專利名稱：基于樣本的植物模型建立裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形建模技術(shù)，尤其涉及一種基于樣本的植物模型建立裝置于方法。
背景技術(shù)：
電影和游戲等場(chǎng)景中常需要具有真實(shí)感和引人入勝的三維場(chǎng)景，而這些場(chǎng)景中植物模型的逼真合理與否，很大程度上影響了場(chǎng)景的真實(shí)感。
現(xiàn)有技術(shù)中的植物三維建模方法有的利用事先構(gòu)建的植物模型庫(kù)或結(jié)合植物生長(zhǎng)規(guī)律來構(gòu)建植物模型，用戶往往通過繪制勾勒的草圖、拍攝的圖片或掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來建立符合用戶創(chuàng)作意圖的特定植物模型，然而這些建模方法需要逐個(gè)地創(chuàng)建植物模型來構(gòu)建植物群體，當(dāng)植物場(chǎng)景較為復(fù)雜時(shí)，具有工作量大的缺點(diǎn)；有的基于語(yǔ)法的建模方法能由定義的抽象語(yǔ)法或形狀參數(shù)生成植物群體，但這些語(yǔ)法或參數(shù)與用戶期望的結(jié)果模型之間沒有明顯的關(guān)聯(lián)，因此用戶對(duì)于語(yǔ)法需要有一定的了解。綜上所述，構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的植物場(chǎng)景對(duì)于普通用戶而言比較費(fèi)力。
基于樣本的建立方法指從用戶給出的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例中生成具有類似風(fēng)格的更復(fù)雜的結(jié)果。通過提供實(shí)例，用戶可以快速便捷直觀地描述期待的建立效果，通過簡(jiǎn)單改變目標(biāo)外部輪廓的大小或形狀，該方法可以建立多樣的結(jié)果，被廣泛應(yīng)用于人群運(yùn)動(dòng)模擬、城市場(chǎng)景建立等領(lǐng)域中。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種基于樣本的植物模型建立裝置與方法。一方面，本發(fā)明提出的基于樣本的植物模型建立裝置包括接收模塊、分析模塊、第一建模模塊、合成模塊、分布參數(shù)獲取模塊以及分布參數(shù)獲取模塊。其中，
所述接收模塊用于接收待建模植物的樣本；所述分析模塊用于對(duì)所述樣本進(jìn)行分析，獲取樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息；所述第一建模模塊，用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息與器官模型之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型；所述合成模塊用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)；所述分布參數(shù)獲取模塊用于根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)模型，并結(jié)合所述器官模型獲取所述器官的分布參數(shù)；所述第二建模模塊，用于根據(jù)所述器官的分布參數(shù)，并結(jié)合所述植物的枝干結(jié)構(gòu)建立所述植物的模型。
另一方面，本發(fā)明提出的基于樣本的植物模型建立方法包括一下步驟步驟一 接收待建模植物的樣本；步驟二 對(duì)所述樣本進(jìn)行分析，獲取樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息；步驟三根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息與器官模型之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型；步驟四根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)；步驟五根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)模型，并結(jié)合所述器官模型獲取所述器官的分布參數(shù)；步驟六根據(jù)所述器官的分布參數(shù)，并結(jié)合所述植物的枝干結(jié)構(gòu)建立所述植物的模型。
本發(fā)明提出的基于樣本的植物模型建立裝置于方法采用基于樣本的方式來進(jìn)行植物建模工作，以單棵植物或植物群體的模型為樣本研究合成類似風(fēng)格和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜模型，用于植物模型的設(shè)計(jì)與重建，提高了建模效率并降低了建模難度。


圖I是本發(fā)明一實(shí)施例的基于樣本的植物模型建立裝置結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的合成模塊結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的基于樣本的植物模型建立裝置結(jié)構(gòu)圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的基于樣本的植物模型建立方法流程圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的根據(jù)樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成植物的枝干結(jié)構(gòu)的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明一方面提出一種基于樣本的植物模型建立裝置，如圖I所不，所述基于樣本的植物模型建立裝置包括接收模塊100、分析模塊200、第一建模模塊300、合成模塊 400、分布參數(shù)獲取模塊500以及第二建模模塊600。
其中，所述接收模塊100用于接收待建模植物的樣本，所述待建模植物的樣本包括但不限于通過拍攝植物所獲得的植物圖像樣本。
所述分析模塊200用于對(duì)所述樣本進(jìn)行分析，獲取樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息。其中所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息主要包括對(duì)所述樣本枝干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述，也即所述樣本的曲線骨架信息。所述器官包括但不限于所述植物的枝、葉、花。
