CN101900602B - 作物冠层散射光分布计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作物冠层散射光分布计算方法，包括步骤：在世界坐标系的原点构造初始网格半球；利用初始网格半球构造第一级网格半球、第二级网格半球和第三级网格半球；利用第三级网格半球构造最后一级网格半球；将最后一级网格半球的球心置于作物冠层的某一面元的中心，将作物冠层的其他面元进行最后一级网格半球的球面投影，确定投影覆盖范围，对范围内的球面面元进行遮挡检测和遮挡标记，确定该面元的天空可见率；最后获得作物冠层的天空散射光强分布。本发明的方法提高了作物冠层散射光分布计算的速度和精度，对开发实用工具具有重要的实际意义和广阔的应用前景。

Description

作物冠层散射光分布计算方法

技术领域

本发明涉及作物冠层模拟计算技术领域，特别是涉及一种作物冠层散射光分布计算方法。

背景技术

农业是中国国民经济的基础。农业信息化是本世纪农业发展的重要标志，也是农业现代化的重要组成部分。在农业信息化实施过程中，农业通过信息化可以获得倍增效益。信息业可以通过对农业的信息软硬件服务形成农业信息产业，最终形成农业与信息业双赢的良好局面。现代农业在农业生产、流通等各个环节都离不开信息服务，农业信息已经涉及到了农业生产、流通的方方面面，加之信息本身的增效作用，使得农业信息服务的各环节都会有效益产生。

随着农业信息化技术的快速发展，新兴的虚拟现实技术在农业领域也越来越多地得到应用，特别值得一提的是，虚拟农业已经成为我国农业发展的一个重要趋势，虚拟农业不但可以将农业作物数字化，而且还能够为科研者提供方便的交互性操作与观察等，对于推动农业发展有着巨大的作用。

随着虚拟农业技术的发展，农业应用领域对其需求逐渐具体化。传统农业对于光合作用的定量化，往往采用仪器测量的办法，这样不仅效率低，而且容易对作物(如，玉米、小麦等)群落的草冠所连成的冠层)产生破坏，更改冠层就需要重新进行测量。采用精准农业模型定量化地研究农田物质循环与能量转化过程对指导精准农业实践具有重要意义。作物冠层光分布的模拟是光合作用定量化模拟的关键。应用模型模拟的办法进行光合作用定量化分析只需要建立模拟冠层的三维模型便可计算出模拟值。该方法与传统方法相比，具有成本低、自动化程度高等特点，且计算结果往往能够满足预定需求。

早期的计算作物冠层散射光分布的方法主要采用经纬度半球剖分法和采用等高线划分经纬度的半球划分方法，这些方法一方面精度不高，另一方面模拟速度较慢，因此在冠层光分布模拟方面具有一定的局限性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所解决的技术问题是：如何提高作物冠层散射光分布计算过程的计算精度和计算速度，从而为作物冠层光分布的模拟和光合作用定量化模拟提供快速和精确的方法。

(二)技术方案

针对上述技术问题，本发明提供了一种作物冠层散射光分布计算方法，包括步骤：

S1、以世界坐标系的原点为球心，建立极限曲面为球体的正二十面体网格，从而构造初始网格半球；

S2、在初始网格半球中，找出6个同时在正二十面体的5个面中的点，称之为价5顶点，其中，与其它价5顶点距离相等的一个点称之为中心价5顶点，将初始网格半球的除中心价5顶点之外的5个价5顶点相连，再将除中心价5顶点之外的5个价5顶点分别与初始网格半球的中心价5顶点相连，以形成第一组三角形面元的5个三角形面元；找出距离除中心价5顶点之外的5个价5顶点的每一个在初始网格半球的边缘上最近的2个网格点，再找出分别距离最近的2个网格点的最近的2个点，称之为次近边缘点，将除中心价5顶点之外的5个价5顶点所对应的2个次近边缘点相连，并将5个价5顶点的每一个与其对应的2个次近边缘点相连，以形成作为第二组三角形面元的5个三角形面元；将第二组三角形面元的每一个的价5顶点所在的两个三角形边分别向下延长，使相邻的第二组三角形面元的每一个的向下延长的三角形边相交，从而形成第三组三角形面元的5个三角形面元，第三组的5个三角形面元的每一个以两个价5顶点和相交的交点为顶点，从而第一、第二和第三组三角形面元组成第一级网格半球；

