專利名稱：基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物形態(tài)結(jié)構(gòu)建模領(lǐng)域，尤其涉及基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
植物的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)一直是生物學(xué)、農(nóng)學(xué)等領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使植物三維形態(tài)結(jié)構(gòu)虛擬建模成為可能。特別是近年來，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在植物建模領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，數(shù)字植物三維形態(tài)建模與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。植物三維形態(tài)結(jié)構(gòu)建模是數(shù)字植物研究面臨的首要問題，交互式建模方法通過定義一系列的形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)并通過對參數(shù)的編輯實(shí)現(xiàn)植物模型的構(gòu)建與實(shí)時交互控制，所以三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字植物形態(tài)結(jié)構(gòu)建模的重要技術(shù)手段之一。而面向科學(xué)研究、高校教學(xué)、品種推廣、技術(shù)培訓(xùn)、虛擬仿真不同應(yīng)用領(lǐng)域，對植物三維形態(tài)交互式設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)生不同的需求。國內(nèi)外在植物交互式設(shè)計(jì)方面開展了一些工作，如《植物三維形態(tài)數(shù)字化設(shè)計(jì)評價指標(biāo)體系探討》一文和《農(nóng)林植物生長系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)與仿真》一書中介紹了一些國內(nèi)外植物三維形態(tài)設(shè)計(jì)方法與軟件系統(tǒng)，其中包含L-系統(tǒng)、基于參數(shù)化的植株交互式設(shè)計(jì)方法、基于交互式骨架模型的交互式設(shè)計(jì)方法等。1. L-系統(tǒng)L-系統(tǒng)為在一定規(guī)則的基礎(chǔ)上生成的植株骨架模型，該方法生成作物植株有明顯的規(guī)律性，真實(shí)感不高。2.基于參數(shù)化的植株交互式設(shè)計(jì)方法基于參數(shù)化的植株交互式設(shè)計(jì)方法對植株的主要形態(tài)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而得到真實(shí)感較高的植株骨架模型。3.基于交互式骨架模型的交互式設(shè)計(jì)方法基于交互式骨架模型的交互式設(shè)計(jì)方法更是直接通過人工對植株骨架進(jìn)行交互，得到任意形態(tài)的植株骨架。以上三種方法都是先生成植物的植株骨架，再進(jìn)一步在此基礎(chǔ)上生成器官表面的網(wǎng)格模型，而如此生成的網(wǎng)格模型容易受骨架的約束，無法反映出植物表面的細(xì)節(jié)特征，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的植株三維模型真實(shí)感仍有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對上述缺陷，如何保證植株三維模型的真實(shí)感的同時，快速便捷地進(jìn)行植物三維模型的交互式設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)出的植物表面的網(wǎng)格模型能夠反映出更多的細(xì)節(jié)特征。(二)技術(shù)方案
為解決上述問題，本發(fā)明提供了基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法，所述方法具體包括A :對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板；B:選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型；C :對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到所述作物的植株幾何模型。優(yōu)選地,所述步驟A具體包括Al :對所述作物的植株以節(jié)為單位獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；A2:對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到所述作物的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；A3 :根據(jù)得到的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板；A4:對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。優(yōu)選地，所述步驟A4中的對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理包括對所述作物的節(jié)間模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，具體為將各個節(jié)間模板標(biāo)準(zhǔn)化為類似圓柱體，所述節(jié)間的下表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為所述節(jié)間模板的起始生長點(diǎn)，所述節(jié)間的上表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為所述節(jié)間模板的終止生長點(diǎn)。優(yōu)選地,所述步驟B具體包括B1:選擇所述作物各個器官的標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板；B2 :對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行參數(shù)化處理，得到所述參數(shù)化器官網(wǎng)絡(luò)模板；B3 :按順序?qū)⑺鰠?shù)化器官網(wǎng)絡(luò)模板進(jìn)行組裝得到所述植株模型。優(yōu)選地，所述步驟C中的對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合具體包括Cl :對所述植株模型各個器官的每個組裝點(diǎn)給定閾值，并對所有距離所述組裝點(diǎn)小于所述閾值的點(diǎn)進(jìn)行重采樣；C2 :對重采樣后的點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合。