[发明专利]基于节单位的作物交互式设计方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及植物形态结构建模领域，尤其涉及基于节单位的作物交互式设计方法和系统。

背景技术

植物的三维形态结构一直是生物学、农学等领域研究的重要内容，计算机技术的发展使植物三维形态结构虚拟建模成为可能。特别是近年来，随着计算机软硬件技术的迅速发展和虚拟现实技术在植物建模领域应用的不断深入，数字植物三维形态建模与计算机辅助设计成为国内外研究热点。植物三维形态结构建模是数字植物研究面临的首要问题，交互式建模方法通过定义一系列的形态结构参数并通过对参数的编辑实现植物模型的构建与实时交互控制，所以三维形态交互式设计是实现数字植物形态结构建模的重要技术手段之一。而面向科学研究、高校教学、品种推广、技术培训、虚拟仿真不同应用领域,对植物三维形态交互式设计软件产生不同的需求。

国内外在植物交互式设计方面开展了一些工作，如《植物三维形态数字化设计评价指标体系探讨》一文和《农林植物生长系统虚拟设计与仿真》一书中介绍了一些国内外植物三维形态设计方法与软件系统，其中包含L-系统、基于参数化的植株交互式设计方法、基于交互式骨架模型的交互式设计方法等。

1.L-系统

L-系统为在一定规则的基础上生成的植株骨架模型，该方法生成作物植株有明显的规律性，真实感不高。

2．基于参数化的植株交互式设计方法

基于参数化的植株交互式设计方法对植株的主要形态参数进行调整，从而得到真实感较高的植株骨架模型。

3.基于交互式骨架模型的交互式设计方法

基于交互式骨架模型的交互式设计方法更是直接通过人工对植株骨架进行交互，得到任意形态的植株骨架。

以上三种方法都是先生成植物的植株骨架，再进一步在此基础上生成器官表面的网格模型，而如此生成的网格模型容易受骨架的约束，无法反映出植物表面的细节特征，导致所设计的植株三维模型真实感仍有待提高。

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，针对上述缺陷，如何保证植株三维模型的真实感的同时，快速便捷地进行植物三维模型的交互式设计，使设计出的植物表面的网格模型能够反映出更多的细节特征。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了基于节单位的作物交互式设计方法，所述方法具体包括：

A：对作物的植株以节为单位构建所述作物各个器官的器官网格模板，并标准化得到标准化器官网格模板；

B：选定所述标准化器官网格模板并进行排序，将各器官模板按植株参数进行参数化得到参数化器官网格模板，再进行组装得到植株模型；

C：对所述植株模型在各个器官的组装点进行网格融合，得到所述作物的植株几何模型。

优选地，所述步骤A具体包括：

A1：对所述作物的植株以节为单位获取三维点云数据；

A2：对所述三维点云数据进行去噪、分割、均匀重采样处理，得到所述作物的各个器官的点云数据；

A3：根据得到的各个器官的点云数据生成所述作物各个器官的器官网格模板；

A4：对所述器官网格模板进行标准化处理得到所述标准化器官网格模板。

优选地，所述步骤A4中的对所述器官网格模板进行标准化处理包括对所述作物的节间模板进行标准化处理，具体为：

将各个节间模板标准化为类似圆柱体，所述节间的下表面中心点标准化为所述节间模板的起始生长点，所述节间的上表面中心点标准化为所述节间模板的终止生长点。

优选地，所述步骤B具体包括：

B1：选择所述作物各个器官的标准化器官网格模板；

B2：对所述器官网格模板进行参数化处理，得到所述参数化器官网络模板；

B3：按顺序将所述参数化器官网络模板进行组装得到所述植株模型。

优选地，所述步骤C中的对所述植株模型在各个器官的组装点进行网格融合具体包括：

C1：对所述植株模型各个器官的每个组装点给定阈值，并对所有距离所述组装点小于所述阈值的点进行重采样；

C2：对重采样后的点进行网格融合。

为解决上述问题，本发明还提供了基于节单位的作物交互式设计系统，所述系统具体包括：

器官网格模板单元、网格模板组装单元和网格融合单元；

所述器官网格模板单元，对作物的植株以节为单位构建所述作物各个器官的器官网格模板，并标准化得到标准化器官网格模板；