S3、对所述第一组三角形面元的每一个进行1-4球面剖分，从而得到第四组三角形面元，将所述第二组三角形面元作为第五组三角形面元，对所述第三组三角形面元的每一个进行1-4球面剖分，只取位于上部的三个三角形面元，从而获得第六组三角形面元，将所述第四、第五和第六组三角形面元组成第二级网格半球，从而所述第一级网格半球的三角形面元的每一个与其对应的第二级网格半球的三角形面元形成一对一或一对三或一对四的对应关系；

S4、继续对所述第二级网格半球进行N-2次剖分，其中N为正整数，且N≥2，以获得最后一级网格半球，从而从所述第一级至最后一级，将每一级的某几个三角形面元与其上一级的某一个面元之间形成多对一的对应关系；

S5、将所述最后一级网格半球的球心置于所述作物冠层的某一个面元的中心，将所述作物冠层的其它面元的任一个在所述最后一级网格半球上进行球面投影，如果在所述最后一级网格半球上有投影，则在投影范围内，确定被遮挡的所述最后一级网格半球的三角形面元；

S6、对没有被投影的所述作物冠层的其它面元的每一个执行步骤S5，得到所有未被遮挡的最后一级网格半球的三角形面元的数量，将所述未被遮挡的最后一级网格半球的三角形面元数量除以所述最后一级网格半球的三角形面元总数，再乘以初始天空散射光强值，得到所述某一个面元的天空散射光强；

S7、根据所述步骤S2-S6，计算所述作物冠层中的其它面元的天空散射光强，从而得出所述作物冠层的散射光强分布。

其中，在所述步骤S1中构造初始网格半球的方法是：规定所述正二十面体网格向上的方向与作物冠层生长的方向相同，对所述正二十面体网格进行两次

细分和一次蝶形细分，取所述球心以上、且能够罩住作物冠层的半球作为初始半球网格。

其中，在所述步骤S2中形成所述第一组三角形面元的方法是：找出所述初始半球网格中同时处于所述正二十面体网格的5个面中的6个点，并将其称之为价5顶点，其中，把与其它价5顶点距离相等的一个点称之为中心价5顶点，将所述初始网格半球中除中心价5顶点之外的5个价5顶点与距离最近的其中两个相连，再将除中心价5顶点之外的5个价5顶点分别与所述初始网格半球的中心价5顶点相连，以形成第一组三角形面元的5个三角形面元。

其中，在所述步骤S2中形成所述第二组三角形面元的方法是：找出所述初始网格半球的边缘上距离除所述中心价5顶点之外的5个价5顶点中的每一个最近的2个网格点，再找出分别距离所述最近的2个网格点最近的2个边缘点，并将其称之为次近边缘点，将除中心价5顶点之外的5个价5顶点的每一个所对应的2个次近边缘点相连，并将5个价5顶点的每一个与其对应的2个次近边缘点相连，以形成第二组三角形面元的5个三角形面元。

其中，在所述步骤S2中，形成所述第三组三角形面元的方法是：将每一个第二组三角形面元的价5顶点所在三角形的两条边向下延长，使相邻的第二组三角形面元的向下延长的三角形的边相交，从而形成第三组三角形面元的5个三角形面元，所述第三组三角形面元的5个三角形面元的每一个以两个价5顶点和所述相交的交点为顶点。

