CN117689823B - 基于拼接技术的植株三维模型生成方法和装置 - Google Patents
基于拼接技术的植株三维模型生成方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种基于拼接技术的植株三维模型生成方法和装置。所述方法包括：构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型；获取所述待建模植株的个体信息；基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株的目标三维模型；通过三维器官模型的构建与拼接，解决了传统方法中重建过程耗时长，遮挡严重的问题，提高了植株三维重建的速度和精度。
Description
技术领域
本申请涉及计算机图形学和植株分析技术领域，特别是涉及一种基于拼接技术的植株三维模型生成方法和装置。
背景技术
计算育种学是作物育种学与计算机科学的新兴交叉学科，运用计算机和数学逻辑构建与模拟作物育种及繁殖的全过程，为作物育种生产实践提供最佳的实施方案，实现作物育种从“试验选优”向“计算选优”的根本转变，提高作物育种的效率和准确性。农作物的产量受多方面因素的影响，但其中理想的株型结构（如株高、节数、叶柄长度及夹角、叶面积、朝向及叶子空间分布等）起着决定性作用，因此，通过计算机科学技术构建农作物的理想株型是计算育种学中一项十分必要且迫切的任务。
随着软硬件技术的发展，植物三维重建已成为植物表型学领域的一大助力，也受到了产学界的广泛关注。现有的植物三维重建方法有基于图像重建、基于激光扫描重建等方法。基于图像的重建方法是通过二维图像获取植物的深度信息和点云，该方法耗时长，容易受到光照的干扰，在拍摄过程中也存在遮挡问题。基于激光扫描的重建方法是通过主动发射激光来获取植物表面的点云数据，进而重建植物的三维模型，该方法相比与图像重建法，不受光照干扰，重建精度有所改善，但是扫描时间长、扫描仪的操作复杂、且遮挡问题仍无法解决。
综上所述，现有的植株建模方法仍存在操作复杂、效率低，重建质量较差的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高重建效率和质量的基于拼接技术的植株三维模型生成方法和装置。
第一方面，本申请提出一种基于拼接技术的植株三维模型生成方法，所述方法包括：
构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型；
获取所述待建模植株的个体信息；
基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株的目标三维模型。
在其中一个实施例中，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，包括：
基于待建模植株上茎的形态，构建三维茎模型，所述三维茎模型包括至少两个茎节点；
基于所述茎节点，从所述三维茎模型中截取各段茎节，得到茎节模型，所述茎节模型包括位于生长底端的第一茎节模型、位于生长顶端的第二茎节模型以及位于生长中段的第三茎节模型。
在其中一个实施例中，所述三维茎模型包括：三维主茎模型和三维分枝模型。
在其中一个实施例中，所述基于待建模植株上茎的形态，构建三维茎模型，包括：
基于待建模植株上茎的形态和生长特性，分别构建出不同生长型的所述三维主茎模型，和不同生长型的所述三维分枝模型；所述生长型包括无限生长型、有限生长型以及亚有限生长型。
在其中一个实施例中，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，包括：
基于待建模植株上叶的形态，构建三维叶模型，所述三维叶模型包括单叶模型、复叶模型和叶茎模型；
所述叶茎模型用于连接所述复叶模型和所述三维茎模型。
在其中一个实施例中，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，包括：
基于待建模植株上根的形态，构建三维根模型，所述三维根模型包括主根、支根和根毛的结构。
在其中一个实施例中，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，包括：
当所述待建模植株为豆科植株时，基于所述豆科植株的豆荚形态构建三维豆荚模型，所述三维豆荚模型的长度基于所述豆荚内种子的个数而确定。
在其中一个实施例中，基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株对应的目标三维模型，包括：
基于所述个体信息，生成模板文件，所述模板文件中配置的内容包括：所述三维器官模型所需的类型、数量、尺寸参数；
基于所述模板文件中配置的所述类型和所述数量，加载所需的所述三维器官模型；
基于所述模板文件中配置的所述尺寸参数修改已加载的所述三维器官模型的尺寸，并将修改尺寸后的所述三维器官模型进行拼接，得到目标三维模型。
在其中一个实施例中，所述方法，还包括：