所述第一建模模塊300用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及所述植物器官信息， 建立所述植物的器官模型，并建立描述所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息與器官模型之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型。其中，所述器官模型包括但不限于所述植物的枝、花、葉等器官的形狀、大小、紋理等特征參數(shù)；所述統(tǒng)計(jì)模型主要是指所述植物枝干生長(zhǎng)趨勢(shì)、枝干幾何形態(tài)等對(duì)所述器官影響程度的模型。
所述合成模塊400用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。具體地，如圖2所示，所述合成模塊400包括信息變換模塊401、三維紋理合成模塊402以及枝干結(jié)構(gòu)建立模塊403。其中，所述信息變換模塊401用于將所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息從連續(xù)空間變換到三維體素空間。所述三維紋理合成模塊402用于對(duì)上述空間變換后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行三維紋理合成。其中，所采用的三維紋理合成技術(shù)包括但不限于patch-based 合成方式。所述枝干結(jié)構(gòu)建立模塊403用于根據(jù)上述合成后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息建立所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。
所述分布參數(shù)獲取模塊500用于根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)模型，并結(jié)合所述器官模型獲取所述器官的分布參數(shù)。其中，所述器官的分布參數(shù)包括但不限于分布位置、數(shù)量、形狀、大小、朝向等。
所述第二建模模塊600用于根據(jù)所述器官的分布參數(shù)，并結(jié)合所述植物的枝干結(jié)構(gòu)建立所述植物的模型。優(yōu)選地，建立所述植物的模型之后，還可以不斷全局優(yōu)化所述器官的分布參數(shù)，得到更為精確的植物模型。
優(yōu)選地，如圖3所示，所述基于樣本的植物模型建立裝置還包括輔助合成模塊 700。所述輔助合成模塊700用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息對(duì)所述植物的枝干結(jié)構(gòu)的輪廓以及生長(zhǎng)軌跡進(jìn)行約束，以輔助合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明另一方面提出一種基于樣本的植物模型建立方法。圖4所示為本發(fā)明提出的基于樣本的植物模型建立方法流程圖。
具體地，在步驟SlOO中，接收待建模植物的樣本，所述待建模植物的樣本包括但不限于通過拍攝植物所獲得的植物圖像樣本。
在步驟S200中，對(duì)所述樣本進(jìn)行分析，獲取樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息。其中所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息主要包括對(duì)所述樣本枝干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述，也即所述樣本的曲線骨架信息；所述器官包括但不限于所述植物的枝、葉、花。
在步驟S300中，根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及所述植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息與器官模型之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型。其中， 所述器官模型包括但不限于所述植物的枝、花、葉等器官的形狀、大小、紋理等特征參數(shù)；所述統(tǒng)計(jì)模型主要是指所述植物枝干生長(zhǎng)趨勢(shì)、枝干幾何形態(tài)等對(duì)所述器官影響程度的模型。
在步驟S400中，根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。具體地， 如圖5所示，步驟S400又具體分為步驟S401、S402以及S403。其中，在步驟S401中，根據(jù)變換函數(shù)將所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息從連續(xù)空間變換到三維體素空間。在步驟S402中，采用紋理合成技術(shù)對(duì)上述空間變換后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行三維紋理合成。其中，所采用的三維紋理合成技術(shù)包括但不限于patch-based合成方式。在步驟S403中，根據(jù)上述合成后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息建立所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。
在步驟S500中，根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)模型，并結(jié)合所述器官模型獲取所述器官的分布參數(shù)。其中，所述器官的分布參數(shù)包括但不限于分布位置、數(shù)量、形狀、大小、朝向等。
在步驟S600中，根據(jù)所述器官的分布參數(shù)，并結(jié)合所述植物的枝干結(jié)構(gòu)建立所述植物的模型。優(yōu)選地，建立所述植物的模型之后，還可以不斷全局優(yōu)化所述器官的分布參數(shù)，得到更為精確的植物模型。
優(yōu)選地，在執(zhí)行步驟S400時(shí)，還根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息對(duì)所述植物的枝干結(jié)構(gòu)的輪廓以及生長(zhǎng)軌跡進(jìn)行約束，以輔助合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提出的基于樣本的植物模型建立裝置于方法采用基于樣本的方式來進(jìn)行植物建模工作，以單棵植物或植物群體的模型為樣本研究合成類似風(fēng)格和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜模型，用于植物模型的設(shè)計(jì)與重建，提高了建模效率并降低了建模難度。