其中，在所述步骤S3中，三角形1-4球面剖分的方法为：对于第一组三角形面元中的每一个，找出初始网格半球的球面中距离每一个三角形面元每条边的中点最近的球面点，将该球面点与其对应的中点所在边的两个顶点相连，并把新找出来的球面点两两相连，从而第一组三角形面元中的每一个会产生4个新的三角形面元与之对应。

其中，在所述步骤S4中，当N＝5时，继续对所述第二级网格半球进行3次剖分的过程为：对所述第二级网格半球的每个三角形面元，进行1-9球面剖分，得到第三级网格半球，对所述第三级网格半球进行蝶形细分以得到第四级网格半球，对所述第四级网格半球进行蝶形细分以得到最后一级网格半球。

其中，所述1-9球面剖分的方法是：找出初始网格半球顶点中与每一个三角形面元重心最近的点，再找出初始网格半球的球面与每一个三角形面元的每条边的三分之一点和三分之二点最近的六个点，对于每一个三角形面元来说，再加上每一个三角形的顶点共有10个顶点，将这10个顶点连接成面积近似相等的9个三角形面元，从而完成了第二级网格半球的每个三角形面元的1-9球面剖分。

其中，在所述步骤S5中，确定所述被遮挡的最后一级网格半球的三角形面元的过程是通过遍历所述第一级网格半球的所有三角形面元完成的，遍历所述第一级网格半球的三角形面元的每一个，具体包括步骤：

S51、将正在遍历的所述第一级网格半球的三角形面元作为当前第一级网格半球的三角形面元，并判断其是否已被标记为遮挡，若所述当前第一级网格半球的三角形面元已被标记为遮挡，则不再作检测，继续遍历，直至遍历完成，

S52、若正在遍历的所述当前第一级网格半球的三角形面元没有被遮挡，则遍历没有被遮挡的所述当前第一级网格半球的三角形面元所对应的第二级网格半球的三角形面元，

S521、将正在遍历的第二级网格半球的三角形面元作为当前第二级网格半球的三角形面元，并判断其是否已经被遮挡，若所述当前第二级网格半球的三角形面元已经被标记为遮挡则不再做检测，若其没有已经被标记为遮挡，则继续对第三级至最后一级采用同样方法逐级判断，当检测到最后一级网格半球的三角面元时，通过判断最后一级网格半球三角形面元中心与球心连线是否经过被投影的冠层面元实现对遮挡的检测，若其遮挡检测结果为遮挡，则将包含其的上一级网格半球的三角面元的遮挡记数加1，对第四级至第一级网格半球逐级向上判断，若其遮挡记数等于其所包含的下一级网格球面三角形面元数量，则将其遮挡标记设为遮挡，并将包含其的上一级网格球面面元三角形的遮挡记数加1，直至第一级网格球面面元结束，随后若对所述当前第一级网格半球的三角形面元所对应的第二级网格半球的三角形面元的遍历结束，再次判断所述当前第一级网格半球的三角形面元所对应的所有第二级三角形面元是否都已经被标记为遮挡，若都已经被标记为遮挡，则将所述当前第一级网格半球的三角形面元标记为遮挡，

S522、若所述当前第二级网格半球的三角形面元没有被遮挡，则采用类似的步骤继续对其对应的下一级网格半球的三角形面元进行类似的遍历、判断、检测和标记，直至最后一级网格半球。

(三)有益效果

本发明与现有技术相比，应用了计算机图形学中的曲面细分技术，通过建立网格细分半球以及相对应的半球覆盖查找机制，为作物冠层光分布的模拟和光合作用定量化模拟提供了快速和精确的方法。本发明在作物冠层散射光分布计算方面，在计算速度与精度上都有较大的提高，其中，原有方法的半球的同一级面元的最大面积与最小面积比为1.57，所以计算作物冠层的天空可见率(即冠层的某一面元不受冠层的其它面元遮挡而能看见天空的比例)的误差较大，而本发明的该比例为1.208，因此在精度上有很大提高，由于采用了网格半球查找方法，因此在计算速度上与原有方法相比也有了较大的提高。

