CN102938162A - 基于样本的植物模型建立装置与方法 - Google Patents

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诺亚·基司·斯内夫利
陈宝权
燕飞龙
程章林
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Abstract

本发明公开了一种基于样本的植物模型建立装置与方法。所述装置包括：接收模块，用于接收待建模植物的样本；分析模块，用于对样本进行分析，获取样本枝干结构信息以及植物器官信息；第一建模模块，用于根据样本枝干结构信息以及植物器官信息，建立植物的器官模型，并建立描述样本枝干结构信息与器官模型之间关系的统计模型；合成模块，用于根据样本枝干结构信息合成植物的枝干结构；分布参数获取模块，用于根据统计模型，并结合器官模型获取器官的分布参数；第二建模模块，用于根据器官的分布参数，并结合植物的枝干结构建立植物的模型。本发明提出的基于样本的植物模型建立装置与方法基于样本对植物建模，提高了建模效率并降低了建模难度。

Description

基于样本的植物模型建立装置与方法
技术领域
本发明涉及计算机图形建模技术，尤其涉及一种基于样本的植物模型建立装置于方法。
背景技术
电影和游戏等场景中常需要具有真实感和引人入胜的三维场景，而这些场景中植物模型的逼真合理与否，很大程度上影响了场景的真实感。
现有技术中的植物三维建模方法有的利用事先构建的植物模型库或结合植物生长规律来构建植物模型，用户往往通过绘制勾勒的草图、拍摄的图片或扫描的点云数据来建立符合用户创作意图的特定植物模型，然而这些建模方法需要逐个地创建植物模型来构建植物群体，当植物场景较为复杂时，具有工作量大的缺点；有的基于语法的建模方法能由定义的抽象语法或形状参数生成植物群体，但这些语法或参数与用户期望的结果模型之间没有明显的关联，因此用户对于语法需要有一定的了解。综上所述，构建一个复杂的植物场景对于普通用户而言比较费力。
基于样本的建立方法指从用户给出的一个简单实例中生成具有类似风格的更复杂的结果。通过提供实例，用户可以快速便捷直观地描述期待的建立效果，通过简单改变目标外部轮廓的大小或形状，该方法可以建立多样的结果，被广泛应用于人群运动模拟、城市场景建立等领域中。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种基于样本的植物模型建立装置与方法。一方面，本发明提出的基于样本的植物模型建立装置包括：接收模块、分析模块、第一建模模块、合成模块、分布参数获取模块以及分布参数获取模块。其中，
所述接收模块用于接收待建模植物的样本；所述分析模块用于对所述样本进行分析，获取样本枝干结构信息以及植物器官信息；所述第一建模模块，用于根据所述样本枝干结构信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述样本枝干结构信息与器官模型之间关系的统计模型；所述合成模块用于根据所述样本枝干结构信息合成所述植物的枝干结构；所述分布参数获取模块用于根据所述统计模型，并结合所述器官模型获取所述器官的分布参数；所述第二建模模块，用于根据所述器官的分布参数，并结合所述植物的枝干结构建立所述植物的模型。
另一方面，本发明提出的基于样本的植物模型建立方法包括一下步骤：步骤一：接收待建模植物的样本；步骤二：对所述样本进行分析，获取样本枝干结构信息以及植物器官信息；步骤三：根据所述样本枝干结构信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述样本枝干结构信息与器官模型之间关系的统计模型；步骤四：根据所述样本枝干结构信息合成所述植物的枝干结构；步骤五：根据所述统计模型，并结合所述器官模型获取所述器官的分布参数；步骤六：根据所述器官的分布参数，并结合所述植物的枝干结构建立所述植物的模型。
本发明提出的基于样本的植物模型建立装置于方法采用基于样本的方式来进行植物建模工作，以单棵植物或植物群体的模型为样本研究合成类似风格和结构的复杂模型，用于植物模型的设计与重建，提高了建模效率并降低了建模难度。
