基于節單位的作物交互式設計方法和系統技術方案

本發明專利技術公開了基于節單位的作物交互式設計方法和系統，通過對作物的植株以節為單位構建所述作物各個器官的器官網格模板，并標準化得到標準化器官網格模板；選定所述標準化器官網格模板的順序，對選定的器官網格模板按所述植株參數進行參數化得到參數化器官網格模板，再進行組裝得到植株模型；對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合，得到所述作物的植株幾何模型，為以節為單位生長的作物三維模型的生成提供一種快速方便的設計手段，而且設計出的作物三維模型與實際作物具有一致的拓撲結構，同時仍具有較高的細節特征。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及植物形態結構建模領域，尤其涉及基于節單位的作物交互式設計方法和系統。
技術介紹
植物的三維形態結構一直是生物學、農學等領域研究的重要內容，計算機技術的發展使植物三維形態結構虛擬建模成為可能。特別是近年來，隨著計算機軟硬件技術的迅速發展和虛擬現實技術在植物建模領域應用的不斷深入，數字植物三維形態建模與計算機輔助設計成為國內外研究熱點。植物三維形態結構建模是數字植物研究面臨的首要問題，交互式建模方法通過定義一系列的形態結構參數并通過對參數的編輯實現植物模型的構建與實時交互控制，所以三維形態交互式設計是實現數字植物形態結構建模的重要技術手段之一。而面向科學研究、高校教學、品種推廣、技術培訓、虛擬仿真不同應用領域，對植物三維形態交互式設計軟件產生不同的需求。國內外在植物交互式設計方面開展了一些工作，如《植物三維形態數字化設計評價指標體系探討》一文和《農林植物生長系統虛擬設計與仿真》一書中介紹了一些國內外植物三維形態設計方法與軟件系統，其中包含L-系統、基于參數化的植株交互式設計方法、基于交互式骨架模型的交互式設計方法等。1. L-系統L-系統為在一定規則的基礎上生成的植株骨架模型，該方法生成作物植株有明顯的規律性，真實感不高。2.基于參數化的植株交互式設計方法基于參數化的植株交互式設計方法對植株的主要形態參數進行調整，從而得到真實感較高的植株骨架模型。3.基于交互式骨架模型的交互式設計方法基于交互式骨架模型的交互式設計方法更是直接通過人工對植株骨架進行交互，得到任意形態的植株骨架。以上三種方法都是先生成植物的植株骨架，再進一步在此基礎上生成器官表面的網格模型，而如此生成的網格模型容易受骨架的約束，無法反映出植物表面的細節特征，導致所設計的植株三維模型真實感仍有待提高。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題本專利技術要解決的技術問題是，針對上述缺陷，如何保證植株三維模型的真實感的同時，快速便捷地進行植物三維模型的交互式設計，使設計出的植物表面的網格模型能夠反映出更多的細節特征。(二)技術方案為解決上述問題，本專利技術提供了基于節單位的作物交互式設計方法，所述方法具體包括A :對作物的植株以節為單位構建所述作物各個器官的器官網格模板，并標準化得到標準化器官網格模板；B:選定所述標準化器官網格模板并進行排序，將各器官模板按植株參數進行參數化得到參數化器官網格模板，再進行組裝得到植株模型；C :對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合，得到所述作物的植株幾何模型。優選地,所述步驟A具體包括Al :對所述作物的植株以節為單位獲取三維點云數據；A2:對所述三維點云數據進行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到所述作物的各個器官的點云數據；A3 :根據得到的各個器官的點云數據生成所述作物各個器官的器官網格模板；A4:對所述器官網格模板進行標準化處理得到所述標準化器官網格模板。優選地，所述步驟A4中的對所述器官網格模板進行標準化處理包括對所述作物的節間模板進行標準化處理，具體為將各個節間模板標準化為類似圓柱體，所述節間的下表面中心點標準化為所述節間模板的起始生長點，所述節間的上表面中心點標準化為所述節間模板的終止生長點。優選地,所述步驟B具體包括B1:選擇所述作物各個器官的標準化器官網格模板；B2 :對所述器官網格模板進行參數化處理，得到所述參數化器官網絡模板；B3 :按順序將所述參數化器官網絡模板進行組裝得到所述植株模型。優選地，所述步驟C中的對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合具體包括Cl :對所述植株模型各個器官的每個組裝點給定閾值，并對所有距離所述組裝點小于所述閾值的點進行重采樣；C2 :對重采樣后的點進行網格融合。為解決上述問題，本專利技術還提供了基于節單位的作物交互式設計系統，所述系統具體包括器官網格模板單元、網格模板組裝單元和網格融合單元；所述器官網格模板單元，對作物的植株以節為單位構建所述作物各個器官的器官網格模板，并標準化得到標準化器官網格模板；所述網格模板組裝單元，選定所述標準化器官網格模板并進行排序，將各器官模板按植株參數進行參數化得到參數化器官網格模板，再進行組裝得到植株模型；所述網格融合單元，對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合，得到所述作物的植株幾何模型。優選地，所述器官網格模板單元具體包括三維點數據獲取單元、三維點數據處理單元、器官網格模板生成單元和器官網格模板標準化單元；所述三維點數據獲取單元，對所述作物的植株以節為單位獲取三維點云數據；所述三維點數據處理單元，對所述三維點云數據進行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到所述作物的各個器官的點云數據；所述器官網格模板生成單元，根據得到的各個器官的點云數據生成所述作物各個器官的器官網格模板；所述器官網格模板標準化單元，對所述器官網格模板進行標準化處理得到所述標準化器官網格模板。