渲染所述目标三维模型，基于预设标准对渲染后的所述目标三维模型进行检查；基于检查结果调整所述目标三维模型。
第二方面，本申请还提供了一种基于拼接技术的植株三维模型生成装置，所述装置包括：
器官模型构建模块，用于构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型；
个体信息获取模块，用于获取所述待建模植株的个体信息；
模型拼接模块，用于基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株的目标三维模型。
上述基于拼接技术的植株三维模型生成方法和装置，通过构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型；获取所述待建模植株的个体信息；基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株的目标三维模型；解决了重建过程耗时长，以及由叶片遮挡导致的质量差的问题，提高了植株三维重建的速度和精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为一个实施例中基于拼接技术的植株三维模型生成方法的硬件结构框图；
图2为一个实施例中基于拼接技术的植株三维模型生成方法的流程示意图；
图3为一个优选实施例中基于拼接技术的大豆植株三维模型生成方法的流程示意图；
图4为一个优选实施例中基于拼接技术的大豆植株三维模型生成方法的实现过程示意图；
图5为一个实施例中基于拼接技术的植株三维模型生成装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
在本实施例中提供的方法实施例可以在终端、计算机或者类似的运算装置中执行。比如在终端上运行，图1是本实施例的基于拼接技术的植株三维模型生成方法的硬件结构框图。如图1所示，终端可以包括一个或多个（图1中仅示出一个）处理器102和用于存储数据的存储器104，其中，处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。上述终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述终端的结构造成限制。例如，终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示出的不同配置。
存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如在本实施例中的基于拼接技术的植株三维模型生成方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络包括终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器（NetworkInterface Controller，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
在本实施例中提供了一种基于拼接技术的植株三维模型生成方法，图2是本实施例的基于拼接技术的植株三维模型生成方法的流程示意图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S210，构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型。
具体的，待建模植株通常包括根、茎、叶、花、果实或种子等器官，可根据需要分别建模出三维器根模型、三维器茎模型、三维器叶模型、三维果实模型、三维花朵模型等与各个器官对应的三维模型。此外，可以将历次针对不同品种植株构建的三维器官模型区分编号保存，整理为器官模型数据库，方便下次使用。
步骤S220，获取待建模植株的个体信息。
具体的，个体信息包括但不限于植株尺寸信息和生长规律信息。其中，植株尺寸信息包括各个器官的实际尺寸；生长规律信息包括植株的类型、生长环境条件、当前生长阶段等描述待建模植株生长规律的相关信息。
在其中一个实施例中，植株尺寸信息可以直接限定待建模植株各个部位的大小和形态，生长规律信息可以用于动态预测各器官的尺寸，从而间接限定待建模植株的最终形态。具体的，可以根据先验经验预先制作生长规律信息和各器官尺寸的映射关系表，基于映射关系表进行预测；或利用机器学习模型对生长规律信息所示意的器官尺寸进行预测。需要说明的是，预测包括但不限于上述实现方法。
步骤S230，基于个体信息，将三维器官模型进行拼接，得到待建模植株的目标三维模型。
具体的，将三维器官模型以模型文件的形式保存，模型文件的格式包括但不限于obj和gltf格式；个体信息以模板文件的形式保存，模板文件的格式包括但不限于json格式。加载模型文件和模板文件，并基于模板文件中配置的内容，将三维器官模型的尺寸进行相应的调整，将调整后的各个三维器官模型进行拼接，生成待建模植株的目标三维模型。