附图说明
图1是本发明一实施例的基于样本的植物模型建立装置结构图；
图2是本发明一实施例的合成模块结构图；
图3是本发明一优选实施例的基于样本的植物模型建立装置结构图；
图4是本发明一实施例的基于样本的植物模型建立方法流程图；
图5是本发明一实施例的根据样本枝干结构信息合成植物的枝干结构的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一方面提出一种基于样本的植物模型建立装置，如图1所示，所述基于样本的植物模型建立装置包括：接收模块100、分析模块200、第一建模模块300、合成模块400、分布参数获取模块500以及第二建模模块600。
其中，所述接收模块100用于接收待建模植物的样本，所述待建模植物的样本包括但不限于通过拍摄植物所获得的植物图像样本。
所述分析模块200用于对所述样本进行分析，获取样本枝干结构信息以及植物器官信息。其中所述样本枝干结构信息主要包括对所述样本枝干拓扑结构的描述，也即所述样本的曲线骨架信息。所述器官包括但不限于所述植物的枝、叶、花。
所述第一建模模块300用于根据所述样本枝干结构信息以及所述植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述样本枝干结构信息与器官模型之间关系的统计模型。其中，所述器官模型包括但不限于所述植物的枝、花、叶等器官的形状、大小、纹理等特征参数；所述统计模型主要是指所述植物枝干生长趋势、枝干几何形态等对所述器官影响程度的模型。
所述合成模块400用于根据所述样本枝干结构信息合成所述植物的枝干结构。具体地，如图2所示，所述合成模块400包括信息变换模块401、三维纹理合成模块402以及枝干结构建立模块403。其中，所述信息变换模块401用于将所述样本枝干结构信息从连续空间变换到三维体素空间。所述三维纹理合成模块402用于对上述空间变换后的样本枝干结构信息进行三维纹理合成。其中，所采用的三维纹理合成技术包括但不限于patch-based合成方式。所述枝干结构建立模块403用于根据上述合成后的样本枝干结构信息建立所述植物的枝干结构。
所述分布参数获取模块500用于根据所述统计模型，并结合所述器官模型获取所述器官的分布参数。其中，所述器官的分布参数包括但不限于分布位置、数量、形状、大小、朝向等。
所述第二建模模块600用于根据所述器官的分布参数，并结合所述植物的枝干结构建立所述植物的模型。优选地，建立所述植物的模型之后，还可以不断全局优化所述器官的分布参数，得到更为精确的植物模型。
优选地，如图3所示，所述基于样本的植物模型建立装置还包括辅助合成模块700。所述辅助合成模块700用于根据所述样本枝干结构信息对所述植物的枝干结构的轮廓以及生长轨迹进行约束，以辅助合成所述植物的枝干结构。
本发明另一方面提出一种基于样本的植物模型建立方法。图4所示为本发明提出的基于样本的植物模型建立方法流程图。
具体地，在步骤S100中，接收待建模植物的样本，所述待建模植物的样本包括但不限于通过拍摄植物所获得的植物图像样本。
在步骤S200中，对所述样本进行分析，获取样本枝干结构信息以及植物器官信息。其中所述样本枝干结构信息主要包括对所述样本枝干拓扑结构的描述，也即所述样本的曲线骨架信息；所述器官包括但不限于所述植物的枝、叶、花。
在步骤S300中，根据所述样本枝干结构信息以及所述植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述样本枝干结构信息与器官模型之间关系的统计模型。其中，所述器官模型包括但不限于所述植物的枝、花、叶等器官的形状、大小、纹理等特征参数；所述统计模型主要是指所述植物枝干生长趋势、枝干几何形态等对所述器官影响程度的模型。
在步骤S400中，根据所述样本枝干结构信息合成所述植物的枝干结构。具体地，如图5所示，步骤S400又具体分为步骤S401、S402以及S403。其中，在步骤S401中，根据变换函数将所述样本枝干结构信息从连续空间变换到三维体素空间。在步骤S402中，采用纹理合成技术对上述空间变换后的样本枝干结构信息进行三维纹理合成。其中，所采用的三维纹理合成技术包括但不限于patch-based合成方式。在步骤S403中，根据上述合成后的样本枝干结构信息建立所述植物的枝干结构。