優選地,所述網格模板組裝單元具體包括排序單元、參數化單元和組裝操作單元;所述排序單元，選定所述標準化器官網格模板并進行排序；所述參數化單元，將各器官模板按植株參數進行參數化得到參數化器官網格模板；所述組裝操作單元，按順序將所述參數化器官網格模板進行組裝得到植株模型。優選地，所述網格融合單元具體包括重采樣單元和網格化單元所述重采樣單元，對各個器官的每個組裝點給定閾值，并在所有距離所述組裝點小于所述閾值的點進行重采樣；所述網格化單元，對重采樣后的進行網格化。(三)有益效果本專利技術提出了基于節單位的作物交互式設計方法和系統，通過對作物的植株以節為單位構建所述作物各個器官的器官網格模板，并標準化得到標準化器官網格模板；對選定的器官網格模板按所述植株參數進行參數化得到參數化器官網格模板，再進行組裝得到植株模型；對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合，得到所述作物的植株幾何模型，為以節為單位生長的作物三維模型的生成提供一種快速方便的設計手段，而且設計出的作物三維模型與實際作物具有一致的拓撲結構，同時仍具有較高的細節特征。附圖說明圖1為基于節單位的作物交互式設計方法的步驟流程圖；圖2為基于節單位的作物交互式設計方法中步驟A的步驟流程圖；圖3為基于節單位的作物交互式設計方法中步驟B的步驟流程圖；圖4為基于節單位的作物交互式設計方法中步驟C的步驟流程圖；圖5為基于節單位的作物交互式設計系統的組成示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。實施例一實施例一中提供了基于節單位的作物交互式設計方法，步驟流程如圖1所示。以節為單位進行生長的作物就是作物的莖桿呈現明顯的分段結構，而每個分段結構即為作物的節。這種以節為單位進行生長的作物包括玉米、甘蔗、小麥等，本實施例中以玉米舉例說明。每段節就是一個設計單元，稱為節單位，如玉米的一段莖桿就是一個節單位。基于節單位的作物交互式設計方法具體包括以下步驟步驟A :對作物的植株以節為單位構建所述作物各個器官的器官網格模板，并標準化得到標準化器官網格模板。具體的，步驟A的步驟流程圖如圖2所示，具體包括以下步驟步驟Al :對作物的植株以節為單位獲取三維點云數據。用三維掃描儀對預設計的玉米植株進行掃描，對玉米的主要器官的三維點云數據進行采集。玉米的主要器官本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于節單位的作物交互式設計方法，其特征在于，所述方法具體包括：A：對作物的植株以節為單位構建所述作物各個器官的器官網格模板，并標準化得到標準化器官網格模板；B：選定所述標準化器官網格模板并進行排序，將各器官模板按植株參數進行參數化得到參數化器官網格模板，再進行組裝得到植株模型；C：對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合，得到所述作物的植株幾何模型。

【技術特征摘要】
1.基于節單位的作物交互式設計方法，其特征在于，所述方法具體包括: A:對作物的植株以節為單位構建所述作物各個器官的器官網格模板，并標準化得到標準化器官網格模板； B:選定所述標準化器官網格模板并進行排序，將各器官模板按植株參數進行參數化得到參數化器官網格模板，再進行組裝得到植株模型； C:對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合，得到所述作物的植株幾何模型。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體包括: Al:對所述作物的植株以節為單位獲取三維點云數據； A2:對所述三維點云數據進行去噪、分割、均勻重采樣處理，得到所述作物的各個器官的點云數據； A3:根據得到的各個器官的 點云數據生成所述作物各個器官的器官網格模板； A4:對所述器官網格模板進行標準化處理得到所述標準化器官網格模板。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟A4中的對所述器官網格模板進行標準化處理包括對所述作物的節間模板進行標準化處理，具體為: 將各個節間模板標準化為類似圓柱體，所述節間的下表面中心點標準化為所述節間模板的起始生長點，所述節間的上表面中心點標準化為所述節間模板的終止生長點。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: B1:選擇所述作物各個器官的標準化器官網格模板； B2:對所述器官網格模板進行參數化處理，得到所述參數化器官網格模板； B3:按順序將所述參數化器官網格模板進行組裝得到所述植株模型。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中的對所述植株模型在各個器官的組裝點進行網格融合具體包括: Cl:對所述植株模型各個器官的每個組裝點給定閾值，并對所有距離所述組裝點小于所述閾值的點進行重采樣； C2:對重采樣后的點進行網格融合。6.基于節單位的作物交互式設計系統，其特征在于，所述系統具體包括:器官網格模板單元、網格模板組裝單元和網格融合單元； 所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭新宇，溫維亮，王傳宇，肖伯祥，雷艷，
申請(專利權)人：北京農業信息技術研究中心，
類型：發明
國別省市：