為解決上述問題，本發(fā)明還提供了基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具體包括器官網(wǎng)格模板單元、網(wǎng)格模板組裝單元和網(wǎng)格融合單元；所述器官網(wǎng)格模板單元，對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板；所述網(wǎng)格模板組裝單元，選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型；所述網(wǎng)格融合單元，對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到所述作物的植株幾何模型。優(yōu)選地，所述器官網(wǎng)格模板單元具體包括三維點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取單元、三維點(diǎn)數(shù)據(jù)處理單元、器官網(wǎng)格模板生成單元和器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化單元；所述三維點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取單元，對所述作物的植株以節(jié)為單位獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
所述三維點(diǎn)數(shù)據(jù)處理單元，對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到所述作物的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；所述器官網(wǎng)格模板生成單元，根據(jù)得到的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板；所述器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化單元，對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。優(yōu)選地,所述網(wǎng)格模板組裝單元具體包括排序單元、參數(shù)化單元和組裝操作單元;所述排序單元，選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序；所述參數(shù)化單元，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板；所述組裝操作單元，按順序?qū)⑺鰠?shù)化器官網(wǎng)格模板進(jìn)行組裝得到植株模型。優(yōu)選地，所述網(wǎng)格融合單元具體包括重采樣單元和網(wǎng)格化單元所述重采樣單元，對各個器官的每個組裝點(diǎn)給定閾值，并在所有距離所述組裝點(diǎn)小于所述閾值的點(diǎn)進(jìn)行重采樣；所述網(wǎng)格化單元，對重采樣后的進(jìn)行網(wǎng)格化。(三)有益效果本發(fā)明提出了基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，通過對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板；對選定的器官網(wǎng)格模板按所述植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型；對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到所述作物的植株幾何模型，為以節(jié)為單位生長的作物三維模型的生成提供一種快速方便的設(shè)計(jì)手段，而且設(shè)計(jì)出的作物三維模型與實(shí)際作物具有一致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時仍具有較高的細(xì)節(jié)特征。


圖1為基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法的步驟流程圖；圖2為基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法中步驟A的步驟流程圖；圖3為基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法中步驟B的步驟流程圖；圖4為基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法中步驟C的步驟流程圖；圖5為基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例一實(shí)施例一中提供了基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法，步驟流程如圖1所示。以節(jié)為單位進(jìn)行生長的作物就是作物的莖桿呈現(xiàn)明顯的分段結(jié)構(gòu)，而每個分段結(jié)構(gòu)即為作物的節(jié)。這種以節(jié)為單位進(jìn)行生長的作物包括玉米、甘蔗、小麥等，本實(shí)施例中以玉米舉例說明。每段節(jié)就是一個設(shè)計(jì)單元，稱為節(jié)單位，如玉米的一段莖桿就是一個節(jié)單位?；诠?jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法具體包括以下步驟步驟A :對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。具體的，步驟A的步驟流程圖如圖2所示，具體包括以下步驟步驟Al :對作物的植株以節(jié)為單位獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。用三維掃描儀對預(yù)設(shè)計(jì)的玉米植株進(jìn)行掃描，對玉米的主要器官的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。玉米的主要器官(地上部分)包括節(jié)間、葉片(含葉鞘)、雌穗和雄穗。采用三維激光掃描技術(shù)可以直接得到真實(shí)物體表面的空間采集點(diǎn)，即點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)就可以重構(gòu)三維物體表面，這種建模方法采用非接觸測量，速度快，精度高，真實(shí)感強(qiáng)，且不受表面復(fù)雜度影響。步驟A2 :對步驟Al得到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到作物的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。將玉米的各個器官以節(jié)為單位清晰地進(jìn)行器官分割，分割出節(jié)間、葉片、雌穗和雄穗。步驟A3:根據(jù)得到的各個器官(節(jié)間、葉片、雌穗和雄穗)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別生成作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，包括節(jié)間網(wǎng)格模板、葉片網(wǎng)格模板、雌穗網(wǎng)格模板和雄穗網(wǎng)格模板。