可以直接将目标三维模型的文件进行输出，或者先渲染目标三维模型，检查该渲染后的效果。在检测的过程中，可以开放人工修改接口，以便人工观察渲染后的目标三维模型的真实程度，对需要完善的部位进行手动调整；也可以在计算机中基于预设标准对渲染后的目标三维模型进行检查，预设标准包括各三维器官模型之间的位置是否错位，各三维器官模型的方向是否准确等内容，并基于检查结果中不符合预设标准的部位进行调整。最终将调整后的目标三维模型的文件进行输出。
在其中一个实施例中，基于现有的模型压缩算法，将输出的目标三维模型进行压缩，缩小模型的大小，便于后期的传输、加载和渲染。最终将经过压缩的目标三维模型导出到本地，导出的目标三维模型的文件格式可根据应用场景进行选择。
在本实施例中，基于将待建模植株各个器官进行拆分，再重组的思想，通过构建各类三维器官模型；基于获取到的个体信息，将三维器官模型进行拼接，得到待建模植株的目标三维模型，解决了现有技术中重建过程耗时长，以及叶片等部位之间相互遮挡导致的重建质量差的问题，能够同时提高植株三维重建的速度和精度。
在其中一个实施例中，基于上述步骤S210，构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，具体包括以下步骤：
步骤S211，基于待建模植株上茎的形态，构建三维茎模型，三维茎模型包括至少两个茎节点。
具体的，植株的茎可以分为主茎和分枝。主茎是植物生长和发育的中心，分枝则用于增加植物的光合作用面积和繁殖能力。因此，可以分别构建三维主茎模型和三维分枝模型。其中，三维主茎模型和三维分枝模型都包括至少两个茎节点。三维茎模型的各茎节点处设置有腋芽，在植物学中，腋芽在后期会长出新的分枝、叶片、花朵等，因此在模型中设置腋芽有助于后期拼接位置的找准，而且模型也更加真实。
步骤S212，基于茎节点，从三维茎模型中截取各段茎节，得到茎节模型，茎节模型包括位于生长底端的第一茎节模型、位于生长顶端的第二茎节模型以及位于生长中段的第三茎节模型。
具体的，以茎节点作为分割依据，具体可以在茎节点的中间位置，将三维茎模型进行横向分割。当设置两个茎节点时，分割出三段茎节模型，位于生长底端的茎节模型为第一茎节模型、位于生长顶端的茎节模型为第二茎节模型，位于生长中段的茎节模型为第三茎节模型。当设置两个以上茎节点时，生长中段的茎节模型会有多个，从中筛选出效果最好的一段作为第三茎节模型，例如设置四个茎节点，此时会分割出五段茎节模型，位于生长底端的一段茎节模型为第一茎节模型、位于生长顶端一段的茎节模型为第二茎节模型，位于生长中段的茎节模型有三段，将处于中段的三段茎节模型进行比较，筛选出效果最好的一段作为第三茎节模型，其中，效果的判断依据可以为模型网格顶点数量，或尺寸比例等。
在上述实施例中，基于茎的多段结构，将三维茎模型分解成茎节模型，保留底端、中段和顶端三个关键的生长部位，能够在拼接模型时更加灵活的选用和调整模型，并能突出各部位的生长特点。
在其中一个实施例中，基于上述步骤S211，基于待建模植株上茎的形态，构建三维茎模型，包括：
基于待建模植株上茎的形态和生长特性，分别构建出不同生长型的三维主茎模型，和不同生长型的三维分枝模型；生长型包括无限生长型、有限生长型以及亚有限生长型。
具体的，在部分植物品种中，植株的茎表现出多种生长特性，体现出不同的生长型。例如大豆植株，无论是主茎还是分枝，都存在无限生长型、有限生长型以及亚有限生长型，且都主要体现在位于生长顶端的第二茎节模型中。因此，针对这类品种的植株，在对茎建模时，可以同时构建出三种类型的三维茎模型，其中针对主茎，构建无限生长型主茎模型、有限生长型主茎模型以及亚有限生长型主茎模型；其中针对分枝，构建无限生长型分枝模型、有限生长型分枝模型以及亚有限生长型分枝模型。以便在后期拼接时，可以灵活选择生成不同生长型的植株，或是同时生成多种类型以便对比分析。
在其中一个实施例中，基于上述步骤S210，构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，还包括：
步骤S213，基于待建模植株上叶的形态，构建三维叶模型，三维叶模型包括单叶模型、复叶模型和叶茎模型；叶茎模型用于连接复叶模型和三维茎模型。
具体的，单叶模型包括叶柄和叶柄上的一片叶片，其中叶柄底端可以直接与三维茎模型连接。复叶模型包括总叶柄和总叶柄上生长的至少两片叶片。根据植物品种的不同可以构建羽状复叶、掌状复叶或三出复叶等。叶茎模型用于将复叶模型的总叶柄与三维茎模型连接。
单叶模型和复叶模型中叶片的形状可以根据需要设置不同形状，比如，大豆植株常见的叶片形状有圆形、卵圆形、披针形、三角形。针对大豆植株，可以分别构建圆形、卵圆形、披针形、三角形的单叶模型和复叶模型。
在其中一个实施例中，基于上述步骤S210，构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，还包括：
基于待建模植株上根的形态，构建三维根模型，三维根模型包括主根、支根和根毛的结构。
在其中一个实施例中，基于上述步骤S210，构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，还包括：
