[发明专利]三维交互式果树虚拟修剪方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及三维交互技术领域，具体涉及一种三维交互式果树虚拟修剪方法及系统。

背景技术

研究表明，果树的树型结构对其产量和品质都有着重要的影响，如何改进树型结构进而提高果树产量和品质是果树生产和科研中的重要课题。而修剪是取得优质高效树形结构的主要技术手段，因此果树修剪技术是果树生产中最重要的管理措施，推广和普及先进实用的修剪技术是果树产业推广的一项重要工作。然而,目前果树修剪技术培训和推广工作中，大部分还是采用真人现场实地演示操作的方式，由于在真实的果树上进行修剪具有不可逆性的缺点，具有破坏性强、成本高、不易在同一棵树上进行各种修剪技术演示等缺点。

随着信息技术，特别是虚拟现实技术的迅猛发展，很多学者提出了利用虚拟现实技术来进行果树树型虚拟修剪的设想和尝试。例如，有学者桃树为研究对象，提出了果树整形虚拟修剪方法，该方法首先建立桃树枝条修剪后的分枝方式的随机模型，用来描述桃树枝条分枝特性以及修剪对其生长的影响，然后结合AMAPsim软件对桃树枝条修剪后的形态发展结果进行三维可视化【可参考文献[夏宁,2004]：夏宁，李保国，邓西民，郭焱.桃树修剪分枝模式的模拟.植物学报.2004,46(7):793-802.】。此外，有研究者提出了基于GreenLab模型的果树修剪模拟方法，其基本思路是通过建立果树枝条发生的源－库关系，模拟修剪对果树器官干物质分配和分枝的影响，从而实现果树枝条修剪后形态变化效果的模拟【可参考文献[Jing,2011]：Jing Hua,MengZhen Kang,Philippe De Reffye.An Interactive plant pruning system based on GreenLab model:Implementation and case study.2011IEEE International Conference on Computer Science and Automation Engineering(CSAE),2011,pp:185-188.】。

在现有的果树虚拟修剪方法中，主要侧重于研究修剪对果树分枝及产量的影响的数学模型构建及可视化显示等技术，在方法的普适性、输入参数的可操作性、用户界面等方面都存在缺点。比如，这些方法中尚未考虑用户如何与计算机中的三维果树模型的交互操作问题，也没有与短剪、疏剪、缩剪、摘心、剪梢等果树常用修剪技术结合。因此，目前相关技术还难以直接为果树修剪技术培训等实践实际应用。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种三维交互式果树虚拟修剪方法及系统，解决了在真实果树上进行修剪具有不可逆性（破坏性）、不可重复性、需较长时间才能看到修剪效果等缺点的实际问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种三维交互式果树虚拟修剪方法，包含以下步骤：

S1、对拟进行修剪的果树三维模型进行预处理；

S2、对所述预处理后的果树三维模型建立修剪操作规则；

S3、依据所述修剪操作规则建立可修剪部位的包围盒；

S4、依据所述可修剪部位的包围盒进行实时修剪操作；

S5、依据所述实时修剪操作的结果进行修剪效果模拟。

其中，步骤S1中包含步骤：

S11、对果树三维模型中的每根枝条进行编号，根据果树三维模型中枝条之间的连接关系，查收每根枝条的母枝，记录下母枝的编号，将枝条编号信息和母枝编号信息保存于文件A中；

S12、对经S11步骤处理后没有找到母枝的枝条，进行初步类型标记，按枝条长度分别标记为长枝、中枝或短枝，将所述枝条的初步类型标记保存于文件A中；

S13、对经S12步骤处理过的具有初步类型标记的每根枝条，进行功能类型标记，将枝条标记为弱枝、旺枝、侧枝、营养枝或结果枝，将所述枝条的功能类型标记保存于文件A中，

其中，所述每根枝条属于两种以上功能类型。

其中，步骤S12中：

若枝条长度≥Llb，则标记该枝条为长枝，若枝条长度＜Llb并且≥Lmb，则标记该枝条为中枝，否则标记该枝条为短枝；

其中Llb和Lmb为控制参数，其取值由用户根据经验知识或反复试验后确定。

其中，步骤S2中包含步骤：

S21、对所述预处理后的果树三维模型建立典型修剪操作的修剪规则，确定各种典型修剪操作可以实施于哪些类型枝条，将不同类型枝条允许的修剪操作信息保存于文件A中，