專(zhuān)利名稱(chēng)：作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作物光合作用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)合成方法。
背景技術(shù)：
以可視化的方式描述大田間作物冠層內(nèi)的光環(huán)境變化為農(nóng)業(yè)研究者提供更為直觀的理解方式，作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)的實(shí)時(shí)合成對(duì)農(nóng)業(yè)科普動(dòng)漫作品的制作提供有益的技術(shù)支撐。作物冠層光分布模擬主要分為太陽(yáng)直射光模擬、天空散射光模擬以及冠層內(nèi)部多次反射散射的模擬三部分。從實(shí)際可視化的視覺(jué)效果上以及相關(guān)文獻(xiàn)分析，冠層內(nèi)部多次反射散射輻射可以忽略，因此，僅從太陽(yáng)直射光與天空散射光兩部分描述冠層光環(huán)境的變化即可。目前針對(duì)作物冠層光分布計(jì)算的研究較多，典型工作如專(zhuān)利《基于虛擬植物的冠層對(duì)光合有效輻射截獲能力分析方法》、專(zhuān)利《作物冠層散射光分布計(jì)算方法》即博士畢業(yè)論文《玉米冠層光合有效輻射三維空間分布模型的構(gòu)建與驗(yàn)證》等，這些研究為作物冠層的光分布提供了良好的模擬與分析方法。但目前尚未見(jiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)作物冠層光分布變化的動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)合成方法。目前尚未見(jiàn)專(zhuān)門(mén)從作物冠層光截獲角度進(jìn)行的動(dòng)畫(huà)合成模擬方法，從計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)角度模擬的作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)合成面臨著冠層內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，面元數(shù)量多，動(dòng)畫(huà)合成實(shí)時(shí)性較低的缺陷，且從計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)角度出發(fā)的動(dòng)畫(huà)模擬往往僅追求視覺(jué)效果，其往往無(wú)法反映出冠層內(nèi)準(zhǔn)確地光環(huán)境變化情況。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何提供一種作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)方法，使其能準(zhǔn)確反映作物冠層內(nèi)光環(huán)境的變化情況。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)合成方法，其特征是，該方法包括以下步驟:S1:采集作物冠層形態(tài)數(shù)據(jù)并建立作物冠層幾何模型；S2:計(jì)算所述作物冠層幾何模型的面元的天空可見(jiàn)率；S3:在步驟S2的基礎(chǔ)上計(jì)算所述面元的光強(qiáng)；S4:通過(guò)所述面元的光強(qiáng)計(jì)算設(shè)定時(shí)刻所述作物冠層關(guān)鍵幀上面元的顏色，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物冠層光環(huán)境的動(dòng)畫(huà)效果。所述步驟S3具體為:S31:計(jì)算設(shè)定時(shí)刻作物冠層外部的直射光和作物冠層外部的散射光；
S32:通過(guò)所述作物冠層外部的直射光計(jì)算冠層內(nèi)面元上的直射光；S33:通過(guò)所述作物冠層外部的散射光和面元的天空可見(jiàn)率計(jì)算冠層內(nèi)面元上的散射光；S34:通過(guò)所述面元上的直射光和面元上的散射光得到面元的光強(qiáng)。所述作物冠層外部的直射光的計(jì)算公式為:
權(quán)利要求
1.作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)合成方法，其特征是，該方法包括以下步驟: S1:采集作物冠層形態(tài)數(shù)據(jù)并建立作物冠層幾何模型； 52:計(jì)算所述作物冠層幾何模型的面元的天空可見(jiàn)率； 53:在步驟S2的基礎(chǔ)上計(jì)算所述面元的光強(qiáng)； 54:通過(guò)所述面元的光強(qiáng)計(jì)算設(shè)定時(shí)刻所述作物冠層關(guān)鍵幀上面元的顏色，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物冠層光環(huán)境的動(dòng)畫(huà)效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟S3具體為: 531:計(jì)算設(shè)定時(shí)刻作物冠層外部的直射光和作物冠層外部的散射光； 532:通過(guò)所述作物冠層 外部的直射光計(jì)算冠層內(nèi)面元上的直射光； 533:通過(guò)所述作物冠層外部的散射光和面元的天空可見(jiàn)率計(jì)算冠層內(nèi)面元上的散射光; 534:通過(guò)所述面元上的直射光和面元上的散射光得到面元的光強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所述作物冠層外部的直射光的計(jì)算公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述作物冠層外部的直射光的計(jì)算公式為: Rfifust'= R1(J-P) 其中: Rf1激為i時(shí)刻的作物冠層外部的散射光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述面元上的直射光的計(jì)算公式為: /f = Af cri X COS 6 ； 其中: /f為i時(shí)刻的第k個(gè)面元上的直射光； 為i時(shí)刻的第k個(gè)面元法向與直射光入射方向的夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述面元上的散射光的計(jì)算公式為:Ffk = Rffme X rk 其中: 人/為i時(shí)刻的第k個(gè)面元上的散射光； rk為第k個(gè)面元上的天空可見(jiàn)率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述面元的光強(qiáng)的計(jì)算公式為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述實(shí)現(xiàn)作物冠層光環(huán)境的動(dòng)畫(huà)效果具體為:通過(guò)顏色插值來(lái)實(shí)現(xiàn)作物冠層光環(huán)境動(dòng)畫(huà)效果。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了作物光合作用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及作物冠層光分布動(dòng)畫(huà)合成方法。本發(fā)明首先采集作物冠層數(shù)據(jù)并建立作物冠層幾何模型；然后計(jì)算了作物冠層幾何模型中面元的天空可見(jiàn)率；進(jìn)而計(jì)算了面元的光強(qiáng)；最后通過(guò)所述面元的光強(qiáng)計(jì)算設(shè)定時(shí)刻所述作物冠層關(guān)鍵幀中面元的顏色，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物冠層光環(huán)境的動(dòng)畫(huà)效果。本發(fā)明可以直接用于動(dòng)畫(huà)生成，準(zhǔn)確反映了作物冠層內(nèi)光環(huán)境的變化情況；實(shí)現(xiàn)了作物冠層內(nèi)光分布隨著外部光環(huán)境實(shí)時(shí)變化的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)效果，為農(nóng)業(yè)研究者進(jìn)一步對(duì)作物的研究工作提供便利。
文檔編號(hào)G06T13/00GK103106678SQ20131001989
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者溫維亮, 肖伯祥, 郭新宇, 陸聲鏈, 王冉 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心