当待建模植株为豆科植株时，基于豆科植株的豆荚形态构建三维豆荚模型，三维豆荚模型的长度基于豆荚内种子的个数而确定。
具体的，豆荚常见的包括一粒荚、二粒荚、三粒荚、四粒荚、五粒荚。一粒荚模型的长度取20mm，二粒荚模型的长度取30mm，三粒荚模型的长度取40mm，四粒荚模型的长度取50mm，五粒荚模型的长度取60mm。如此，通过种子个数和豆荚长度的对应关系，快速构建三维豆荚模型，以反映豆荚的真实形态特征。
在其中一个实施例中，基于上述步骤S220，基于个体信息，将三维器官模型进行拼接，得到待建模植株对应的目标三维模型，包括：
步骤S221，基于个体信息，生成模板文件，模板文件中配置的内容包括：三维器官模型所需的类型、数量、尺寸参数。
具体的，个体信息包括但不限于植株尺寸信息和生长规律信息，用于指示植株不同品种，不同时期三维器官模型应设置的尺寸和位置等。将个体信息转换为json格式的模板文件，以便和三维器官模型相结合。
步骤S222，基于模板文件中配置的类型和数量，加载所需的三维器官模型。
步骤S223，基于模板文件中配置的尺寸参数修改已加载的三维器官模型的尺寸，并将修改尺寸后的三维器官模型进行拼接，得到目标三维模型。
在上述实施例中，利用植株的个体信息，将各个三维器官模型进行动态调整和拼接，从而完成植株整株的三维模型的生成，能够解决传统基于扫描进行三维重建所存在的叶片、果实等遮挡问题，以及动态地生成植株不同时期、不同品种的三维模型。
下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。图3是本优选实施例的基于拼接技术的植株三维模型生成方法的流程图。参见图3，本优选实施例以大豆植株为例，提出一种基于拼接技术的大豆植株三维模型生成方法，该方法包括：
步骤S310，构建大豆植株主茎模型单元。
步骤S320，构建大豆植株分枝模型单元。
步骤S330，构建大豆植株叶片模型单元。
步骤S340，构建大豆植株豆荚模型单元。
步骤S350，构建大豆植株根系模型单元。
步骤S360，获取大豆植株的个体信息。
步骤S370，基于个体信息，将各个三维器官模型进行拼接，生成大豆植株的目标三维模型。
参见图4，上述步骤S310至步骤S370的具体实现过程如下：
（1）构建大豆植株主茎模型单元。
（1.1）基于三维建模软件分别制作大豆植株无限生长型、有限生长型、亚有限生长型的主茎模型，将无限生长型主茎模型标识为M_WX，有限生长型主茎模型标识为M_YX，亚有限生长型主茎模型标识为M_YYX，假定大豆植株的主茎节数为n，每节的序号为i（1<=i<=n），序号i的取值从植株主茎的底端到顶端以此递增，M_WX、M_YX和M_YYX均至少包含3节（即n>=3），第i节（1<=i<=n-1）的直径为10mm、高度为100mm，第n节（i=n）的高度为50mm，直径范围为(0,10mm]，即直径根据大豆植株主茎顶端的生长形态自主确定，各节的节点处要有腋芽。
（1.2）将M_WX、M_YX和M_YYX进行横向分割，分割成主茎节单元，分割位置在主茎节点的中间位置，第一节（i=1）标识为M_YX_B_001、M_WX_B_001、M_YYX_B_001，第i节（2<=i<=n-1）标识为“M_YX_S_”+“i-1”、“M_WX_S_”+“i-1”、“M_YYX_S_”+“i-1”，例如第2节（i=2）的标识为M_YX_S_001、M_WX_S_001、M_YYX_S_001，第3节（i=3）标识为M_YX_S_002、M_WX_S_002、M_YYX_S_002，第n节（i=n，即位于主茎顶端的那一节）标识为M_YX_H_001、M_WX_H_001、M_YYX_H_001。
（1.3）将第1节的主茎节单元模型导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名与模型名一致，例如M_YX_B_001.obj、M_WX_B_001.obj、M_YYX_B_001.gltf，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（1.4）将第n节的主茎节单元模型导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名与模型名一致，例如M_YX_H_001.obj、M_WX_H_001.obj、M_YYX_H_001.gltf，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（1.5）将所有的第i节（2<=i<=n-1）主茎节单元模型进行比较，筛选出效果最好的一节模型，并将其导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名与模型名一致，例如M_YX_S_001.gltf、M_WX_S_001.gltf、M_YYX_S_001.obj，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（2）构建大豆植株分枝模型单元。
