基于点云数据的火龙果三维交互系统的设计与开发

为虚拟植物形态结构模型的构建及建立植物形态结构与生长机理的关系提供关键技术和基础框架。基于点云数据和3DS MAX 2012器官精确三维形态建模方法,构建不同生育期火龙果地上部三维形态模型,最终实现火龙果三维交互系统的设计与开发。该系统对于构建其他作物器官的三维模型具有指导意义。     

植物三维建模研究现状

植物三维建模是农学、地学、生物学、植物学、生态学等领域的研究热点之一.近年来,伴随计算机图形学、数学、计算机软硬件技术和测量技术的快速发展,虚拟植物三维建模和真实植物三维建模技术得到快速发展.本研究回顾了基于L-系统的虚拟植物三维建模研究现状,并总结了该方法存在的问题;综述了基于激光雷达新技术的两类真实植物三维建模方法,介绍了国内外的新方法,总结了该领域今后的两点重要研究内容.     

基于点云数据的植物叶片三维重建

叶片是植物最重要的器官之一,为构建植物叶片的高精度几何模型,提出了一种基于三维点云数据的植物叶片几何建模方法。针对植物叶片形态特征,选定最适三维扫描仪进行叶片点云数据获取,通过点云的配准、简化及去噪等操作得到高质量叶片点云数据,在此基础上进行叶片网格生成与网格优化,最终得到高精度植物叶片网格模型。利用该方法分别对黄瓜、玉米和两个品种的葡萄叶片进行几何建模,结果表明,所构建的叶片模型能够较好地保持叶片形态特征,且较以前的方法在精确度和真实感方面有了较大的提高。该研究对于推动数字植物几何建模及进一步基于几何模型的可视化计算具有重要意义。     

植物三维可视化研究进展

植物三维建模及其可视化系统基于植物的生理生态特性和形态特征进行研究,对于植物生长过程研究和自然景观再现均有重要意义。从基于模型的三维建模、基于图像的三维建模和基于扫描数据集的三维建模三个方面阐述了植物的三维建模研究进展,介绍了几何模型以及多个植物可视化系统软件的研究成果,总结了植物三维建模方式及其可视化系统存在的优势与不足,尤其是植物生理生态模型与形态模型可视化的耦合研究还有待完善,并对植物三维建模方式及其可视化系统的趋势进行了展望。     

基于子结构的稻穗L系统模型模拟研究

由于稻穗形态结构较为复杂,为了降低其模型复杂度,快速实现稻穗形态结构模拟,提出了一种基于子结构算法的交互式L-系统稻穗建模方法。通过对稻穗形态结构分析,在建立稻穗小穗、枝梗、穗轴几何结构模型的基础上,利用子结构算法对模型中的相似结构进行优化,并结合L-系统建模机制构建交互式L-系统稻穗模型,实现了对稻穗几何形态结构的模拟。仿真结果表明,该方法能较为快速、真实地模拟稻穗形态,对其他作物的建模具有较好的参考价值。     

作物生长实现数字化分析

本项目研究人员经努力实现了玉米、水稻实株型结构数字化设计，为超高产育种、资源高效利用提供了先进的高新技术研究手段。提出了一种植物拓扑结构建模方法和基于结构一功能模型的虚拟植物生长的体系架构，建立了基于数字化技术的植物形态结构信息采集系统与植物器官形态描述模型，对玉米、水稻等主要农作物形态进行了三维数字化测定，构建了器官形态描述模型与参数库，实现了叶片生长过程中的3维空间取向规律与冠层空间光分布的3维模拟的定量分析，并基于双尺度自动机和马尔可夫过程原理，构建了根系生长的模拟模型。     

基于OpenGL的交互式三维树木建模与可视化研究

通过讨论树体枝干几何建模的理论和方法,重点围绕树木交互式建模技术和三维可视化实现进行了研究探讨。实现过程主要分为3步:首先,对真实树木枝干的几何形态结构进行分析,利用分析结果构建枝干模型生成方法,用六边形棱柱近似模拟树干和枝段,再用六边形棱台作为枝段元经过连续偏转、连接的方法模拟枝干弯曲的形态。其次,基于枝干生成方法,利用分形迭代思想实现整株树体的建模。为提高仿真度,通过加入干扰因子使最终生成的树体枝干模型不过于规则。最后,为实现模型的可视化,选用OpenGL图形技术和Visual C++作为模型可视化工具和开发工具,通过对所建立的模型进行数学描述以及场景渲染和特征参数提取,建立一个支持交互的三维树木建模系统。     

基于三维点云的玉米果穗几何建模

果穗是玉米产量的构成器官,为构建高精度玉米果穗几何模型,提出了一种基于三维点云数据的玉米果穗几何建模方法。针对玉米果穗形态结构特征,选取Artec Spider三维扫描仪搭建玉米果穗点云数据快速获取系统并获取果穗点云,然后通过点云配准、重采样和孔洞修补操作得到高质量果穗三维点云,最后基于Voronoi图的网格重建方法重构果穗网格模型。结果表明,所重建的玉米果穗具有较高的真实感,且与基于计算机视觉算法相比精度大幅提高。基于三维点云的玉米果穗几何建模对于玉米果穗的种质资源保存、基于三维数据的果穗考种、玉米器官三维模板资源库构建等工作具有重要的推动作用。     

基于L系统虚拟植物生长模型的研究

器官是植物形态构建的关键因子.本文从虚拟植物生长工作基本原理,并从基于L系统技术来虚拟植物的生长出发,针对植物形态结构的复杂,虚拟植物生长的各器官之间存在着很强的交互性和协调性,及目前虚拟植物模型构建方法可能带来的非结构化等问题,提出了利用L系统构建虚拟植物模型的技术,结合油菜生长的具体实际,虚拟植物的生长;最后对虚拟植物各个器官之间的关系和不同环境的适用性等方面进行了展望.     

