CN104751512B - 植物三维模型的构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种植物三维模型的构建方法及装置，其中方法包括：对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元；选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标；根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据；根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。通过本发明提供的植物三维模型的构建方法及装置，能够提高三维模型设计的速度，同时能够准确的反映植物品种的形态和表观特征。

Description

植物三维模型的构建方法及装置

技术领域

本发明涉及三维图像生成技术领域，尤其涉及一种植物三维模型的构建方法及装置。

背景技术

随着三维数字化技术的不断成熟，数字化仪和三维扫描等设备被广泛应用，近年来也逐渐被研究者用于植物三维形态的测量和重建中。植物的几何建模是数字植物研究的基础工作，在构建植物的几何模型的过程中，主要通过两种方法来构建，一种是基于实测数据的三维重建，另一种是基于交互式设计方法生成植物的三维模型。

基于实测数据的三维重建的方法对植物的形态数据的要求很高，同时获取植物数据的工作量大，工作过程繁琐，同时速度慢，在实际应用中不切合实际。基于交互式设计方法生成植物的三维模型是目前几何建模软件采用较多的植物几何建模方法，

基于实测数据的三维重建对植物的形态数据要求高，数据获取工作量大。基于交互式设计方法是目前几何建模软件采用较多的植物几何建模方法，基于交互式设计方法对应的软件主要包括AMAPmod、AmapSim、PlantCAD等基于节单位和参数化的交互式设计软件，但是这些软件设计的品种分辨率的植株几何模型人工交互工作量非常大。

植物新品种DUS测试是对申请保护的新品种进行特异性Distinctness、一致性Uniformity和稳定性Stability的栽培鉴定试验或室内分析测试的过程。植物的DUS指标能够描述植物品种的形态结构与表观纹理在品种尺度上的差异。现有植物交互式设计方法存在着设计工作量大、设计过程繁琐、设计速度慢、与实测植物形态数据结合不紧密、使得植物的三维模型无法反映出植物品种形态及表观特征等植物的特征。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种植物三维模型的构建方法及装置，能够提高三维模型设计的速度，同时能够准确的反映植物品种的形态和表观特征。

第一方面，本发明提供了一种植物三维模型的构建方法，包括：

对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元；

选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标；

根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据；

根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。

进一步地，所述待建模植物的结构单元名称与所述待建模植物在DUS测试指南中的结构单元的名称相对应，所述DUS为特异性、一致性和稳定性。

进一步地，所述选取所述待建模植物的各结构单元的指标，包括：

选取所述待建模植物在所述待建模植物DUS测试指南中与形态结构和表观纹理相关指标，以构建所述待建模植物的DUS规则库。

进一步地，所述DUS规则库包含所述与形态结构和表观纹理相关指标的取值范围，所述与形态结构和表观纹理相关指标的植物品种的取值。

进一步地，所述根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据，包括：

根据所述各结构单元的指标，采集所述待建模植物的各结构单元的指标数据；

根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，确定所述各结构单元模板库；

其中，所述指标数据包括所述各结构单元的三维点云数据、所述各结构单元的三维数字化数据、所述各结构单元的纹理数据、所述各结构单元的表观材质数据。

进一步地，所述根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，确定所述各结构单元模板库，包括：

采用几何处理方式和纹理处理方式，对所述待建模植物的各结构单元的指标数据进行处理，获得所述待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板；