因此，本发明可根据农业作物冠层快速、准确、无损的数据获取需求，面向主要作物冠层的散射光分布模拟以及在此基础上的主要农学参数的测量和计算，设计相应的散射光分布计算方法，对开发应用工具具有重要的实际意义和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施方式的方法流程图；

图2为依照本发明实施方式建立的初始网格半球；

图3为依照本发明实施方式建立的第一级网格半球；

图4为依照本发明实施方式建立的第二级网格半球；

图5为依照本发明实施方式建立的第三级网格半球；

图6为依照本发明实施方式建立的第四级网格半球；

图7为依照本发明实施方式建立的最后一级网格半球；

图8为依照本发明实施方式建立的6株玉米冠层的散射光分布计算可视化效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供了一种作物冠层散射光分布计算方法，根据乌龟壳算法(Turtle algorithms)，通过运用网格细分方法建立网格半球，建立合理的面元覆盖检索机制，计算出作物冠层中每个面元的散射光分布情况，该方法的具体步骤如图1所示。

在步骤S1中，首先以世界坐标系的原点为球心，建立作为初始网格的由等边三角形构成的曲面极限为完整球形的正二十面体网格。采用正二十面体网格作为初始网格的原因是：本发明的计算方法需要同一级的面元之间的面积之比尽可能接近1的虚拟半球，因此首选需要一个多边形面积尽可能相同的初始网格半球，因此采用由等边三角形构成的正二十面体作为初始网格。蝶形(Butterfly)细分为插值细分方法中的一种，研究发现该细分格式能更好的保持三角形面积比例，但该蝶形细分产生较多的“形状变形”，因此直接细分二十面体，效果不好。而

细分法具有更好的光滑性，使得半球更为光滑并保特征效果。因此，本方明采用了上述两种细分方法的组合。对初始正二十面体网格，进行两次

细分，然后Butterfly细分一次，取球心以上的半球(初始网格的极限曲面为完整的球形)并使该半球足以罩住作物冠层，规定其向上方向与冠层的生长方向相同，即得到初始网格半球，如图2所示。

在步骤S2中，在初始网格半球中，找出6个同时在正二十面体的5个面中的点，称之为价5顶点，其中，与其它价5顶点距离相等的一个点称之为中心价5顶点，将初始网格半球的除中心价5顶点之外的5个价5顶点相连，再将除中心价5顶点之外的5个价5顶点分别与初始网格半球的中心价5顶点相连，以形成第一组三角形面元的5个三角形面元；找出距离除中心价5顶点之外的5个价5顶点的每一个在初始网格半球的边缘上最近的2个网格点，再找出分别距离最近的2个网格点的最近的2个点，称之为次近边缘点，将除中心价5顶点之外的5个价5顶点所对应的2个次近边缘点相连，并将5个价5顶点的每一个与其对应的2个次近边缘点相连，以形成作为第二组三角形面元的5个三角形面元；将第二组三角形面元的每一个的价5顶点所在的两个三角形边分别向下延长，使相邻的第二组三角形面元的每一个的向下延长的三角形边相交，从而形成第三组三角形面元的5个三角形面元，第三组的5个三角形面元的每一个以两个价5顶点和相交的交点为顶点，从而第一、第二和第三组三角形面元组成第一级网格半球，如图3所示。

接着在第一级网格半球的基础上构造第二级网格半球。在步骤S3中，首先对第一级网格半球中的第一组三角形面元中的每一个进行1-4球面剖分，即对于第一组三角形面元中的每一个，找出初始网格半球的球面中距离每一个三角形面元每条边的中点最近的球面点，将该球面点与其对应的中点所在边的两个顶点相连，并把新找出来的球面点两两相连，这样第一组三角形面元中的每一个会产生4个新的三角形面元与之对应，从而形成第四组三角形面元，共20个三角形面元；将第二组三角形直接作为第五组三角形面元；对第一级网格半球中的第三组三角形面元的每一个进行如上的1-4球面剖分，但每个剖分只取位于上部的三个三角形面元，这样共有15个新的三角形面元，作为第六组三角形面元，从而第四组、第五组以及第六组三角形面元组成第二级网格半球，如图4所示。