（2.1）基于三维建模软件分别制作大豆植株无限生长型、有限生长型、亚有限生长型的分枝模型，将无限生长型分枝模型标识为B_WX，有限生长型分枝模型标识为B_YX，亚有限生长型分枝模型标识为B_YYX，假定大豆植株的分枝节数为n，每节的序号为i（1<=i<=n），序号i的取值从植株分枝的底端到顶端以此递增，B_WX、B_YX和B_YYX均至少包含3节（即n>=3），第i节（1<=i<=n-1）的直径为6mm、高度为60mm，第n节（i=n）的高度为30mm，直径范围为(0,6mm]，即直径根据大豆植株分枝顶端的生长形态自主确定，各节的节点处要有腋芽。
（2.2）将B_WX、B_YX和B_YYX进行横向分割，分割成分枝节单元，分割位置在分枝节点的中间位置，第一节（i=1）标识为B_YX_B_001、B_WX_B_001、B_YYX_B_001，第i节（2<=i<=n-1）标识为“B_YX_S_”+“i-1”、“B_WX_S_”+“i-1”、“B_YYX_S_”+“i-1”，例如第2节（i=2）的标识为B_YX_S_001、B_WX_S_001、B_YYX_S_001，第3节（i=3）标识为B_YX_S_002、B_WX_S_002、B_YYX_S_002，第n节（i=n，即位于分枝顶端的那一节）标识为B_YX_H_001、B_WX_H_001、B_YYX_H_001。
（2.3）将第1节的分枝节单元模型导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名与模型名一致，例如B_YX_B_001.obj、B_WX_B_001.obj、B_YYX_B_001.gltf，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（2.4）将第n节的分枝节单元模型导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名与模型名一致，例如B_YX_H_001.obj、B_WX_H_001.obj、B_YYX_H_001.gltf，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（2.5）将所有的第i节（2<=i<=n-1）分枝节单元模型进行比较，筛选出效果最好的一节模型，并将其导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名与模型名一致，例如B_YX_S_001.gltf、B_WX_S_001.gltf、B_YYX_S_001.obj，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（3）构建大豆植株叶片模型单元。
（3.1）基于三维建模软件分别制作圆形、卵圆形、披针形、三角形的大豆单叶模型，将圆形单叶模型标识为L_S_Y，卵圆形单叶模型标识为L_S_LY，披针形单叶模型标识为L_S_PZ，三角形单叶模型标识为L_S_SJ，单叶模型要包含叶柄，叶柄长度40mm。
（3.2）基于三维建模软件分别制作圆形、卵圆形、披针形、三角形的大豆三出复叶模型，将圆形三出复叶模型标识为L_T_Y，卵圆形三出复叶模型标识为L_T_LY，披针形三出复叶模型标识为L_T_PZ，三角形三出复叶模型标识为L_T_SJ，三出复叶模型中包括托叶、叶柄和小叶，叶柄长度60mm。
（3.3）基于三维建模软件制作大豆叶茎模型，标识为LS，用于连接三出复叶的叶柄和主茎或分枝主茎，叶茎模型长度100mm，直径6mm。
（3.4）将大豆单叶模型L_S_Y、L_S_LY、L_S_PZ、L_S_SJ导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名由模型名加序号构成，例如L_S_Y_001.obj、L_S_LY_001.obj、L_S_PZ_001.gltf、L_S_SJ_001.gltf，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（3.5）将三出复叶模型L_T_Y、L_T_LY、L_T_PZ、L_T_SJ导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名由模型名加序号构成，例如L_T_Y_001.obj、L_T_LY_001.obj、L_T_PZ_001.gltf、L_T_SJ_001.gltf，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（3.6）将大豆叶茎模型LS导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名由模型名加序号构成，例如LS_001.obj，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（4）构建大豆植株豆荚模型单元。
（4.1）基于三维建模软件分别制作一粒荚、二粒荚、三粒荚、四粒荚、五粒荚的大豆豆荚模型，将一粒荚模型标识为P_1，二粒荚模型标识为P_2，三粒荚模型标识为P_3，四粒荚模型标识为P_4，五粒荚模型标识为P_5，一粒荚的长度20mm，二粒荚的长度30mm，三粒荚的长度40mm，四粒荚的长度50mm，五粒荚的长度60mm。