而對于玉米的雄穗器官直接采用直接三維掃描建模的方法較難，可以采用基于參數(shù)化的器官建模方法構(gòu)建雄穗網(wǎng)格模板。根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成網(wǎng)格模板的方法有很多，如泊松表面重建(Poisson surfacereconstruction)、從面向點(diǎn)集的實(shí)體模型的重建(Reconstruction of solid models fromoriented point sets)。泊松表面重建(Poisson surface reconstruction)就是根據(jù)定向點(diǎn)云生成三角網(wǎng)格，算法原理為點(diǎn)云的一致法向量近似等于示性函數(shù)在該點(diǎn)的梯度，運(yùn)用散度操作符可以轉(zhuǎn)化為求解一個泊松(Poisson)方程，最后用三維數(shù)據(jù)場等值面生成的經(jīng)典算法一Marching cubes抽取等值面。從面向點(diǎn)集的實(shí)體模型的重建(Reconstruction of solid models fromoriented point sets)就是根據(jù)定向點(diǎn)云生成三角網(wǎng)格，即運(yùn)用Stokes定理計(jì)算固體模型的特征函數(shù)，具體為計(jì)算特征函數(shù)的傅里葉(Fourier )系數(shù)，然后通過逆傅里葉變換得到特征函數(shù)，最后抽取等值面。上述兩種方法均能實(shí)現(xiàn)根據(jù)玉米器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成玉米器官的網(wǎng)格模板。步驟A4 :對器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。將玉米各個器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化，并為各個器官模板指定起始生長點(diǎn)Ps與終止生長點(diǎn)PQ，各個器官模板的起始生長點(diǎn)Ps都設(shè)置為x-y-z坐標(biāo)系的原點(diǎn)(0，O, 0)，各個器官模板起始生長點(diǎn)與終止生長點(diǎn)的具體設(shè)置如下1.節(jié)間模板(即一段玉米莖桿)各個節(jié)間模板，將各個節(jié)間模板標(biāo)準(zhǔn)化為類似圓柱體(因?yàn)橛衩坠?jié)間的截面并不全部都是很規(guī)則的圓形)，節(jié)間的下表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為節(jié)間模板的起始生長點(diǎn)Ps，節(jié)間的上表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為節(jié)間模板的終止生長點(diǎn)Pq ；2.葉片模板(包含葉鞘在內(nèi))各葉片模板保持其在植株上的葉傾角，起始生長點(diǎn)Ps為葉鞘最低中心點(diǎn)，終止生長點(diǎn)Pq為葉尖點(diǎn)，且終止生長點(diǎn)Pq在水平方向旋轉(zhuǎn)至X軸上，即其I坐標(biāo)為O ;
3.雄穗模板雄穗模板豎直向上，其起始生長點(diǎn)匕為下表面中心點(diǎn)，終止生長點(diǎn)Pq為雄糖最聞點(diǎn)；4.雌穗模板雌穗模板豎直向上，其起始生長點(diǎn)Ps為穗根部點(diǎn)，終止生長點(diǎn)Pq為雌糖最聞點(diǎn)。上述I一4中的豎直向上是指在空間直角右手坐標(biāo)系中的z軸正向。步驟B:選定標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型。具體的，步驟B的步驟流程圖如圖3所示，具體包括以下步驟步驟B1:選擇作物各個器官的標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。針對預(yù)設(shè)計(jì)的玉米植株，其包括雌穗、雄穗、多個節(jié)間和與其相對應(yīng)的葉片。選擇各個標(biāo)準(zhǔn)化器官模板，并為每個已選擇的節(jié)間編號應(yīng)的葉片模板編排單位序號ileaf，0<istem<N,0<ileaf < N，N為預(yù)設(shè)計(jì)的玉米植株的節(jié)間總數(shù)。步驟B2 :對器官網(wǎng)格模板進(jìn)行參數(shù)化處理，得到參數(shù)化器官網(wǎng)絡(luò)模板，對預(yù)設(shè)計(jì)的玉米植株的各個器官網(wǎng)格模板進(jìn)行參數(shù)化操作，各模板具體參數(shù)化方法如下(各個器官經(jīng)過參數(shù)化操作后，其起始生長點(diǎn)Ps仍位于原點(diǎn))1.節(jié)間網(wǎng)格模板按照指定的旋轉(zhuǎn)、縮放系數(shù)進(jìn)行對應(yīng)變換。由于進(jìn)行之前的操作可能會使各個節(jié)間網(wǎng)格模板沒有按照原始的方向?qū)?yīng)，因此需要對節(jié)間網(wǎng)格模板在水平方向上進(jìn)行指定角度的旋轉(zhuǎn)；各個節(jié)間網(wǎng)格模板的大小可能也不一致，因此要將其按照指定的縮放系數(shù)進(jìn)行縮小或放大。以下2— 4中的旋轉(zhuǎn)和縮放的變換同理。2.葉片網(wǎng)格模板首先按照指定的縮放系數(shù)進(jìn)行縮放，然后按照制定的方位角水平旋轉(zhuǎn)至對應(yīng)位置；3.雄穗網(wǎng)格模板按照指定的旋轉(zhuǎn)、縮放系數(shù)進(jìn)行對應(yīng)變換；4.雌穗網(wǎng)格模板按照指定的縮放系數(shù)進(jìn)行縮放，并為每個雌穗模板指定所生長葉片，并將雌穗模板按對應(yīng)葉片的對應(yīng)方位角進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)。步驟B3 :按順序?qū)?shù)化器官網(wǎng)絡(luò)模板進(jìn)行組裝得到植株模型，就是將上述步驟構(gòu)造好的各個參數(shù)化器官網(wǎng)絡(luò)模板按照如下順序與方法進(jìn)行器官的組裝(平移操作)1.節(jié)間網(wǎng)格模板首先進(jìn)行節(jié)間網(wǎng)格模板的組裝，節(jié)間網(wǎng)格模板按照節(jié)間的編號進(jìn)行升序操作，即第Ostem的起始生長點(diǎn)置于原點(diǎn)，i+lstem的起始生長點(diǎn)Ps與istem的終止生長點(diǎn)Pq重合，直至所有節(jié)間全部組裝完成；2.葉片網(wǎng)格模板葉片網(wǎng)格模板按照葉片編號也進(jìn)行升序操作，ilMf的起始生長點(diǎn)Ps與istem的起始生長點(diǎn)Ps重合，并且和編號相同的節(jié)間網(wǎng)格模板相對應(yīng)；3.雄穗網(wǎng)格模板雄穗的起始生長點(diǎn)Ps與最后一個節(jié)間模板的終止生長點(diǎn)Pq重合；4.雌穗網(wǎng)格模板每個雌穗模板的起始生長點(diǎn)Ps與其預(yù)先指定的所在生長葉片的起始生長點(diǎn)Ps重合。步驟C :對植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到作物的植株幾何模型。具體的，步驟C的步驟流程圖如圖4所示，具體包括以下步驟
