[发明专利]植物叶片病斑渲染方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学、实时真实感绘制、植物行为仿真相结合的领域，具体涉及一种植物叶片病斑渲染方法。

背景技术

近几年，随着农业信息化技术的不断发展，三维动画逐渐成为农业知识科普和技术培训的一项重要手段。面向农业的三维动画，不仅需要具有逼真的视觉效果，同时还需正确地展现农业知识，因此，如何将三维视觉效果与农业知识进行缜密的结合就成为了一种亟待解决的问题。科普培训动画主要为农民展示农业生产中的基础知识、常见问题以及专业技术方法。其中，病虫害是农业生产中非常常见的一种生理现象，然而目前没有一种较好的方法可以真实地模拟病虫害的发生过程以及其影响下叶片表观的变化情况，所以描述病虫害条件下植物叶片表观变化成为农业领域亟需的应用。

经过多年的发展，叶片渲染方面的研究取得了一定的进展。Hanrahan等以一维光线传输为基础，构建了多层表面模型[1]来模拟叶片的次表面散射，该模型可以借助蒙特卡罗积分估算出叶片的BRDF以及BTDF，并首次将次表面散射引入了计算机图形学领域。Wang等提出了一种实时的叶片渲染算法[2]，该方法在LEAFMODEL模型的基础上推导出一个参数模型来计算叶片的BRDF以及BTDF，并通过采集真实叶片的空间BRDF及BTDF数据，对参数模型中的参数进行拟合，使其更符合真实叶片的表观；为了获得全局光照的效果，Wang等扩展了PRT算法，不仅能够模拟低频的环境光效果，同时也可以模拟在高频阳光下的光影效果，Wang的方法[2]在获得较真实效果的同时，在运行的效率上也达到了实时性。FRANZKE等将叶片抽象为半无穷平板结构，利用偶极子的方法计算叶片的BSSRDF，并且根据采集到的表观纹理，通过光线追踪算法对叶片的表观进行渲染[3]，得到了较真实的效果。Ralf Habel等利用多偶机子的方法，将叶片看作是薄板结构，首次将BSSRDF引入到叶片的透射模拟，同时为了达到实时的效果，引入了Half Life2基函数，并通过对图像卷积进行加速[4]。

目前的研究中（如文献[1～4]）有关叶片表观真实感绘制的研究大部分集中在正常状态下的表观质感建模，并且多为固定时刻的叶片表观模拟。但植物叶片的表观会在病虫害因素下产生显著的变化，在叶片表面会出现颜色的变化或者空洞，并且有些病菌还会在叶片表面积累形成霉层（如白粉病），同时整个过程是一个动态的过程，这些表观的特点都是现有方法难以模拟的。

以上提到的文献如下：

[1]Hanrahan P，Krueger W.Reflection from layered surfaces due to subsurface scattering:Proceedings of the20th annual conference on Computer graphics and interactive techniques,Anaheim,CA,1993[C].ACM.

[2]Wang L,WangW，Dorsey J,et al.Real-time rendering of plant leaves:SIGGRAPH'06,New York,NY，USA,2006[C].ACM.

[3]Franzke O,Deussen O.Rendering plant leaves faithfully:SIGGRAPH'03,New York,NY，USA,2003[C].ACM.

[4]Habel R,Kusternig A,Wimmer M.Physically Based Real-Time Translucency for Leaves.Kautz J,Pattanaik S.Eurographics Association,2007253-263.

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不能模拟病虫害条件下叶片表观的缺点，实现植物叶片病斑渲染，对病菌扩散过程中叶片的表观变化进行真实的模拟。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种植物叶片病斑渲染方法，包括以下步骤：

S1、生成细胞纹理，根据所生成的细胞纹理模拟植物叶片表面的病斑动态空间信息，所述病斑动态空间信息包括三个方面的信息：病斑的分布、病斑的运动方式、病斑最终形成的形态；

S2、利用shell模型进行病菌扩散过程中叶片表观变化的模拟，从而实现病斑的渲染。

优选地，步骤S1中生成细胞纹理具体包括步骤：