在步骤S500中，根据所述统计模型，并结合所述器官模型获取所述器官的分布参数。其中，所述器官的分布参数包括但不限于分布位置、数量、形状、大小、朝向等。
在步骤S600中，根据所述器官的分布参数，并结合所述植物的枝干结构建立所述植物的模型。优选地，建立所述植物的模型之后，还可以不断全局优化所述器官的分布参数，得到更为精确的植物模型。
优选地，在执行步骤S400时，还根据所述样本枝干结构信息对所述植物的枝干结构的轮廓以及生长轨迹进行约束，以辅助合成所述植物的枝干结构。
本发明提出的基于样本的植物模型建立装置于方法采用基于样本的方式来进行植物建模工作，以单棵植物或植物群体的模型为样本研究合成类似风格和结构的复杂模型，用于植物模型的设计与重建，提高了建模效率并降低了建模难度。
虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于样本的植物模型建立装置，包括：
接收模块，用于接收待建模植物的样本；
分析模块，用于对所述样本进行分析，获取样本枝干结构信息以及植物器官信息；
第一建模模块，用于根据所述样本枝干结构信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述样本枝干结构信息与器官模型之间关系的统计模型；
合成模块，用于根据所述样本枝干结构信息合成所述植物的枝干结构；
分布参数获取模块，用于根据所述统计模型，并结合所述器官模型获取所述器官的分布参数；
第二建模模块，用于根据所述器官的分布参数，并结合所述植物的枝干结构建立所述植物的模型。
2.根据权利要求1所述的基于样本的植物模型建立装置，其特征在于，还包括辅助合成模块，所述辅助合成模块用于根据所述样本枝干结构信息对所述植物的枝干结构的轮廓以及生长轨迹进行约束，以辅助合成所述植物的枝干结构。
3.根据权利要求1所述的基于样本的植物模型建立装置，其特征在于，所述合成模块还包括：信息变换模块、三维纹理合成模块以及枝干结构建立模块，其中，
所述信息变换模块用于将所述样本枝干结构信息从连续空间变换到三维体素空间；
所述三维纹理合成模块用于对上述空间变换后的样本枝干结构信息进行三维纹理合成；
所述枝干结构建立模块用于根据上述合成后的样本枝干结构信息建立所述植物的枝干结构。
4.根据权利要求1所述的基于样本的植物模型建立装置，其特征在于，所述器官包括所述植物的枝、叶、花。
5.根据权利要求1所述的基于样本的植物模型建立装置，其特征在于，所述器官的分布参数包括分布位置、数量、形状、大小以及朝向。
6.一种基于样本的植物模型建立方法，包括以下步骤：
步骤一：接收待建模植物的样本；
步骤二：对所述样本进行分析，获取样本枝干结构信息以及植物器官信息；
步骤三：根据所述样本枝干结构信息以及植物器官信息，建立所述植物的器官模型，并建立描述所述样本枝干结构信息与器官模型之间关系的统计模型；
步骤四：根据所述样本枝干结构信息合成所述植物的枝干结构；
步骤五：根据所述统计模型，并结合所述器官模型获取所述器官的分布参数；
步骤六：根据所述器官的分布参数，并结合所述植物的枝干结构建立所述植物的模型。
7.根据权利要求7所述的基于样本的植物模型建立方法，其特征在于，执行步骤四时还根据所述样本枝干结构信息对所述植物的枝干结构的轮廓以及生长轨迹进行约束。
8.根据权利要求7所述的基于样本的植物模型建立方法，其特征在于，步骤四包括以下步骤：
根据变换函数将所述样本枝干结构信息从连续空间变换到三维体素空间；
采用纹理合成技术对上述空间变换后的样本枝干结构信息进行三维纹理合成；
根据上述合成后的样本枝干结构信息建立所述植物的枝干结构。
9.根据权利要求7所述的基于样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、叶、花。
10.根据权利要求7所述的基于样本的植物模型建立方法，其特征在于，所述器官的分布参数包括分布位置、数量、形状、大小以及朝向。
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