0左右能夠保持果實形狀不發(fā)生改 變，簡化后再利用減少噪音的方法進(jìn)行葉片和果實三維模型的平滑處理，處理完成后導(dǎo)出 〇bj格式的三維模型文件； (5) 樹木枝干系統(tǒng)與冠層局部組分的集成 1)根據(jù)(3)中量測獲得的葉片生長節(jié)點(diǎn)間的距離及葉片著生的方位角定義葉片掛接到 一年生和兩年生枝條上的產(chǎn)生式規(guī)則，本案例中枇杷樹樹葉是按層分布的，每層的葉片大 致為6片，所以該部分的產(chǎn)生式提取過程是先根據(jù)測量獲取的葉片著生的方位角提取第一 層葉片的生長節(jié)點(diǎn)，然后依據(jù)測量獲取的葉片生長節(jié)點(diǎn)間的距離提取枝干的生長規(guī)則，再 接著依據(jù)方位角提取葉片的生長節(jié)點(diǎn)，依次類推直至葉片部分產(chǎn)生式規(guī)則提取完成，提取 的產(chǎn)生式規(guī)則如下： ① X->/(-86)%(Planel)F(0.1)YF(0.05)P ② Y-->/(-230)%(Plane2) 2) 根據(jù)果實著生的姿態(tài)數(shù)據(jù)，提取果實掛接到枝梢的產(chǎn)生式規(guī)則，產(chǎn)生式規(guī)則如下： ① P->(0.3)%(Plane3) ② P->(0.2)%(Plane2) 3) 最后將步驟(2)中枝干部分的公理和產(chǎn)生式規(guī)則結(jié)合葉片和果實掛接的產(chǎn)生式規(guī)則 解譯，形成整株的精細(xì)三維枇杷樹模型，如圖4所示。
[0030]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作 用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法，其特征在于:包括如下步驟， 步驟S10:獲取樹木枝干系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的幾何參數(shù)、拓?fù)鋮?shù)及相應(yīng)器官的紋理 圖片； 步驟S11:根據(jù)樹木枝干系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，基于L-系統(tǒng)文法規(guī)則，提取枝干系 統(tǒng)的約束規(guī)則，采用龜形解譯算法，建立枝干系統(tǒng)的三維幾何模型并映射上紋理； 步驟S12:利用手持激光掃描儀獲取樹木冠層局部組分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)及相應(yīng)器官的紋理 圖片； 步驟S13:運(yùn)用Artec Studio和Geomagic Studio軟件處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立樹木冠層局 部組分的精細(xì)三維模型； 步驟S14:根據(jù)樹木冠層的局部組分與整株在空間上的幾何聯(lián)接關(guān)系，運(yùn)用L-系統(tǒng)文法 規(guī)則定義拓?fù)潢P(guān)系的約束規(guī)則，將樹木冠層局部組分的精細(xì)三維模型與枝干系統(tǒng)的三維幾 何模型進(jìn)行集成，形成整株樹木的三維模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法，其特征在于： 所述步驟S10的具體實現(xiàn)步驟如下： 步驟S101:利用鋼卷尺、皮尺及測角儀進(jìn)行樹木形態(tài)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的量測，其參數(shù)包括 樹木高度、葉幕層厚度、冠幅、干高、干周、一級枝條長度、一級枝條節(jié)間長度、一級枝條枝干 周長、一級枝條與主干的夾角、一級枝條生長方位角、二級枝條長度、二級枝條節(jié)間長度、二 級枝條枝干周長、二級枝條與一級枝條間夾角;對于三級及以上枝條采取隨機(jī)取樣測量的 方式獲取枝干形態(tài)參數(shù)； 步驟S102:獲取樹木枝干部分紋理圖像并進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的紋理，對粗糙不平特征 的樹皮生成相應(yīng)的法向紋理。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法，其特征在于： 所述步驟S11的具體實現(xiàn)步驟如下： 步驟S111:基于L-系統(tǒng)文法的公理語法規(guī)則，根據(jù)獲取的干高、干周、一級枝條的節(jié)間 長度及樹木的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，定義公理； 步驟S112:基于L-系統(tǒng)產(chǎn)生式規(guī)則語法，根據(jù)量取的各級枝條的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)提 取樹木主要枝干部分的產(chǎn)生式規(guī)則； 步驟S113:采用龜形解譯算法，根據(jù)步驟S111和步驟S112的公理和產(chǎn)生式規(guī)則，生成樹 木枝干系統(tǒng)的三維模型。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法，其特征在于： 所述步驟S12中，樹木冠層局部組分是指葉片、葉簇、果實、果穗、一年生枝梢和兩年生枝梢。