在步骤S4中，对第二级网格半球的每个三角形面元进行1-9球面剖分，其方法是：找出初始网格半球顶点中与每一个三角形面元重心最近的点，再找出初始网格半球的球面与每一个三角形面元的每条边的三分之一点和三分之二点最近的六个点，对于每一个三角形面元来说，再加上每一个三角形的顶点共有10个顶点，将这10个顶点连接成面积近似相等的9个三角形面元，就完成了第二级网格半球的每个三角形面元的1-9球面剖分，从而得到了360个三角形面元组成的第三级网格半球，如图5所示。实际上，第三级网格半球与初始网格半球构造相同，但第三级网格半球中的三角形面元与第一级和第二级网格半球的三角形面元之间已经有了从属关系。

前述的第三级网格半球的构造实际上是从初始网格半球上找出所需的点来构造的，而下面构造第四、五级网格半球则是通过细分方法增加新的顶点所得到。

对第三级网格半球运用Butterfly细分进行细分，得到包含1440个三角形面元的第四级网格半球，如图6所示；同样运用Butterfly细分对第四级网格半球进行细分，得到包含5760个三角形面元的最后一级网格半球，如图7所示。实际上从第二级网格半球开始可以采用多次各种剖分(如1-4球面、1-9球面剖分以及蝶形剖分)直至获得最后一级网格半球，使得上下级网格半球的每一个面元之间形成一对多的对应关系。

上面构造的第一级、第二级、第三级、第四级和最后一级网格半球的结构为树形结构，除了第一级网格半球与第二级网格半球之间存在的一对一，一对三的关系，其它级的网格半球间都是四叉树或九叉树。利用该结构，可以快速的进行面元覆盖查找。

在步骤S5中，将最后一级网格半球的球心置于作物冠层的某一个面元的中心，将作物冠层的其它面元的任一个在所述最后一级网格半球上进行球面投影，如果在最后一级网格半球上有投影，则在投影范围内，确定被遮挡的所述最后一级网格半球的三角形面元数量，其方法包括如下步骤：

S51定义一个方法F(m，c)判断第m级中任意一个三角形面元是否被标记为遮挡，其中m代表第m级，m为正整数，且m≥1，c代表第m级中的当前三角形面元所对应的下一级三角形面元的个数。方法F(m，c)包含如下步骤F0至F1222：

F0.为第一级至第四级(除了最后一级)中的每一个三角形面元定义变量q，表示该面元所对应的下一级三角形面元中被标记为遮挡的个数，并将q设置为0；定义变量i为最后一级所有三角形面元中被遮挡的面元个数，并设置i＝0；本步骤只在每次半球位置更改后执行一次；

F1.循环遍历c个三角形面元

F10将当前正在遍历的三角形面元记为S(m，n)，其中S(m，n)表示第m级中的第n个三角形面元，m表示当前三角形面元所处级为m，n表示当前三角形面元处于c个三角形面元中的的第n个。

F11如果对c个三角形面元的遍历已完成，则

F110如果q的值与c相等，则设置F(m，c)的值为已遮挡，方法F(m，c)结束；

F111如果q的值与c不相等，则设置F(m，c)的值为未遮挡，方法F(m，c)结束；

F12如果对c个三角形面元的遍历还未完成，则判断当前正在遍历的三角形面元S(m，n)是否已被标记为遮挡：

F120若当前正在遍历的三角形面元S(m，n)已被标记为遮挡，则转至F1，从而继续遍历三角形面元S(m，n)所在级m中的下一个三角形面元；

F121若当前正在遍历的三角形面元S(m，n)被标记为未遮挡，则判断当前级是否为最后一级：

F1211若当前级是最后一级，并且当前正在遍历的三角形面元S(m，n)中心与最后一级网格半球球心的连线经过被投影的冠层面元，则设置当前正在遍历的三角形面元S(m，n)的遮挡标记为已遮挡，并将最后一级所有三角形面元中被遮挡的面元计数i加1；

