CN107665275B

CN107665275B - 一种自然式园林景观的设计方法和系统

Info

Publication number: CN107665275B
Application number: CN201710805754.8A
Authority: CN
Inventors: 尹豪; 傅玉
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: CN107665275A

Abstract

本发明提供一种自然式园林景观的设计方法及系统，其中方法包括根据地图中园林区域的轮廓，在地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域；选定一种多边形作为镶嵌单元，在镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖园林区域；对处于园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点。本发明一方面克服了现有技术中因为随机性和不可控性导致的施工难度大的问题，另一方面设计过程充分考虑了植物的生长特点，使得植物间的干扰更小同时更加富有美感。

Description

一种自然式园林景观的设计方法和系统

技术领域

本发明涉及现代农业及园林景观设计技术领域，更具体地，涉及自然式园林景观的设计方法和系统。

背景技术

园林景观设计是指在一定地域范围内，通过多方的园林艺术和工程技术手段，以及地形改造、植被种植、建筑营造和园林道路布置等途径，创造一个环境优美、生活游戏的居住场所。园林景观设计依据种植形态的不同，大致可分为自然式园林景观和规则式园林景观。而城市化进程的不断加剧和日益严重的环境问题，使得人们更倾向自然、丰富的植物景观。在植物造景中提倡自然美，创造自然的园林景观，热衷自然式种植设计已成为新的设计潮流。

目前在园林景观的设计方法中，园林设计者实现自然式种植主要有两种方式：

第一种是凭经验直接在图纸上排列植物，通过控制植物的间距来实现疏密有致的效果。这种方式在植物数量少的情况下较容易使用，但是在进行群植、林植的配置过程中，就会出现三株以上植物共线的现象，而这种现象会影响自然式种植的效果，这个现象的规避往往要耗费很多时间，而且最终的植物点位具有随机性，增加了现场照图施工的难度。

第二种是在施工过程中用到的方法，先按一定的树距阵列植物，再在连续共线的植物之间穿插种植植物，这种方式在现场施工中可以使用，但是也具有一定的随机性。

上述两种方法在具体实施时均有随机性和不可控性，增加了施工难度。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的自然式园林景观的设计方法和系统。

根据本发明的一个方面，提供一种自然式园林景观的设计方法，包括：

S1、根据地图中园林区域的轮廓，在所述地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域，所述网格区域由复数个方形的网格单元组成，每个网格单元的边框长度为待种植植物的最小冠幅；

S2、选定一种多边形作为镶嵌单元，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域；

S3、对处于所述园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点。

优选地，所述多边形为直角三角形，所述直角三角形的长边与短边比为2:1，且所述短边的长度与所述网格单元的边框长度一致。

优选地，步骤S2中所述在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记的步骤进一步包括：

在镶嵌单元的顶点、斜边中点、长边中点以及斜边的垂足点处设置标记位，任意一个标记位至多设置一个标记；

其中，当存在多个标记共线时，共线的标记的个数有且仅有两个；

当镶嵌单元的一个顶点处的标记位设置标记时，其他两个顶点处的标记位至多设置一个标记。

优选地，所述将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域的步骤包括：

将所述镶嵌单元的一个顶点与所述基点重合，将所述镶嵌单元的长边和短边分别与网格单元的不同边框平齐；

通过平移、反射、滑移反射和/或旋转的方式，将所述镶嵌单元平面镶嵌所述园林区域。

优选地，所述通过平移、反射、滑移反射和/或旋转的方式，将所述镶嵌单元平面镶嵌所述园林区域的步骤包括：

当镶嵌单元进行反射时，若所述镶嵌单元上的标记与反射的对称轴的距离小于该标记对应的植物半径，则该标记不进行复制；

当镶嵌单元进行反射时，反射对称轴上的标记不进行复制。

优选地，所述步骤S3中对处于所述园林区域的所有标记进行筛选的步骤包括：

当共线的标记个数大于2个时，根据相邻两个共线的标记的间距，删除至少一个标记；以及

若两个标记的间距小于所述两个标记中任意一个标记所对应的待种植植物的半径，则删除所述两个标记中的任意一个标记。

优选地，所述步骤S3中对处于所述园林区域的所有标记进行筛选的步骤还包括：

检测任意一个网格单元中园林区域与网格单元的面积比；

若所述面积比小于预设阈值，则将对应的网格单元中的标记删除。

根据本发明的另一个方面，还提供一种自然式园林景观的设计系统，包括：

网格绘制模块，用于根据地图中园林区域的轮廓，在所述地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域，所述网格区域由复数个方形的网格单元组成，每个网格单元的边框长度为待种植植物的最小冠幅；

