CN103985153B - 模拟植株生长的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟植株生长的方法和系统，该方法包括：S1、构建不同品种的植株在其生长过程中各时期的三维模型集合并存储于预设的三维模型数据库中；S2、生成目标图像，并通过所述目标图像从所述三维模型数据库中获取与所述目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合；S3、对匹配得到的植株品种的所述三维模型集合中的模型进行投影，并对所述投影进行交互控制实现待模拟植株的模拟生长。本发明还提供了一种模拟植株生长的系统，包括三维建模模块、目标追踪模块以及投影模块。通过采用本发明所公开的模拟植株生长的方法和系统借助交互技术将计算机生成的虚拟环境与用户周围的现实环境融为一体，增强了用户使用的趣味性和互动性。

Description

模拟植株生长的方法和系统

技术领域

本发明涉及农业领域，特别涉及一种模拟植株生长的方法和系统。

背景技术

目前，实现三维植株生长模拟大都是基于虚拟现实技术的，主要通过在搭建的虚拟环境中构建三维植株模型，使得用户从感官效果上沉浸在由计算机创造的虚拟环境中，进而零距离的观察植株生长模拟情况。然而其展示物品多为静止的，用户只能对三维植株进行坐标轴位置的改变，不能进行互动操控。用户交互体验差，往往对于介绍该植株特性、展示产品功能方面相对薄弱，缺乏吸引力，除展示之外没有其它实用性功能，无法满足用户在现实世界中真实地感受虚拟空间中模拟的植株的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现用户与模拟的植株的交互操作方法和系统。

为此目的，本发明提出了一种模拟植株生长的方法，包括以下步骤：

S1、构建不同品种的植株在其生长过程中各时期的三维模型集合并存储于预设的三维模型数据库中；

S2、生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过所述目标图像从所述三维模型数据库中获取与所述目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合；

S3、对匹配得到的植株品种的所述三维模型集合中的模型进行投影，并对所述投影进行交互控制实现待模拟植株的模拟生长。

优选的，所述步骤S1包括：根据植株组成器官之间的属性关系，基于模型重建算法并通过纹理渲染技术和仿真可视化技术分别构建植株在其生长过程中各时期的三维模型。

优选的，所述目标图像以及所述三维模型数据库的配置XML文件中均包含有用以区别不同植株品种的特征点信息，所述特征点信息在所述三维模型数据库中进行解析，匹配出该待模拟植株所对应的植株品种。

优选的，步骤S3还包括：播放与所述投影相对应的音频解说文件。

优选的，所述步骤S3具体又包括：

S301、生成与所述目标图像相配合的触发图像；

S302、确定用于将所述触发图像与目标图像之间在二维平面中的距离转换为在虚拟环境下三维欧式空间中的三维距离的坐标转换矩阵；

S303、控制所述触发图像与所述目标图像之间的距离，根据所述坐标转换矩阵得到所述距离在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离，根据所述三维距离按照预设规则在所述三维模型数据库中确定与所述三维距离对应的三维模型集合中的各模型的帧序列；

S304、确定待模拟植株的模型在虚拟环境下的三维欧式空间中的投影位置信息，根据所述帧序列，进行投影。

优选的，所述触发图像为不同于所述目标图像的非对称图像。

优选的，步骤S302包括：通过相机标定以获取相机的内部参数从而确定二维平面到三维欧式空间的所述坐标转换矩阵。

本发明还提供了一种模拟植株生长的系统，包括：

三维建模模块，用以构建不同品种的植株在其生长过程中各时期的三维模型集合并存储于预设的三维模型数据库中；

目标追踪模块，用以生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过所述目标图像从所述三维模型数据库中获取与所述目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过所述目标图像从所述三维模型数据库中获取与所述目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合；

投影模块，对匹配得到的植株品种的所述三维模型集合中的模型进行投影，并对所述投影进行交互控制实现待模拟植株的模拟生长。

优选的，所述投影模块包括：

触发图像生成单元，用以生成与所述目标图像相配合的触发图像；

坐标转换矩阵确定单元，确定用于将所述触发图像与目标图像之间在二维平面中的距离转换为在虚拟环境下三维欧式空间中的三维距离的坐标转换矩阵；

控制单元，用以控制所述触发图像与所述目标图像之间的距离，根据所述坐标转换矩阵得到所述距离在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离，根据所述三维距离按照预设规则在所述三维模型数据库中确定与所述三维距离对应的三维模型集合中的各模型的帧序列；

投影单元，用以确定待模拟植株的模型在虚拟环境下的三维欧式空间中的投影位置信息，并根据所述帧序列，进行投影。

优选的，所述控制单元还用以控制与所述投影相对应的音频解说文件的播放，如对该音频的开启与关闭，音量的大小等。

通过采用本发明所公开的模拟植株生长的方法和系统借助交互技术将计算机生成的虚拟环境与用户周围的现实环境融为一体，同时配有对植株解说的音频，使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的组成部分，实现虚拟世界和真实世界的实时同步，用户与模拟的植株的交互操作增强了用户使用的趣味性和互动性，提高了宣传力度从而能够促进农业信息化的发展。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明中模拟植株生长的方法的流程图。