根据所述待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板，确定所述结构单元模板库。

进一步地，所述结构单元模板库表现形式为：所述结构单元模板库中所述结构单元为网格模型，或所述结构单元的拓扑结构为三维点集模型，或所述结构单元为表观纹理模型。

进一步地，所述根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型，包括：

根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，获得各结构单元模板库；

根据所述各结构单元模板库，建立所述各结构单元模板库与所述DUS规则库中与所述结构单元相对应指标的对应关系；

根据所述对应关系和所述待建模植物的品种名称，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。

进一步地，所述根据所述各结构单元模板库，建立所述各结构单元模板库与所述DUS规则库中与所述结构单元相对应指标的对应关系，包括：

所述各结构单元模板库中的结构单元模板与唯一的所述DUS规则库中结构单元指标对应；

所述DUS规则库中结构单元指标与所述结构单元模板库中的至少一个结构单元模板对应；

所述DUS规则库中的所有指标至少与一个结构单元模板相对应。

第二方面，本发明提供了一种植物三维模型的构建装置，包括：

划分模块，用于对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元；

选取指标模块，用于选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标；

获取数据模块，用于根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据；

建模模块，用于根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。

由上述技术方案可知，通过本发明提供的植物三维模型的构建方法及装置，其中方法包括：对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元；选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标；根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据；根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。通过本发明提供的植物三维模型的构建方法及装置，能够提高三维模型设计的速度，同时能够准确的反映植物品种的形态和表观特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种植物三维模型的构建方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种葡萄树DUS规则库示意图；

图3为本发明实施例提供的一种葡萄树结构单元划分示意图；

图4为本发明实施例提供的一种不同葡萄品种叶片的几何模板示意图；

图5为本发明实施例提供的一种V字形葡萄树模板示意图；

图6为本发明实施例提供的一种植物三维模型的构建装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种植物三维模型的构建方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的植物三维模型的构建方法如下所述。

101、对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元。

应理解的是，对目标植物进行结构单元划分，获得目标植物的结构单元，也就是对待建模植物进行划分，获得待建模植物的结构单元。

102、选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标。

应理解的是，获取待建模植物的各结构单元的指标，其中，指标为与形态结构和表观纹理相关的指标，也就是选取目标植物在预设的特异性、一致性和稳定性(DistinctnessUniformity Stability，简称DUS)测试指南中的与形态结构和表观纹理相关指标，以构建目标植物的DUS规则库。

也可以理解的是，选取待建模植物在预设的特异性、一致性和稳定性DUS测试指南中的与形态结构和表观纹理相关指标，以构建待建模植物的DUS规则库。

待建模植物的结构单元名称与植物在特异性、一致性和稳定性DUS测试指南中的结构单元的名称相对应。

其中，待建模植物的结构单元与DUS测试指南中的结构单元相一致，就是待建模植物的结构单元在所述待建模植物的DUS测试指南中有相同的结构单元，或待建模植物的结构单元可由所述待建模植物的DUS测试指南中的多个指标所描述。

DUS规则库包含与形态结构和表观纹理相关的指标的取值范围，所述与形态结构和表观纹理相对应的指标的植物品种的取值。

待建模植物的结构单元数据包括所述待建模植物的结构单元的三维形态数据和表观纹理数据。

获取所述待建模植物在预设DUS测试指南中的与形态结构和表观纹理相关指标，以构建所述待建模植物的DUS规则库。

103、根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据。

应理解的是，根据各结构单元的指标，获取待建模植物的各结构单元的指标数据，也即是对应的采集各结构单元的指标数据。

指标数据包括所述各结构单元的三维点云数据、所述各结构单元的三维数字化数据、所述各结构单元的纹理数据、所述各结构单元的表观材质数据。

根据DUS规则库中的与形态结构和表观纹理相对应的指标，采集待建模植物的结构单元数据，以确定结构单元模板库。

采用几何处理方式和纹理处理方式，对所述待建模植物的结构单元数据进行处理，获得所述待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板；

根据待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板，确定结构单元模板库。

结构单元模板库表现形式为：结构单元模板库中所述结构单元为网格模型，或结构单元的拓扑结构为三维点集模型，或结构单元为表观纹理模型。

根据各结构单元的指标，采集待建模植物的各结构单元的指标数据；

根据待建模植物的各结构单元的指标数据，确定各结构单元模板库。

其中，根据待建模植物的各结构单元的指标数据，确定各结构单元模板库，包括：

采用几何处理方式和纹理处理方式，对所述待建模植物的各结构单元的指标数据进行处理，获得所述待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板。