平面镶嵌模块，用于选定一种多边形作为镶嵌单元，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域；

种植地点获得模块，用于对处于所述园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点。

根据本发明的另一个方面，还提供一种自然式园林景观的设计设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如下方法：

根据本发明的另一个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如下方法：

本申请提出的一种自然式园林景观的设计方法和系统，通过根据地图中园林区域的轮廓，在地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域；选定一种多边形作为镶嵌单元，在镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖园林区域；对处于园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点。本发明在设计自然式种植时，一方面克服了现有技术中因为随机性和不可控性导致的施工难度大的问题，另一方面设计过程充分考虑了植物的生长特点，使得植物间的干扰更小，同时更加富有美感。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种自然式园林景观的设计方法的流程示意图；

图2为根据本发明实施例的直角三角形的示意图；

图3为根据本发明实施例的对镶嵌单元进行平移操作的示意图；

图4为根据本发明实施例的对镶嵌单元进行反射操作的示意图；

图5为根据本发明实施例的对镶嵌单元进行滑移反射操作的示意图；

图6为根据本发明实施例的对镶嵌单元进行旋转操作的示意图；

图7为根据本发明实施例的模数体系的示意图；

图8为根据本发明实施例的对镶嵌单元进行反射操作时筛选标记的示意图；

图9为根据本发明实施例的对模数体系上共线标记的示意图；

图10为根据本发明实施例的自然式园林景观的设计系统的功能框图；

图11为根据本发明实施例的自然式园林景观的设计设备的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了克服现有技术中自然式园林景观的设计方法存在的由设计者主观设置种植位置带来的随机性和不可控性，本发明提供一种自然式园林景观的设计方法，参见图1，包括：

S101、根据地图中园林区域的轮廓，在所述地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域，所述网格区域由复数个方形的网格单元组成，每个网格单元的边框长度为待种植植物的最小冠幅。

在具体实施时，首先需要获得园林的地图，获得园林的地图的方式可以是人工测绘也可以是通过地图软件，例如百度地图、老虎地图等获得，可以理解的是，地图上任意一点的坐标均是已知的。根据地图中园林区域的轮廓，通过最小包围盒算法即可在地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域。

需要说明的是，本发明实施例中的网格区域是由复数个方形的网格单元组成，网格区域的形状与网格单元的边框长度有关，显然，如果网格单元的边框长度越小，网格区域的形状越趋近于园林区域的轮廓，而网格单元的边框长度越大，网格区域的形状和园林区域的形状区别越明显，而网格区域的面积与园林区域的面积比也越大，换句话说，处于网格区域边缘处的网格单元中包含的园林区域的面积越低。因此，合理地设置网格单元的边框长度对于本发明实施例的设计方法十分重要。

在本发明实施例中，网格单元的边框长度是待种植植物的最小冠幅，作为本领域技术人员可以理解的是，冠幅是指树木的南北和东西方向宽度的平均值，需要说明的是，本发明各实施例所述的冠幅都是指植物成熟后的平均冠幅，属于统计值，并不是指植物当前的真实值。

因此，待种植植物的最小冠幅是指冠幅平均值最小的一类待种植植物的冠幅，例如，待种植植物的种类为3种，分别为大叶女贞、垂丝海棠和无患子，其中大叶女贞的冠幅为3.5m，垂丝海棠的冠幅为2.5m，而无患子的冠幅为5m，那么网格单元的边框长度即为垂丝海棠的冠幅值2.5m。本发明实施例以最小冠幅作为网格单元的边框长度，保证了每个网格单元在客观上都可以满足最小的一种植物的放置。

S102、选定一种多边形作为镶嵌单元，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域。

本发明实施例在实现自然式种植的效果时，采用了平面镶嵌的原理，所谓平面镶嵌，是指用若干类全等形(能够完全重合的图形叫做全等形)无间隙且不重叠地覆盖平面的一部分，平面镶嵌的一个关键点是：在每个公共顶点处，各角的和是360°。

并且，本发明实施例通过在镶嵌单元上设置用于表示待种植植物的标记，在平面镶嵌后，园林区域上将分散地分布这些标记，这样就实现了可控地设计树林呈现自然式种植的效果，并且这一过程是采用客观自然规律的反应，将客观自然规律应用到技术方案中自然属于技术手段。

