结果可以看出，本文系统的显示结果清晰，分辨率高，且系统的渲染和压缩能力强。

3  结  论

基于三维地球的海量遥感影像高效可视化管理系统，呈现出的三维彩色动态影像存在分辨率低和质量差的弊端。针对这一弊端，本文设计珠三角城市公共艺术三维彩色动态影像显示系统，采用单影像测量系统获取精准的珠三角城市公共艺术建筑信息，得到的影像资料较为精准。实验结果表明，本文系统能高质量地显示出珠三角城市公共艺术建筑的三维彩色动态影像，其影像颜色渲染和压缩时间较短，最长的三维彩色动态影像渲染时间不超过0.26 s，且系统压缩影像的时间变化幅度小，系统的稳定性也较优。

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