根据待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板，确定所述结构单元模板库。

其中，几何处理：由于植物结构单元的几何数据获取为点云形式，所采用的几何处理流程主要包括：点云去噪、点云修复、网格生成和网格优化，其中各过程都会涉及很多算法，直接用流程即可，相关领域人员可读懂。

纹理处理：植物结构单元的初始纹理信息为照片，不是直接可用的纹理，需要进行图像背景去除，纹理增强等操作。

104、根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。

应理解的是，根据待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得待建模植物的三维模型。

根据待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，待建模植物的单株三维模型，包括：

根据待建模植物的各结构单元的指标数据，获得各结构单元模板库；

根据各结构单元模板库，建立所述各结构单元模板库与所述DUS规则库中与所述结构单元相对应指标的对应关系；

根据对应关系和所述待建模植物的名称，采用交互式设计方式，获得待建模植物的单株三维模型。

根据各结构单元模板库，建立所述各结构单元模板库与所述DUS规则库中与所述结构单元相对应指标的对应关系，包括：

各结构单元模板库中的结构单元模板与唯一的所述DUS规则库中结构单元指标对应；

DUS规则库中结构单元指标与所述结构单元模板库中的至少一个结构单元模板对应；

DUS规则库中的所有指标至少与一个结构单元模板相对应。

建立对应关系后，以品种名称为输入，开始植物几何模型交互式设计。基于DUS的交互式设计只需进行如下设计工作：植株与器官的参数化设计；植株尺度的形态结构调整；各结构单元模板微调。

通过本实施例的植物三维模型的构建方法，能够提高三维模型设计的速度，同时能够准确的反映植物品种的形态和表观特征。

以葡萄树的三维快速交互式设计为实施例。

首先、对葡萄树形态结构单元划分，主要分为茎、叶、果实三大部分，每个部分又分为具体的器官，如图3所示。

其次、从国家标准文件《葡萄DUS测试指南》中筛选出关于葡萄物候期、生物学特性、根、茎、叶、花、果实、种子等各方面共67项形态结构与表观纹理相关的详细指标如图2所示，基于这些指标与各指标对应的取值范围构建葡萄DUS规则库。将常用葡萄品种如赤霞珠、香妃、无核白等品种各指标的取值确定，同时添加到葡萄DUS规则库中。以赤霞珠、吃葡萄两品种，嫩梢梢尖开合程度、成龄叶片形状和果粒形状为例，给出了如下表所示的规则库示例。

对葡萄的各结构单元开展数据采集并生成模板，(1)目标品种叶片的三维点云数据采集并基于点云生成叶片几何模板，如图4；获取叶片纹理图像并处理成为可用的叶片纹理模板；(3)获取V字形葡萄树三维数字化数据，并处理成为可用的V字形树形模板，如图5。利用所生成的各结构单元几何模板及表观纹理模板构建葡萄结构单元模板库。

将模板库中各几何模板与DUS规则库中该结构单元对应指标的某一取值范围建立对应关系，如赤霞珠叶片模板与指标成龄叶片的叶片形状的取值4(圆形)对应等。为所有DUS指标至少建立一条对应关系。

建立对应关系后，开始植物几何模型交互式设计。预设计一个V字形的赤霞珠葡萄树几何模型，首先输入品种参数赤霞珠，系统会自动调用赤霞珠对应的各DUS指标的取值，如果该指标对应多个取值，则随机在取值范围内进行取值，然后进行植株与器官的参数化设计，包括各级蔓、新梢、果穗、叶片和卷须的数量与分布等，然后进行植株形态结构的微调，使得设计出的植株形态具有一定的个性；最后系统根据各结构单元与模板的对应关系自动调用几何模板，如果是一对多的对应关系则随机调用其中的一组模板，并安装到对应的生长位置上，最后对各结构单元模板进行微调，并最终得到所设计的赤霞珠葡萄树几何模型。