S103、处于所述园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点。

需要说明的是，本发明实施例基于植物生长状况设置筛选规则，体现了植物生长过程的客观规律，例如两个植物之间的间距阈值就属于本发明实施例的筛选规则，如果两个植物的间距小于了间距阈值，那么将对其中至少一个标记进行剔除，通过筛选，标记所在地图上的坐标即可作为待种植植物的种植地点，例如某一标段的坐标为114.328967,30.517239，即表示某一植物应该种植在上述位置。

在上述各实施例的基础上，所述多边形为直角三角形，所述直角三角形的长边与短边比为2:1，且所述短边的长度与所述网格单元的边框长度一致。

众所周知，任意三角形都可以用四个与其全等的三角形来生成与其相似的三角形，需要注意的是，本发明实施例所利用的直角三角形，相比较一般的三角形而言，是唯一能利用五个与其全等的三角形生成与之相似三角形的三角形。如图2所示，该直角三角形由5个相似的小直角三角形构成，两个小直角三角形的斜边之和构成了大直角三角形的长边，一个小直角三角形的斜边构成了大直角三角形的短边。

由图2还可以看出，如果小直角三角形的短边的长度为有理数，那么与该短边平行的线也均为有理数。因此，采用本发明中的直角三角形作为镶嵌单元，还有一个优势在于确定下来的每一个标记的位置都是有理数，更方便确定植物实际的种植位置。

在上述各实施例的基础上，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记的步骤包括：

从上述实施例可以发现，镶嵌单元的顶点以及长边的中点的坐标也是有理数，而斜边的中点以及斜边的垂足点在实际确定位置时也容易确定，因此，将上述几个点作为标记位，将标记位作为植物的种植位置，更容易在真实环境中找到准确值。

在上述各实施例的基础上，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域的步骤包括：

图3示出了将一个镶嵌单元进行平移操作的示意图，如图所示，镶嵌单元ABC沿AC方向平移，获得镶嵌单元CEF。图4示出了将一个镶嵌单元进行反射操作的示意图，如图所示，镶嵌单元ABC以BC为对称轴进行反射，获得镶嵌单元CBD。图5示出了将一个镶嵌单元进行滑移反射操作的示意图，如图所示，镶嵌单元ABC先沿AC平移得到镶嵌单元CFE，镶嵌单元CFE再以CF为反射轴进行反射，得到镶嵌单元CFD。图6示出了将一个镶嵌单元进行旋转操作的示意图，镶嵌单元ABC经过旋转操作，获得镶嵌单元CDG。

同理，镶嵌单元也可通过上述步骤进行复制组合。不同的镶嵌单元复制组合后形成的模数体系也不同，如图7所示。图7提供了4种在不同位置设置标记点的镶嵌单元：镶嵌单元1A、镶嵌单元1B、镶嵌单元1C和镶嵌单元1D，通过反射、平移、滑移反射和旋转操作，形成了在4种完全不同位置的模数体系，模数体系是指由复数个镶嵌单元构成的、与镶嵌单元相似的图形。

在上述各实施例的基础上，通过平移、反射、滑移反射和/或旋转的方式，将所述镶嵌单元平面镶嵌所述园林区域的步骤包括：

当镶嵌单元进行反射时，若所述镶嵌单元上的标记与反射的对称轴的距离小于该标记对应的植物半径，则该标记不进行复制。

需要说明的是，由于网格单元的边长是按最小冠幅设计的，因此会存在有些冠幅较大的树木在反射时，该树木的半径大于标记与发射的对称轴的距离，这种情况下就不需要复制该标记，因为在实际种植时，两颗树木的间距过近，会对树木的生长不利。如图8所示，图中的圆形表示植物所占的面积，由于植物的半径R大于植物距离对称轴L的距离D，因此，该植物所处的标记不进行复制。

当镶嵌单元进行反射时，反射对称轴上的标记不进行复制。可以理解的是，每一个标记在现实中代表了唯一的地点，而一个地点只能种植一棵树木，因此，在反射对称轴上的标记不进行复制。

在上述各实施例的基础上，对处于所述园林区域的所有标记进行筛选的步骤包括：

当共线的标记个数大于2个时，根据相邻两个共线的标记的间距，删除至少一个标记。

图9示出了一个由5个镶嵌单元构成的模数体系，如图可知，每一个镶嵌单元具有6个标记点，其中，三角形的顶点以及每条边的中点均设置标记，因此在通过上述方法获得模数体系时，可以观察到至少有3条共线的标记个数大于2个的情况，由设计人员删除若干个标记，以达到自然式种植的效果。