F1212若当前级不是最后一级，则需执行F(m+1，c1)从而确定当前正在遍历的三角形面元S(m，n)的遮挡标记，其中m+1表示当前级m的下一级，c1代表当前正在遍历的三角形面元S(m，n)所对应的下一级面元个数，

F122再次判断当前正在遍历的三角形面元S(m，n)是否已被标记为遮挡，

F1221如果当前正在遍历的三角形面元S(m，n)被标记为遮挡，则遮挡计数q加1，并转至F1，从而继续遍历三角形面元S(m，n)所在级m中的下一个三角形面元；

F1222如果当前正在遍历的三角形面元S(m，n)被标记为未遮挡，则转至F1，从而继续遍历三角形面元S(m，n)所在级m中的下一个三角形面元；

S52将第一级设置为当前级；

S53遍历第一级的所有三角形面元，对每一面元执行方法F(1，C)，其中1表示当前所遍历的级为第一级，C表示当前正在遍历的三角形面元所对应的下一级三角形面元的个数。

S531若遍历当前第一级的所有三角形面元结束，则得到最后一级所有三角形面元中被遮挡的面元计数i，

S532若遍历当前第一级的所有三角形面元未结束，则转至S53继续遍历。

所得到的i为被遮挡的最后一级三角形面元的个数。

在步骤S6中，在获得被投影的任一冠层面元所遮挡的最后一级网格半球后，按照上述方法获得所有被投影的冠层面元所遮挡的最后一级网格半球。接着在该步骤S6中计算当前面元的天空可见率，即冠层的当前面元不受冠层的其它面元遮挡而能看见天空的比例，其方法是计算最后一级网格半球中没被遮挡的三角形面元数量与最后一级网格半球的所有三角形面元总数的比值，获得该面元的天空可见率后，用初始的散射光强度值乘上该面元的天空可见率就得到了该面元在冠层中的散射光强度。

在步骤S7中，根据上面所述的计算作物冠层某一面元天空散射光强的方法，可以计算冠层的其它面元的天空散射光强，从而得到整个冠层的天空散射光强分布。

下面举一个例子详细说明本发明的计算方法的应用，本实施例以玉米冠层为研究对象，适用于类似玉米冠层的作物冠层散射光分布计算。具体步骤如下：

将玉米冠层划分为多个面元，以世界坐标系的原点为球心建立正二十面体，对该正二十面体，采用两次

细分和一次Butterfly细分进行细分，对所得的网格取半球并使其罩住作物冠层，规定其向上方向与玉米冠层的生长方向相同，作为初始网格半球。

分析初始网格半球，找到价5顶点、除中心价5顶点之外的价5顶点在边缘上的次近边缘点等特征点，构造第一级网格半球、根据第一级网格半球构造第二级网格半球，根据第二级网格半球构造第三级网格半球。

对第三级网格半球进行Butterfly细分，得到第四级网格半球，对第四级网格半球进行Butterfly细分得到最后一级网格半球，并存储这些网格之间关系的数据结构，使得第一级、第二级、第三级、第四级和最后一级网格半球之间呈树状数据结构。

将该最后一级网格半球的球心置于玉米冠层的某一面元的中心，将冠层中的其它面元的每一个在当前面元的最后一级网格半球上进行球面投影，在确定了投影范围后，由最后一级网格半球向第一级网格半球一一判断三角形面元是否被遮挡，并进行标记，统计在最后一级网格半球中被遮挡的三角形面元数量，没有被遮挡的三角形面元数量与最后一级网格半球总面元数量的比值作为当前面元的天空可见率。