通过本实施例的葡萄树三维模型的构建方法，能够提高三维模型设计的速度，同时能够准确的反映植物品种的形态和表观特征。

图6为本发明实施例提供的一种植物三维模型的构建装置的结构示意图，如图6所示，本实施例的植物三维模型的构建装置的结构如下所述。

一种植物三维模型的构建装置，包括：划分模块61、选取指标模块62、获取数据模块63、建模模块64。

划分模块61，用于对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元。

获取指标模块62，用于选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标。

获取数据模块63，用于根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据。

建模模块64，用于根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。

通过本实施例的植物三维模型的构建装置，能够提高三维模型设计的速度，同时能够准确的反映植物品种的形态和表观特征。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或者部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但是，本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之

内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种植物三维模型的构建方法，其特征在于，包括：

对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元；

选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标；

根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据；

根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型；

所述根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型，包括：

根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，获得各结构单元模板库；

根据所述各结构单元模板库，建立所述各结构单元模板库与DUS规则库中与所述结构单元相对应指标的对应关系；

根据所述对应关系和所述待建模植物的品种名称，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。

2.根据权利要求1所述的植物三维模型的构建方法，其特征在于，所述待建模植物的结构单元名称与所述待建模植物在DUS测试指南中的结构单元的名称相对应，所述DUS为特异性、一致性和稳定性。

3.根据权利要求1所述的植物三维模型的构建方法，其特征在于，所述选取所述待建模植物的各结构单元的指标，包括：

选取所述待建模植物在所述待建模植物DUS测试指南中与形态结构和表观纹理相关指标，以构建所述待建模植物的DUS规则库。

4.根据权利要求3所述的植物三维模型的构建方法，其特征在于，所述DUS规则库包含所述与形态结构和表观纹理相关指标的取值范围，所述与形态结构和表观纹理相关指标的植物品种的取值。

5.根据权利要求1所述的植物三维模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据，包括：

根据所述各结构单元的指标，采集所述待建模植物的各结构单元的指标数据；

根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，确定所述各结构单元模板库；

其中，所述指标数据包括所述各结构单元的三维点云数据、所述各结构单元的三维数字化数据、所述各结构单元的纹理数据、所述各结构单元的表观材质数据。

6.根据权利要求5所述的植物三维模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，确定所述各结构单元模板库，包括：

采用几何处理方式和纹理处理方式，对所述待建模植物的各结构单元的指标数据进行处理，获得所述待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板；

根据所述待建模植物的结构单元的几何模板和纹理模板，确定所述结构单元模板库。

7.根据权利要求6所述的植物三维模型的构建方法，其特征在于，所述结构单元模板库表现形式为：所述结构单元模板库中所述结构单元为网格模型，或所述结构单元的拓扑结构为三维点集模型，或所述结构单元为表观纹理模型。

8.根据权利要求1所述的植物三维模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述各结构单元模板库，建立所述各结构单元模板库与所述DUS规则库中与所述结构单元相对应指标的对应关系，包括：

所述各结构单元模板库中的结构单元模板与唯一的所述DUS规则库中结构单元指标对应；

所述DUS规则库中结构单元指标与所述结构单元模板库中的至少一个结构单元模板对应；

所述DUS规则库中的所有指标至少与一个结构单元模板相对应。

9.一种植物三维模型的构建装置，其特征在于，包括：

划分模块，用于对待建模植物进行结构单元划分，以获得所述待建模植物的各结构单元；

选取指标模块，用于选取所述待建模植物的各结构单元的指标，所述指标为与形态结构和表观纹理相对应的指标；

获取数据模块，用于根据所述各结构单元的指标，获取所述待建模植物的各结构单元的指标数据；

建模模块，用于根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型；

所述建模模块，具体用于：

根据所述待建模植物的各结构单元的指标数据，获得各结构单元模板库；

根据所述各结构单元模板库，建立所述各结构单元模板库与DUS规则库中与所述结构单元相对应指标的对应关系；

根据所述对应关系和所述待建模植物的品种名称，采用交互式设计方式，获得所述待建模植物的单株三维模型。