若两个标记的间距小于所述两个标记中任意一个标记所对应的待种植植物的半径，则删除所述两个标记中的任意一个标记。这样操作同样有利于植物的生长。

在上述各实施例的基础上，对处于所述园林区域的所有标记进行筛选的步骤还包括：

检测任意一个网格单元中园林区域与网格单元的面积比；

若所述面积比小于预设阈值，则将所述网格单元中的标记删除。

需要注意的是，如果一个网格单元中园林区域与网格单元的面积比小于预设阈值，例如预设阈值为0.5，那么说明该网格单元位于园林区域的边缘处，此时将该网格单元中的标记删除，减少在园林区域边缘种植植物，更符合自然式种植的规范。

本发明还提供一种自然式园林景观的设计系统，参见图10，该系统用于在前述各实施例中设计自然式园林景观。因此，在前述各实施例中的自然式园林景观的设计方法中的描述和定义，可以用于本发明实施例中各个执行模块的理解。

如图10所示，一种自然式园林景观的设计系统，包括：

网格绘制模块1001，用于根据地图中园林区域的轮廓，在所述地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域，所述网格区域由复数个方形的网格单元组成，每个网格单元的边框长度为待种植植物的最小冠幅；

平面镶嵌模块1002，用于选定一种多边形作为镶嵌单元，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域；

种植地点获得模块1003，用于对处于所述园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点。

本发明还提供一种自然式园林景观的设计设备，参见图11，包括：处理器1101、存储器1102和总线1103；

其中，

处理器1101、存储器1102通过总线1103完成相互间的通信；

所述处理器1101用于调用所述存储器1102中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：

根据地图中园林区域的轮廓，在所述地图上获得覆盖该园林区域且具有最小面积的网格区域，所述网格区域由复数个方形的网格单元组成，每个网格单元的边框长度为待种植植物的最小冠幅；

选定一种多边形作为镶嵌单元，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域；

对处于所述园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自然式园林景观的设计方法，其特征在于，包括：

S2、选定一种多边形作为镶嵌单元，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域；所述多边形为直角三角形，所述直角三角形的长边与短边比为2:1，且所述短边的长度与所述网格单元的边框长度一致；

S3、对处于所述园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点；

步骤S2中所述在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记的步骤进一步包括：

当镶嵌单元的一个顶点处的标记位设置标记时，其他两个顶点处的标记位至多设置一个标记；

步骤S3中所述对处于所述园林区域的所有标记进行筛选的步骤包括：

2.如权利要求1所述的自然式园林景观的设计方法，其特征在于，所述将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域的步骤包括：

3.如权利要求2所述的自然式园林景观的设计方法，其特征在于，所述通过平移、反射、滑移反射和/或旋转的方式，将所述镶嵌单元平面镶嵌所述园林区域的步骤包括：

当镶嵌单元进行反射时，反射对称轴上的标记不进行复制。

4.如权利要求3所述的自然式园林景观的设计方法，其特征在于，所述步骤S3中对处于所述园林区域的所有标记进行筛选的步骤还包括：

检测任意一个网格单元中园林区域与网格单元的面积比；

5.一种自然式园林景观的设计系统，其特征在于，包括：

平面镶嵌模块，用于选定一种多边形作为镶嵌单元，在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记，随机选择一个网格单元的顶点作为基点，将所述镶嵌单元沿所述基点进行平面镶嵌，以覆盖所述园林区域；所述多边形为直角三角形，所述直角三角形的长边与短边比为2:1，且所述短边的长度与所述网格单元的边框长度一致；所述在所述镶嵌单元上设置至少一个用于表示待种植植物的标记之后还包括：在镶嵌单元的顶点、斜边中点、长边中点以及斜边的垂足点处设置标记位，任意一个标记位至多设置一个标记；其中，当存在多个标记共线时，共线的标记的个数有且仅有两个；当镶嵌单元的一个顶点处的标记位设置标记时，其他两个顶点处的标记位至多设置一个标记；

种植地点获得模块，用于对处于所述园林区域的所有标记进行筛选，根据筛选后的标记所在地图上的坐标，获得待种植植物的种植地点；所述对处于所述园林区域的所有标记进行筛选还包括：当共线的标记个数大于2个时，根据相邻两个共线的标记的间距，删除至少一个标记；以及，若两个标记的间距小于所述两个标记中任意一个标记所对应的待种植植物的半径，则删除所述两个标记中的任意一个标记。

6.一种自然式园林景观的设计设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1-4任一所述的方法。

7.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至4任一所述的方法。