图2示出了本发明的方法中步骤S3的流程图。

图3示出了本发明中模拟植株生长的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明提出了一种模拟植株生长的方法，包括以下步骤：

S1、构建不同品种的植株在其生长过程中各时期的三维模型集合并存储于预设的三维模型数据库中；

具体的，该步骤又包括：根据植株组成器官之间的属性关系，基于模型重建算法并通过纹理渲染技术和仿真可视化技术分别构建植株在其生长过程中各时期的三维模型。

S2、生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过目标图像从三维模型数据库中获取与目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合；

具体的，目标图像以及三维模型数据库的配置XML文件中均包含有用以区别不同植株品种的特征点信息，特征点信息在三维模型数据库中进行解析，匹配出该待模拟植株所对应的植株品种。

S3、对匹配得到的植株品种的三维模型集合中的模型进行投影，并对投影进行交互控制实现待模拟植株的模拟生长；

此外，步骤S3还包括：播放与所述投影相对应的音频解说文件，使得用户在观看投影的同时能够听到与投影相对应的解说，丰富了展示的内容，同时也能够带给用户更加生动形象的感受；

具体的，该步骤S3具体又包括：

S301、生成与目标图像相配合的触发图像，作为一种优选，优选的，该触发图像为不同于所述目标图像的非对称图像，触发图像选取为非对称图像能够有效地得到快速识别，且不会因为对称性而发生错误；

S302、确定用于将触发图像与目标图像之间在二维平面中的距离转换为在虚拟环境下三维欧式空间中的三维距离的坐标转换矩阵，优选的，具体的，通过相机标定以获取相机的内部参数从而确定二维平面到三维欧式空间的所述坐标转换矩阵；

S303、控制触发图像与目标图像之间的距离，根据坐标转换矩阵得到距离在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离，根据三维距离按照预设规则在三维模型数据库中确定与三维距离对应的三维模型集合中的各模型的帧序列；

S304、确定待模拟植株的模型在虚拟环境下的三维欧式空间中的投影位置信息，根据所述帧序列，进行投影。

在本实施例中，当触发图像与目标图像之间距离为初始值0时，对应的为待模拟植株的生长投影的第0帧，待模拟植株的生长投影的帧数随触发图像与目标图像之间的距离的增大而增加，完成待模拟植株从幼苗期到成熟期的生长投影；

具体的，将触发图像与目标图像置于用以采集图像信息的摄像头的捕捉区域内。通过矩阵变换，触发图像与目标图像的位置信息被转换为虚拟环境下的三维位置信息，从而计算出触发图像与目标图像之间的在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离。改变触发图像与目标图像之间的距离，这样，触发图像与目标图像在虚拟环境下的三维位置就会发生改变，对应的三维距离也会发生改变，随着该三维距离的增加，植株模型会从第一帧开始播放，从而完成植株生长过程的模拟。当距离足够大，植株模型会完成植株成熟性状的模拟。相应的，随着触发图像与目标图像之间的距离的减少，植株会从成熟性状逐渐的生长为幼苗期的性状。即，随着两个触发器之间距离的增加，植株会从幼苗期生长到成熟期，为正序的播放植株投影；随着两个触发器之间距离的减少，植株会从成熟期生长到幼苗期，即为倒序的播放植株投影。

如图3所示，本发明还提供了一种模拟植株生长的系统，包括：

三维建模模块，用以构建不同品种的植株在其生长过程中各时期的三维模型集合并存储于预设的三维模型数据库中，具体该三维建模模块的利用数字影像设备(如照相机、扫描仪等)对静态的待模拟植株进行成像处理，通过其轮廓特征信息，把该待模拟植株的三维骨架提取出来，根据植株组成器官之间的属性关系，基于模型重建算法并通过纹理渲染技术和仿真可视化技术完成虚拟作物轮廓模型的构建；

目标追踪模块，用以生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过目标图像从三维模型数据库中获取与目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过目标图像从所述三维模型数据库中获取与目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合；在本实施例中，目标追踪模块使用Vuforia平台，该基于Vuforia平台的可以识别的目标图像以及触发图像不同于传统的标记图像、数据矩阵码或QR码，其能够识别的图像并不需要特殊的黑色和白色区域或特征码予以确认，因此能够支持彩色图片的识别，该平台的采用，大大提高了目标图像以及触发图像的可选范围，并且简化了传统的必须将图像转换为黑色和白色区域或特征码的步骤；