步驟Cl :對植株模型各個器官的每個組裝點(diǎn)給定閾值，并對所有距離組裝點(diǎn)小于閾值的點(diǎn)進(jìn)行重采樣。假設(shè)對第2個節(jié)間和第3個節(jié)間的組裝點(diǎn)P (組裝點(diǎn)就是兩個器官的指定重合點(diǎn)的位置)，并給定組裝點(diǎn)P的閾值S，對所有距離組裝點(diǎn)P小于閾值s的點(diǎn)進(jìn)行重采樣。步驟C2 :采用三角網(wǎng)格融合方法對重采樣后的點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合。網(wǎng)格融合的方法還有很多，本實(shí)施例只以三角網(wǎng)格融合方法進(jìn)行說明，網(wǎng)格融合的目的就是使網(wǎng)格模型銜接更加自然。最后得到了預(yù)設(shè)計(jì)玉米植株的幾何模型。通過使用上述方法，采用器官的組裝思想實(shí)現(xiàn)植株的交互式設(shè)計(jì)，為以節(jié)為單位生長的作物三維模型的生成提供一種快速方便的設(shè)計(jì)手段，而且設(shè)計(jì)出的作物三維模型與實(shí)際作物具有一致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時仍具有較高的細(xì)節(jié)特征，提高真實(shí)感。實(shí)施例二為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例二中還提供了基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其組成示意圖如圖5所示，系統(tǒng)具體包括器官網(wǎng)格模板單元510、網(wǎng)格模板組裝單元520和網(wǎng)格融合單元530。器官網(wǎng)格模板單元510，對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。器官網(wǎng)格模板單元具體包括三維點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取單元511、三維點(diǎn)數(shù)據(jù)處理單元512、器官網(wǎng)格模板生成單元513和器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化單元514 ；三維點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取單元511，對作物的植株以節(jié)為單位獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；三維點(diǎn)數(shù)據(jù)處理單元512，對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到作物的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。器官網(wǎng)格模板生成單元513，根據(jù)得到的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成作物各個器官的器官網(wǎng)格模板。器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化單元514，對器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。將作物的各個節(jié)間模板標(biāo)準(zhǔn)化為類似圓柱體，節(jié)間的下表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為節(jié)間模板的起始生長點(diǎn)，節(jié)間的上表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為節(jié)間模板的終止生長點(diǎn)。網(wǎng)格模板組裝單元520，選定標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型。網(wǎng)格模板組裝單元520具體包括排序單元521、參數(shù)化單元522和組裝操作單元523。排序單元521，選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序。參數(shù)化單元522，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板。組裝操作單元523，按順序?qū)?shù)化器官網(wǎng)格模板進(jìn)行組裝得到植株模型。網(wǎng)格融合單元530，對植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到作物的植株幾何模型。網(wǎng)格融合單元530具體包括重采樣單元531和網(wǎng)格化單元532。重采樣單元531，對各個器官的每個組裝點(diǎn)給定閾值，并在所有距離組裝點(diǎn)小于閾值的點(diǎn)進(jìn)行重采樣。網(wǎng)格化單元532，對重采樣后的進(jìn)行網(wǎng)格化。通過使用上述系統(tǒng)，采用器官的組裝思想實(shí)現(xiàn)植株的交互式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的作物三維模型與實(shí)際作物具有一致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時仍具有較高的細(xì)節(jié)特征，提高真實(shí)感。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法具體包括: A:對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板； B:選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型； C:對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到所述作物的植株幾何模型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體包括: Al:對所述作物的植株以節(jié)為單位獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； A2:對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到所述作物的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； A3:根據(jù)得到的各個器官的 點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板； A4:對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟A4中的對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理包括對所述作物的節(jié)間模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，具體為: 將各個節(jié)間模板標(biāo)準(zhǔn)化為類似圓柱體，所述節(jié)間的下表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為所述節(jié)間模板的起始生長點(diǎn)，所述節(jié)間的上表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為所述節(jié)間模板的終止生長點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: B1:選擇所述作物各個器官的標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板； B2:對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行參數(shù)化處理，得到所述參數(shù)化器官網(wǎng)格模板； B3:按順序?qū)⑺鰠?shù)化器官網(wǎng)格模板進(jìn)行組裝得到所述植株模型。