该面元的天空可见率乘上初始的天空散射光强度就得到了该面元最终的天空散射光强度。

对玉米冠层中其它面元执行上述步骤即可得到最终的玉米冠层内的天空散射光强分布情况。图8给出了一个6株的玉米冠层散射光分布计算结果，其中，该玉米冠层包含面元5142个，在主频为2.8G、内存为2G的笔记本上的散射光计算时间为34.89秒。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种作物冠层散射光分布计算方法，其特征在于，包括步骤：

S1、以世界坐标系的原点为球心，建立极限曲面为球体的正二十面体网格，从而构造初始网格半球；

S2、在初始网格半球中，找出6个同时在正二十面体的5个面中的点，称之为价5顶点，其中，与其它价5顶点距离相等的一个点称之为中心价5顶点，将初始网格半球的除中心价5顶点之外的5个价5顶点相连，再将除中心价5顶点之外的5个价5顶点分别与初始网格半球的中心价5顶点相连，以形成第一组三角形面元的5个三角形面元；找出距离除中心价5顶点之外的5个价5顶点的每一个在初始网格半球的边缘上最近的2个网格点，再找出分别距离最近的2个网格点的最近的2个点，称之为次近边缘点，将除中心价5顶点之外的5个价5顶点所对应的2个次近边缘点相连，并将5个价5顶点的每一个与其对应的2个次近边缘点相连，以形成作为第二组三角形面元的5个三角形面元；将第二组三角形面元的每一个的价5顶点所在的两个三角形边分别向下延长，使相邻的第二组三角形面元的每一个的向下延长的三角形边相交，从而形成第三组三角形面元的5个三角形面元，第三组的5个三角形面元的每一个以两个价5顶点和相交的交点为顶点，从而第一、第二和第三组三角形面元组成第一级网格半球；

S3、对所述第一组三角形面元的每一个进行1-4球面剖分，从而得到第四组三角形面元，将所述第二组三角形面元作为第五组三角形面元，对所述第三组三角形面元的每一个进行1-4球面剖分，只取位于上部的三个三角形面元，从而获得第六组三角形面元，将所述第四、第五和第六组三角形面元组成第二级网格半球，从而所述第一级网格半球的三角形面元的每一个与其对应的第二级网格半球的三角形面元形成一对一或一对三或一对四的对应关系；

S4、继续对所述第二级网格半球进行N-2次剖分，其中N为正整数，且N≥2，以获得最后一级网格半球，从而从所述第一级至最后一级，将每一级的某几个三角形面元与其上一级的某一个面元之间形成多对一的对应关系；

S5、将所述最后一级网格半球的球心置于所述作物冠层的某一个面元的中心，将所述作物冠层的其它面元的任一个在所述最后一级网格半球上进行球面投影，如果在所述最后一级网格半球上有投影，则在投影范围内，确定被遮挡的所述最后一级网格半球的三角形面元；

S6、对没有被投影的所述作物冠层的其它面元的每一个执行步骤S5，得到所有未被遮挡的最后一级网格半球的三角形面元的数量，将所述未被遮挡的最后一级网格半球的三角形面元数量除以所述最后一级网格半球的三角形面元总数，再乘以初始天空散射光强值，得到所述某一个面元的天空散射光强；

S7、根据所述步骤S2-S6，计算所述作物冠层中的其它面元的天空散射光强，从而得出所述作物冠层的散射光强分布。

2.如权利要求1所述的作物冠层散射光分布计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中构造初始网格半球的方法是：规定所述正二十面体网格向上的方向与作物冠层生长的方向相同，对所述正二十面体网格进行两次细分和一次蝶形细分，取所述球心以上、且能够罩住作物冠层的半球作为初始半球网格。