投影模块，对匹配得到的植株品种的三维模型集合中的模型进行投影，并对投影进行交互控制实现待模拟植株的模拟生长。

所述投影模块包括：

触发图像生成单元，用以生成与所述目标图像相配合的触发图像；

坐标转换矩阵确定单元，确定用于将所述触发图像与目标图像之间在二维平面中的距离转换为在虚拟环境下三维欧式空间中的三维距离的坐标转换矩阵；

控制单元，用以控制所述触发图像与所述目标图像之间的距离，根据所述坐标转换矩阵得到所述距离在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离，根据所述三维距离按照预设规则在所述三维模型数据库中确定与所述三维距离对应的三维模型集合中的各模型的帧序列；

投影单元，用以确定待模拟植株的模型在虚拟环境下的三维欧式空间中的投影位置信息，并根据所述帧序列，进行投影。

优选的，所述控制单元还用以控制与所述投影相对应的音频解说文件的播放，如对该音频的开启与关闭，音量的大小等。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟植株生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建不同品种的植株在其生长过程中各时期的三维模型集合并存储于预设的三维模型数据库中；

S2、生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过所述目标图像从所述三维模型数据库中获取与所述目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合；

S3、对匹配得到的植株品种的所述三维模型集合中的模型进行投影，并对所述投影进行交互控制实现待模拟植株的模拟生长；

所述步骤S3包括：

S301、生成与所述目标图像相配合的触发图像；

S302、确定用于将所述触发图像与目标图像之间在二维平面中的距离转换为在虚拟环境下三维欧式空间中的三维距离的坐标转换矩阵；

S303、控制所述触发图像与所述目标图像之间的距离，根据所述坐标转换矩阵得到所述距离在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离，根据所述三维距离按照预设规则在所述三维模型数据库中确定与所述三维距离对应的三维模型集合中的各模型的帧序列；

S304、确定待模拟植株的模型在虚拟环境下的三维欧式空间中的投影位置信息，根据所述帧序列，进行投影。

2.根据权利要求1所述的模拟植株生长的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：根据植株组成器官之间的属性关系，基于模型重建算法并通过纹理渲染技术和仿真可视化技术分别构建植株在其生长过程中各时期的三维模型。

3.根据权利要求1所述的模拟植株生长的方法，其特征在于，所述目标图像以及所述三维模型数据库的配置XML文件中均包含有用以区别不同植株品种的特征点信息，所述特征点信息在所述三维模型数据库中进行解析，匹配出该待模拟植株所对应的植株品种。

4.根据权利要求1所述的模拟植株生长的方法，其特征在于，步骤S3还包括：播放与所述投影相对应的音频解说文件。

5.根据权利要求1所述的模拟植株生长的方法，其特征在于，所述触发图像为不同于所述目标图像的非对称图像。

6.根据权利要求1所述的模拟植株生长的方法，其特征在于，步骤S302包括：通过相机标定以获取相机的内部参数从而确定二维平面到三维欧式空间的所述坐标转换矩阵。

7.一种模拟植株生长的系统，其特征在于，包括：

三维建模模块，用以构建不同品种的植株在其生长过程中各时期的三维模型集合并存储于预设的三维模型数据库中；

目标追踪模块，用以生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过所述目标图像从所述三维模型数据库中获取与所述目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合生成用以识别待模拟植株所属品种的目标图像，并通过所述目标图像从所述三维模型数据库中获取与所述目标图像相匹配的植株品种的三维模型集合；

投影模块，对匹配得到的植株品种的所述三维模型集合中的模型进行投影，并对所述投影进行交互控制实现待模拟植株的模拟生长

所述投影模块进一步用于：生成与所述目标图像相配合的触发图像；确定用于将所述触发图像与目标图像之间在二维平面中的距离转换为在虚拟环境下三维欧式空间中的三维距离的坐标转换矩阵；控制所述触发图像与所述目标图像之间的距离，根据所述坐标转换矩阵得到所述距离在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离，根据所述三维距离按照预设规则在所述三维模型数据库中确定与所述三维距离对应的三维模型集合中的各模型的帧序列；确定待模拟植株的模型在虚拟环境下的三维欧式空间中的投影位置信息，根据所述帧序列，进行投影。

8.根据权利要求7所述的模拟植株生长的系统，其特征在于，所述投影模块包括：

触发图像生成单元，用以生成与所述目标图像相配合的触发图像；

坐标转换矩阵确定单元，确定用于将所述触发图像与目标图像之间在二维平面中的距离转换为在虚拟环境下三维欧式空间中的三维距离的坐标转换矩阵；

控制单元，用以控制所述触发图像与所述目标图像之间的距离，根据所述坐标转换矩阵得到所述距离在虚拟环境下的三维欧式空间中对应的三维距离，根据所述三维距离按照预设规则在所述三维模型数据库中确定与所述三维距离对应的三维模型集合中的各模型的帧序列；

投影单元，用以确定待模拟植株的模型在虚拟环境下的三维欧式空间中的投影位置信息，并根据所述帧序列，进行投影。

9.根据权利要求8所述的模拟植株生长的系统，其特征在于，所述控制单元还用以控制与所述投影相对应的音频解说文件的播放。