雖然本發(fā)明參照當(dāng)前的較佳實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實(shí)施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于樣本的植物模型建立裝置，包括接收模塊，用于接收待建模植物的樣本；分析模塊，用于對(duì)所述樣本進(jìn)行分析，獲取樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息； 第一建模模塊，用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息與器官模型之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型；合成模塊，用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)；分布參數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)模型，并結(jié)合所述器官模型獲取所述器官的分布參數(shù)；第二建模模塊，用于根據(jù)所述器官的分布參數(shù)，并結(jié)合所述植物的枝干結(jié)構(gòu)建立所述植物的模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于樣本的植物模型建立裝置，其特征在于，還包括輔助合成模塊，所述輔助合成模塊用于根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息對(duì)所述植物的枝干結(jié)構(gòu)的輪廓以及生長(zhǎng)軌跡進(jìn)行約束，以輔助合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于樣本的植物模型建立裝置，其特征在于，所述合成模塊還包括信息變換模塊、三維紋理合成模塊以及枝干結(jié)構(gòu)建立模塊，其中，所述信息變換模塊用于將所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息從連續(xù)空間變換到三維體素空間； 所述三維紋理合成模塊用于對(duì)上述空間變換后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行三維紋理合成；所述枝干結(jié)構(gòu)建立模塊用于根據(jù)上述合成后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息建立所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于樣本的植物模型建立裝置，其特征在于，所述器官包括所述植物的枝、葉、花。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于樣本的植物模型建立裝置，其特征在于，所述器官的分布參數(shù)包括分布位置、數(shù)量、形狀、大小以及朝向。
6.一種基于樣本的植物模型建立方法，包括以下步驟步驟一接收待建模植物的樣本；步驟二 對(duì)所述樣本進(jìn)行分析，獲取樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息；步驟三根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息與器官模型之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型；步驟四根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成所述植物的枝干結(jié)構(gòu)；步驟五根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)模型，并結(jié)合所述器官模型獲取所述器官的分布參數(shù)；步驟六根據(jù)所述器官的分布參數(shù)，并結(jié)合所述植物的枝干結(jié)構(gòu)建立所述植物的模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于樣本的植物模型建立方法，其特征在于，執(zhí)行步驟四時(shí)還根據(jù)所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息對(duì)所述植物的枝干結(jié)構(gòu)的輪廓以及生長(zhǎng)軌跡進(jìn)行約束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于樣本的植物模型建立方法，其特征在于，步驟四包括以下步驟根據(jù)變換函數(shù)將所述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息從連續(xù)空間變換到三維體素空間；采用紋理合成技術(shù)對(duì)上述空間變換后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行三維紋理合成；根據(jù)上述合成后的樣本枝干結(jié)構(gòu)信息建立所述植物的枝干結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于樣本的植物模型建立方法，其特征在于，所述器官包括所述植物的枝、葉、花。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于樣本的植物模型建立方法,其特征在于,所述器官的分布參數(shù)包括分布位置、數(shù)量、形狀、大小以及朝向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于樣本的植物模型建立裝置與方法。所述裝置包括接收模塊，用于接收待建模植物的樣本；分析模塊，用于對(duì)樣本進(jìn)行分析，獲取樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息；第一建模模塊，用于根據(jù)樣本枝干結(jié)構(gòu)信息以及植物器官信息，建立植物的器官模型，并建立描述樣本枝干結(jié)構(gòu)信息與器官模型之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型；合成模塊，用于根據(jù)樣本枝干結(jié)構(gòu)信息合成植物的枝干結(jié)構(gòu)；分布參數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)統(tǒng)計(jì)模型，并結(jié)合器官模型獲取器官的分布參數(shù)；第二建模模塊，用于根據(jù)器官的分布參數(shù)，并結(jié)合植物的枝干結(jié)構(gòu)建立植物的模型。本發(fā)明提出的基于樣本的植物模型建立裝置與方法基于樣本對(duì)植物建模，提高了建模效率并降低了建模難度。
文檔編號(hào)G06T17/00GK102938162SQ20121039745
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者鄭倩, 諾亞·基司·斯內(nèi)夫利, 陳寶權(quán), 燕飛龍, 程章林 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院