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法，其特征在于： 所述步驟S12的具體實現(xiàn)步驟如下： 步驟S121:對于樹木葉片點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取，先采集樹木上具有代表性的一年生和兩年 生的包含葉片的單簇枝條，然后將其豎直固定在光線較為溫和的環(huán)境中； 步驟S122:枝條固定后，利用Artec Eva手持激光掃描儀獲取葉片點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其過程為 由上至下，即先掃描枝條最上層葉片，完成后，將該層的葉片摘除，接著掃描下一層葉片，依 次類推直至所有層葉片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取完成，采用這種方式進(jìn)行葉片點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取可以 避免葉片間遮擋引起的數(shù)據(jù)殘缺，并且還可以獲得葉片著生姿態(tài)的信息； 步驟S123:量取枝條上葉片生長節(jié)點(diǎn)間的距離及方位角，為樹葉掛接到枝干上提供參 數(shù)； 步驟S124:對于樹木果實的獲取，采集樹木上具有代表性的果實，將果實垂吊于同步驟 S121相似的環(huán)境中，然后逐個掃描果穗中的果實，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描過程要保持果實靜止 不動； 步驟S125:利用手持激光掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的同時，獲得相應(yīng)對象的紋理圖片，然后 利用Photoshop軟件調(diào)整紋理圖片亮度，生成相應(yīng)的具有Alpha通道的透明紋理。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法，其特征在于： 所述步驟S13的具體實現(xiàn)步驟如下： 步驟S131:利用Artec Studio軟件對冠層局部組分的點(diǎn)云進(jìn)行拼接、過濾和融合，其中 對于葉片邊緣光滑或者表面較為光滑的果實選擇Smooth Fusion融合方法，其它部分選擇 Sharp Fusion融合的方法； 步驟S132:預(yù)處理后的點(diǎn)云采用Delaunay三角剖分算法進(jìn)行網(wǎng)格重建，同時生成紋理 坐標(biāo)，導(dǎo)出〇b j格式的三維網(wǎng)格模型文件； 步驟S133:利用Geomagic Studio軟件對三維網(wǎng)格模型進(jìn)行網(wǎng)格的簡化，在保持葉片或 果實形狀不發(fā)生改變的前提，面片數(shù)量盡可能少，簡化后再利用減少噪音的方法進(jìn)行葉片 或果實三維模型的平滑處理，最后生成三維模型。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法，其特征在于： 所述步驟S14的具體實現(xiàn)步驟如下： 步驟S141:根據(jù)步驟S123中量測的葉片生長節(jié)點(diǎn)間的距離及葉片著生的方位角定義葉 片掛接到一年生和兩年生枝條上的產(chǎn)生式規(guī)則，通過規(guī)則解譯生成相應(yīng)的一年生和兩年生 枝梢三維模型； 步驟S142:根據(jù)果實著生的姿態(tài)數(shù)據(jù)，提取果實掛接到枝梢的產(chǎn)生式規(guī)則，通過規(guī)則解 譯生成長果的枝梢； 步驟S143:在步驟S113所生成的枝干系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)步驟S10中所獲得的樹木形態(tài) 結(jié)構(gòu)參數(shù)，把一年生、兩年生的枝梢掛接于相應(yīng)的枝干系統(tǒng)上，形成整株的精細(xì)三維模型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)和規(guī)則綜合驅(qū)動的三維樹木精細(xì)建模方法。首先獲取樹木枝干系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)和拓?fù)鋮?shù)，基于L-系統(tǒng)文法規(guī)則，提取枝干系統(tǒng)的約束規(guī)則，采用龜形解譯算法，建立三維幾何模型；然后利用手持激光掃描儀獲取一年生和兩年生枝條上的葉片和果實的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成精細(xì)的冠層局部組分的三維模型；最后根據(jù)局部組分與整株在空間上的幾何聯(lián)接關(guān)系，運(yùn)用規(guī)則建模的方法，將局部冠層組分的三維模型與枝干系統(tǒng)進(jìn)行集成，形成整株的三維模型。利用本發(fā)明，可形成與實際形態(tài)結(jié)構(gòu)高度相似的、精細(xì)的、可靠的三維模型，為中小株型的樹木生理生態(tài)模擬結(jié)果的評價分析提供基礎(chǔ)、使虛擬植物模擬結(jié)果具有可驗證性。
【IPC分類】G06T17/00
【公開號】CN105608739
【申請?zhí)枴緾N201610147353
【發(fā)明人】唐麗玉, 崔磊, 陳崇成, 黃洪宇, 楊怡斐
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月16日