（4.2）将一粒荚、二粒荚、三粒荚、四粒荚、五粒荚的大豆豆荚模型导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名与模型名一致，例如P_1.obj、P_2.obj、P_3.gltf、P_4.gltf、P_5.gltf，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（5）构建大豆植株根系模型单元。
（5.1）基于三维建模软件制作大豆根系模型，将大豆根系模型标识为RS，大豆根系模型要包括主根、支根和根毛，根长大约在50-200mm。
（5.2）将大豆根系模型RS导出为obj或glTF格式的模型文件，文件的命名由模型名加序号构成，例如RS_001.obj，模型导出时要导出纹理，向上坐标轴为Y轴正方向，前进轴为Z轴负方向。
（6）构建大豆植株三维重建模板。
（6.1）创建template.json文件，作为大豆植株三维模型生成的模板文件。
（6.2）编辑template.json文件，模板内容要包括：大豆尺寸及生长规律信息。
（7）生成大豆植株三维模型。
（7.1）将步骤（1）至步骤（6）中的模型文件和模板文件进行结构化存储。
（7.2）加载步骤（6）中的模板文件。
（7.3）解析步骤（6）中的模板文件，生成大豆植株三维模型模板。
（7.4）加载步骤（7.3）中的大豆植株三维模型模板中所配置的模型单元文件，并基于模型模板所配置的尺寸及生长规律信息将模型单元进行拼接，生成大豆植株的三维模型。
（7.5）渲染生成的大豆植株三维模型，检查大豆植株三维模型的效果，进而进行三维模型的调整。
（7.6）基于现有的模型压缩算法，将生成的大豆植株三维模型进行压缩，缩小模型的大小，便于后期的传输、加载和渲染。
（7.7）将经过压缩的大豆植株三维模型导出到本地，导出的模型文件格式可根据应用场景进行选择。
在本优选实施例中，过预先建立大豆植株各器官的三维模型单元，利用植株的尺寸信息和生长规律，将植株的三维模型单元进行动态调整和拼接，从而完成大豆植株整株三维模型的生成，能够解决传统基于扫描进行三维重建所存在的叶片、豆荚等遮挡问题，以及动态地生成大豆植株不同时期、不同品种的三维模型。
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，在本实施例中还提供了一种基于拼接技术的植株三维模型生成装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。以下所使用的术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管在以下实施例中所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
在其中一个实施例中，如图5所示，提供了一种基于拼接技术的植株三维模型生成装置，包括：器官模型构建模块51、个体信息获取模块52和模型拼接模块53，其中：
器官模型构建模块51，用于构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型。
个体信息获取模块52，用于获取待建模植株的个体信息。
模型拼接模块53，用于基于个体信息，将三维器官模型进行拼接，得到待建模植株的目标三维模型。
在其中一个实施例中，器官模型构建模块51，还用于基于待建模植株上茎的形态，构建三维茎模型，三维茎模型包括至少两个茎节点；基于茎节点，从三维茎模型中截取各段茎节，得到茎节模型，茎节模型包括位于生长底端的第一茎节模型、位于生长顶端的第二茎节模型以及位于生长中段的第三茎节模型。
在其中一个实施例中，三维茎模型包括：三维主茎模型和三维分枝模型。
在其中一个实施例中，器官模型构建模块51，还用于基于待建模植株上茎的形态和生长特性，分别构建出不同生长型的三维主茎模型，和不同生长型的三维分枝模型；生长型包括无限生长型、有限生长型以及亚有限生长型。
在其中一个实施例中，器官模型构建模块51，还用于基于待建模植株上叶的形态，构建三维叶模型，三维叶模型包括单叶模型、复叶模型和叶茎模型；叶茎模型用于连接复叶模型和三维茎模型。
在其中一个实施例中，器官模型构建模块51，还用于基于待建模植株上根的形态，构建三维根模型，三维根模型包括主根、支根和根毛的结构。
在其中一个实施例中，器官模型构建模块51，还用于当待建模植株为豆科植株时，基于豆科植株的豆荚形态构建三维豆荚模型，三维豆荚模型的长度基于豆荚内种子的个数而确定。
在其中一个实施例中，模型拼接模块53，还用于基于个体信息，生成模板文件，模板文件中配置的内容包括：三维器官模型所需的类型、数量、尺寸参数；基于模板文件中配置的类型和数量，加载所需的三维器官模型；基于模板文件中配置的尺寸参数修改已加载的三维器官模型的尺寸，并将修改尺寸后的三维器官模型进行拼接，得到目标三维模型。