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中的對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合具體包括: Cl:對所述植株模型各個器官的每個組裝點(diǎn)給定閾值，并對所有距離所述組裝點(diǎn)小于所述閾值的點(diǎn)進(jìn)行重采樣； C2:對重采樣后的點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合。
6.基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)具體包括:器官網(wǎng)格模板單元、網(wǎng)格模板組裝單元和網(wǎng)格融合單元； 所述器官網(wǎng)格模板單元，對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板； 所述網(wǎng)格模板組裝單元，選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型； 所述網(wǎng)格融合單元，對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到所述作物的植株幾何模型。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述器官網(wǎng)格模板單元具體包括:三維點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取單元、三維點(diǎn)數(shù)據(jù)處理單元、器官網(wǎng)格模板生成單元和器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化單元； 所述三維點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取單元，對所述作物的植株以節(jié)為單位獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 所述三維點(diǎn)數(shù)據(jù)處理單元，對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到所述作物的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；所述器官網(wǎng)格模板生成單元，根據(jù)得到的各個器官的點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板；所述器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化單元，對所述器官網(wǎng)格模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述器官網(wǎng)格模板標(biāo)準(zhǔn)化單元進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的過程包括:將各個節(jié)間模板標(biāo)準(zhǔn)化為類似圓柱體，所述節(jié)間的下表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為所述節(jié)間模板的起始生長點(diǎn)，所述節(jié)間的上表面中心點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化為所述節(jié)間模板的終止生長點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)格模板組裝單元具體包括:排序單元、參數(shù)化單元和組裝操作單元；所述排序單元，選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板并進(jìn)行排序；所述參數(shù)化單元，將各器官模板按植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板；所述組裝操作單元，按順序?qū)⑺鰠?shù)化器官網(wǎng)格模板進(jìn)行組裝得到植株模型。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)格融合單元具體包括:重采樣單元和網(wǎng)格化單元所述重采樣單元，對各個器官的每個組裝點(diǎn)給定閾值，并在所有距離所述組裝點(diǎn)小于所述閾值的點(diǎn)進(jìn)行重采樣；所述網(wǎng)格化單元，對 重采樣后的進(jìn)行網(wǎng)格化。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于節(jié)單位的作物交互式設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，通過對作物的植株以節(jié)為單位構(gòu)建所述作物各個器官的器官網(wǎng)格模板，并標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板；選定所述標(biāo)準(zhǔn)化器官網(wǎng)格模板的順序，對選定的器官網(wǎng)格模板按所述植株參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化得到參數(shù)化器官網(wǎng)格模板，再進(jìn)行組裝得到植株模型；對所述植株模型在各個器官的組裝點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格融合，得到所述作物的植株幾何模型，為以節(jié)為單位生長的作物三維模型的生成提供一種快速方便的設(shè)計(jì)手段，而且設(shè)計(jì)出的作物三維模型與實(shí)際作物具有一致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時仍具有較高的細(xì)節(jié)特征。
文檔編號G06T17/00GK103077554SQ20131000122
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者郭新宇, 溫維亮, 王傳宇, 肖伯祥, 雷艷 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心