[发明专利]基于表面数据的植物枝体三维形态建模系统及方法

权利要求书

1.一种基于表面数据的植物枝体三维形态建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、利用三维激光扫描仪、三维数字化仪或数字摄像机获取植物枝体表面的三维数据；

B、处理所述三维数据，获得表征枝体形态的枝体表面点的三维坐标信息，形成植物枝体表面的柱体特征；

C、针对植物枝体表面的柱体特征，利用微积分，将枝体划分为若干枝段，提取每一枝段的中心轴后，连接所有中心轴构成整个枝体的骨架线，其中，在提取中心轴的同时保存枝体的半径信息和方向信息；

D、根据枝体骨架线以及相应枝体的半径信息和方向信息，重新构造出枝体的表面简化数据点，得到枝体的三维模型；

所述步骤C具体为：

C1、划分枝体为若干枝段，划分的依据为划分后的枝段保持枝段表面的柱体特征；

C2、选择位于柱体内部的中心轴作为候选枝段中心轴；

C3、根据枝段表面数据点到中心轴距离公式，计算枝段表面数据点到候选枝段中心轴的距离，将距离在某一范围内的认为是具有相同半径，把具有相同中心轴和相同半径当作是同一种票，按此种规则对候选枝段中心轴进行投票计数；

C4、比较票数，票数最多的候选枝段中心轴即为枝段中心轴。

2.如权利要求1所述的基于表面数据的植物枝体三维形态建模方法，其特征在于，所述步骤D具体为：

D1、根据枝体骨架线及对应的半径信息和方向信息，按照顺时针或逆时针方向，重新生成枝体的表面简化数据点； 

D2、根据所述表面简化数据点，将相邻的每三个数据点构造成一个三角网格，完成表面数据点的网格化；

D3、根据两圆柱面交线方程，生成两枝体交接处的数据点并网格化，实现两枝体交接处的过渡。

3.如权利要求2所述的基于表面数据的植物枝体三维形态建模方法，其特征在于，步骤D3中，具体交线方程为：

y＝rcosθ

z＝rsinθ

其中，r是第一圆柱准线的半径，a、b是第二圆柱的长、短半轴，(cosα，cosβ，cosγ)是第二圆柱与母线方向相同的单位向量，θ是参数。

4.一种基于表面数据的植物枝体三维形态建模系统，其特征在于，包括：

获取装置，用于扫描获取植物枝体表面点的三维数据；

数据处理装置，用于对所扫描的三维数据进行处理，获得表征枝体形态的枝体表面点的三维坐标信息；

划分装置，用于划分枝体为若干枝段，划分的依据为划分后的枝段保持枝段表面的柱体特征；

三维模型重建装置，提取枝体的骨架线，同时保存枝体的半径信息和方向信息，并基于此重新构造出枝体的表面简化数据，得到枝体的三维模型；

所述三维模型重建装置包括：

选择装置，用于选择位于柱体内部的中心轴作为候选枝段中心轴；

投票装置，用于根据枝段表面数据点到中心轴距离公式，计算枝段表面数据点到候选枝段中心轴的距离，将距离在某一范围内的认为是具有相同半径，把具有相同中心轴和相同半径当作是同一种票，按此种规则对候选枝段中心轴进行投票计数； 

比较装置，用于比较票数，票数最多的候选中心轴即为枝段中心轴。

5.如权利要求4所述的基于表面数据的植物枝体三维形态建模系统，其特征在于，所述三维模型重建装置还包括：

生成装置，用于根据枝体骨架线及对应的半径信息和方向信息，按照顺时针或逆时针方向，重新生成枝体的表面简化数据；

网格化装置，用于根据所述表面数据点，将相邻每三个数据点构造成一个三角网格，完成表面数据点的网格化；

添加装置，用于根据两圆柱面交线方程，生成两枝体交接处的数据点并网格化，实现两枝体交接处的过渡。

6.一种基于表面数据的植物枝体三维形态建模系统，其特征在于，包括：

三维数据获取设备，及驱动所述设备的驱动装置；

放置在所述设备中部的被测植物枝体；

计算机，用于对所述设备获得的数据进行处理，获得后续处理表征枝体的的柱体特征；针对植物枝体表面的柱体特征，利用微积分，将枝体划分为若干枝段，提取每一枝段的中心轴后，连接所有中心轴构成整个枝体的骨架线，其中，在提取中心轴的同时保存枝体的半径信息和方向信息并提取枝体的骨架线；根据枝体骨架线以及相应枝体的半径信息和方向信息，重新构造出枝体的表面简化数据点，得到枝体的三维模型，其包括：

划分装置，用于划分枝体为若干枝段，划分的依据为划分后的枝段保持枝段表面的柱体特征；

选择装置，用于选择各枝段符合条件的候选枝段中心轴，选择的依据为候选中心轴在柱体内部； 

投票装置，用于根据表面数据点到中心轴距离公式，计算枝段表面数据点到候选中心轴的距离，将距离按某种误差标准进行分类，即半径在某一范围内的认为是具有相同半径，按某种规则对候选枝段中心轴进行投票计数；

比较装置，用于比较票数，票数最多的候选中心轴即为枝段中心轴；

生成装置，用于根据枝体骨架点及对应的半径信息和方向信息，按照顺时针或逆时针方向，重新生成枝体的表面简化数据；

网格化装置，用于根据所述表面数据点，将相邻了每三个数据点构造成一个三角网格，完成数据点的网格化；

添加装置，用于根据两圆柱面交线方程，生成两枝体交接处的数据点并网格化，实现两枝体交接处的过渡；

对所述三维数据获取设备进行控制，设置设备获取数据方式、精确程度的控制软件；及

对获得的数据进行进一步处理，去除噪声点、冗余点，去除错误网格的处理软件。