基于Xfrog的树木建模及生长模拟

为探讨树木模型和生长动画的模拟,真实简单的模拟植物模型及其生长,对Xfrog植物模型生成软件进行研究。在客观分析树木建模及生长模拟难点的基础上,研究了Xfrog中表达树木拓扑结构的核心原理及其制作树木生长动画的基本方法;详细探讨了采用Xfrog进行树木建模和生长模拟的流程及其关键问题;并基于Xfrog实现了油松、侧柏、栓皮栎等多种北京山区的代表性树种的建模和生长模拟,取得了逼真的模拟效果。该法可用于树木几何模型及其生长动画的快速制作,并对研究树木模型表达和生长模拟具有借鉴意义。     

基于3DS MAX脚本的树木生成软件的实现

使用计算机作为工具来模拟植物生长及其形态的方法，是随着计算机技术的发展而不断进步的。该软件建立在3DS MAX脚本语言基础上，实现了树的创建，这是实现森林虚拟环境的基础。树的整体创建采用了空间L系统方法。利用了3DS MAX中很重要的创建对象工-MESH，并实现摄像机场景动画。     

基于林氏系统语言的树木枝条分形特征模拟1

基于树木分枝的分形特征,在简要介绍林氏系统语言基本概念和海龟解释基础上,应用L-studio软件编写林氏系统语言程序对不同枝条的分枝类型进行生长模拟,并通过引入随机性因子使得应用林氏系统生成的树木分枝图形更加丰富多彩和形象逼真。林氏系统可对树木枝条仿真和树冠动态生长可视化模拟提供参考。     

植物根系生长的三维可视化模拟

利用模拟植物形态结构的L系统理论结合计算机图形学方法建立了模拟植物根系生长的三维可视化模拟系统。并利用随机参数L系统方法对豆科作物根系的生长过程进行了模拟。     

基于自由曲面和L–system的红掌生长模型

针对红掌花卉生长可视化中参数难以确定的问题进行研究,提出推导控制点的方法,建立红掌器官模型：采用Bezier曲线结合扫描成型的方法来构造叶柄模型,采用双三次NURBS曲线对佛焰苞进行建模;运用红掌的相关表型数据拟合生长函数,提出基于红掌生长规律的微分L–system,可有效模拟红掌的拓扑结构和生长过程;通过虚拟器官表示红掌器官的几何属性,降低微分L–system的复杂度。试验验证提出的方法对红掌各项生长指标拟合度可达0.89以上,并可对每个生长阶段的红掌进行模拟,能有效地对红掌的生长过程进行建模。     

Research on the modeling method of soybean leaf’s structure simulation

Leaf is one of the most important organs of soybean.The modeling of soybean leaf structure is useful to research of leaf function.The paper discussed it from two aspects that were distilling method of leaf profile and establishing method of leaf simulation model.It put forward basic method of soybean leaf digital process,and successfully established simulation model of soybean leaf structure based on L-system.It also solved a critical problem in the process of establishing soybean growth simulation model.And the research had guiding significance to establishment of soybean plant model.     

Research on the modeling method of soybean leaf＇s structure simulation

Leaf is one of the most important organs of soybean. The modeling of soybean leaf structure is useful to research of leaf function. The paper discussed it from two aspects that were distilling method of leaf profile and establishing method of leaf simulation model. It put forward basic method of soybean leaf digital process, and successfully established simulation model of soybean leaf structure based on L-system. It also solved a critical problem in the process of establishing soybean growth simulation model. And the research had guiding significance to establishment of soybean plant model.     

基于几何特征枝干点云骨架提取最短路径算法

树木建模广泛应用于林业信息化等领域，点云各项优良特性使其也称为树木建模主要方法。基于几何特征的树木枝干点云骨架提取中以根节点距离相似归类的方法在枝条分叉处更加合理，而该方法的实际应用受制于传统使用的最短路径求解算法的Dijkstra算法因而较少。主要针对树木枝干点云，将现有若干最短路径算法进行相应的改进以应用于基于几何特征的树木枝干点云骨架提取中。通过实际数据验证可知，利用邻接表能够大幅度降低内存需求，相较于以往采用的Dijkstra算法，SPFA的执行速度是理想的，更加快速，能够对精细化点云树木建模提供帮助。     

基于参数L-系统的温室番茄植株的三维重建

研究利用参数L-系统对温室番茄植株的生长过程进行快速高效的三维可视化仿真的方法。首先根据番茄植株的生长特点从图像中提取植株骨架,分析其拓扑结构,总结出番茄植株生长的参数L-系统公式集,然后利用图像与计算机图形学相结合的方法,对公式集进行图形符号解释,模拟再现番茄植株的生长过程。为了保证真实性,重建的虚拟番茄植株的茎干骨架利用来自Kinect数字化结果的真实番茄植株的茎干样本进行绘制;叶片采用了基于图像与图形相结合的方法重建,花和果实用纯图形学方法进行模拟。在VC++平台上,结合OpenGL图形库实现了可视化仿真过程。研究中所提出的方法能够较好地模拟温室番茄植株动态生长的过程,同时具备快速性与真实性。