3.如权利要求2所述的作物冠层散射光分布计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中形成所述第一组三角形面元的方法是：找出所述初始半球网格中同时处于所述正二十面体网格的5个面中的6个点，并将其称之为价5顶点，其中，把与其它价5顶点距离相等的一个点称之为中心价5顶点，将所述初始网格半球中除中心价5顶点之外的5个价5顶点与距离最近的其中两个相连，再将除中心价5顶点之外的5个价5顶点分别与所述初始网格半球的中心价5顶点相连，以形成第一组三角形面元的5个三角形面元。

4.如权利要求3所述的作物冠层散射光分布计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中形成所述第二组三角形面元的方法是：找出所述初始网格半球的边缘上距离除所述中心价5顶点之外的5个价5顶点中的每一个最近的2个网格点，再找出分别距离所述最近的2个网格点最近的2个边缘点，并将其称之为次近边缘点，将除中心价5顶点之外的5个价5顶点的每一个所对应的2个次近边缘点相连，并将5个价5顶点的每一个与其对应的2个次近边缘点相连，以形成第二组三角形面元的5个三角形面元。

5.如权利要求4所述的作物冠层散射光分布计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，形成所述第三组三角形面元的方法是：将每一个第二组三角形面元的价5顶点所在三角形的两条边向下延长，使相邻的第二组三角形面元的向下延长的三角形的边相交，从而形成第三组三角形面元的5个三角形面元，所述第三组三角形面元的5个三角形面元的每一个以两个价5顶点和所述相交的交点为顶点。

6.如权利要求5所述的作物冠层散射光分布计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当N＝5时，继续对所述第二级网格半球进行3次剖分的过程为：对所述第二级网格半球的每个三角形面元，进行1-9球面剖分，得到第三级网格半球，对所述第三级网格半球进行蝶形细分以得到第四级网格半球，对所述第四级网格半球进行蝶形细分以得到最后一级网格半球。

7.如权利要求6所述的作物冠层散射光分布计算方法，其特征在于，在所述步骤S5中，确定所述被遮挡的最后一级网格半球的三角形面元的过程是通过遍历所述第一级网格半球的所有三角形面元完成的，遍历所述第一级网格半球的三角形面元的每一个，具体包括步骤：

S51、将正在遍历的所述第一级网格半球的三角形面元作为当前第一级网格半球的三角形面元，并判断其是否已被标记为遮挡，若所述当前第一级网格半球的三角形面元已被标记为遮挡，则不再作检测，继续遍历，直至遍历完成，

S52、若正在遍历的所述当前第一级网格半球的三角形面元没有被遮挡，则遍历没有被遮挡的所述当前第一级网格半球的三角形面元所对应的第二级网格半球的三角形面元，

S521、将正在遍历的第二级网格半球的三角形面元作为当前第二级网格半球的三角形面元，并判断其是否已经被遮挡，若所述当前第二级网格半球的三角形面元已经被标记为遮挡则不再做检测，若其没有已经被标记为遮挡，则继续对第三级至最后一级采用同样方法逐级判断，当检测到最后一级网格半球的三角面元时，通过判断最后一级网格半球三角形面元中心与球心连线是否经过被投影的冠层面元实现对遮挡的检测，若其遮挡检测结果为遮挡，则将包含其的上一级网格半球的三角面元的遮挡记数加1，对第四级至第一级网格半球逐级向上判断，若其遮挡记数等于其所包含的下一级网格球面三角形面元数量，则将其遮挡标记设为遮挡，并将包含其的上一级网格球面面元三角形的遮挡记数加1，直至第一级网格球面面元结束，随后若对所述当前第一级网格半球的三角形面元所对应的第二级网格半球的三角形面元的遍历结束，再次判断所述当前第一级网格半球的三角形面元所对应的所有第二级三角形面元是否都已经被标记为遮挡，若都已经被标记为遮挡，则将所述当前第一级网格半球的三角形面元标记为遮挡，

S522、若所述当前第二级网格半球的三角形面元没有被遮挡，则采用类似的步骤继续对其对应的下一级网格半球的三角形面元进行类似的遍历、判断、检测和标记，直至最后一级网格半球。

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