在其中一个实施例中，装置还包括检查模块，检查模块用于渲染目标三维模型，基于预设标准对渲染后的目标三维模型进行检查；基于检查结果调整目标三维模型。
上述基于拼接技术的植株三维模型生成装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例中基于拼接技术的植株三维模型生成方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例中基于拼接技术的植株三维模型生成方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例中基于拼接技术的植株三维模型生成方法的步骤。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述方法包括：
构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型；
获取所述待建模植株的个体信息；
基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株的目标三维模型；
其中，所述基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株对应的目标三维模型，包括：
基于所述个体信息，生成模板文件，所述模板文件中配置的内容包括：所述三维器官模型所需的类型、数量、尺寸参数；
基于所述模板文件中配置的所述类型和所述数量，加载所需的所述三维器官模型；
基于所述模板文件中配置的所述尺寸参数修改已加载的所述三维器官模型的尺寸，并将修改尺寸后的所述三维器官模型进行拼接，得到目标三维模型；
其中，所述个体信息包括植株尺寸信息和生长规律信息。
2.根据权利要求1所述的基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，包括：
基于待建模植株上茎的形态，构建三维茎模型，所述三维茎模型包括至少两个茎节点；
基于所述茎节点，从所述三维茎模型中截取各段茎节，得到茎节模型，所述茎节模型包括位于生长底端的第一茎节模型、位于生长顶端的第二茎节模型以及位于生长中段的第三茎节模型。
3.根据权利要求2所述的基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述三维茎模型包括：三维主茎模型和三维分枝模型。
4.根据权利要求3所述的基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述基于待建模植株上茎的形态，构建三维茎模型，包括：
基于待建模植株上茎的形态和生长特性，分别构建出不同生长型的所述三维主茎模型，和不同生长型的所述三维分枝模型；所述生长型包括无限生长型、有限生长型以及亚有限生长型。
5.根据权利要求2所述的基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，还包括：
基于待建模植株上叶的形态，构建三维叶模型，所述三维叶模型包括单叶模型、复叶模型和叶茎模型；
所述叶茎模型用于连接所述复叶模型和所述三维茎模型。
6.根据权利要求1所述的基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，包括：
基于待建模植株上根的形态，构建三维根模型，所述三维根模型包括主根、支根和根毛的结构。
7.根据权利要求1所述的基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型，包括：
当所述待建模植株为豆科植株时，基于所述豆科植株的豆荚形态构建三维豆荚模型，所述三维豆荚模型的长度基于所述豆荚内种子的个数而确定。
8.根据权利要求1所述的基于拼接技术的植株三维模型生成方法，其特征在于，所述方法，还包括：
渲染所述目标三维模型，基于预设标准对渲染后的所述目标三维模型进行检查；基于检查结果调整所述目标三维模型。
9.一种基于拼接技术的植株三维模型生成装置，其特征在于，所述装置包括：
器官模型构建模块，用于构建与待建模植株的各个器官对应的各类三维器官模型；
个体信息获取模块，用于获取所述待建模植株的个体信息；
模型拼接模块，用于基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株的目标三维模型；
其中，所述基于所述个体信息，将所述三维器官模型进行拼接，得到所述待建模植株对应的目标三维模型，包括：
基于所述个体信息，生成模板文件，所述模板文件中配置的内容包括：所述三维器官模型所需的类型、数量、尺寸参数；
基于所述模板文件中配置的所述类型和所述数量，加载所需的所述三维器官模型；
基于所述模板文件中配置的所述尺寸参数修改已加载的所述三维器官模型的尺寸，并将修改尺寸后的所述三维器官模型进行拼接，得到目标三维模型；
其中，所述个体信息包括植株尺寸信息和生长规律信息。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |