[发明专利]一种玉米雌穗三维形态虚拟建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学中三维建模和虚拟农业技术领域，特别 是涉及农作物三维形态虚拟建模与数字化设计技术领域。

背景技术

随着农业信息化技术的快速发展，新兴的虚拟现实技术在农业领 域也越来越多地得到应用，特别值得一提的是，虚拟农业已经成为我 国农业发展的一个重要趋势，虚拟农业不但可以将农业作物数字化， 而且还能够为科研者提供方便的交互性操作与观察等，对于推动农业 发展有着巨大的作用。虚拟现实技术在农业领域的广泛应用，在计算 机上以三维可视的方式分析、研究和设计农作物的形态结构和生长过 程已经成为可能，对农作物形态结构的研究已经进入到数字化、可视 化的阶段。作物数字化设计研究中一个重要的基础工作是植株或器官 的形态建模，玉米因其结构简单、形态特征明显等原因引起了研究者 较大的兴趣，关于玉米叶片、根系几何造型的研究已有较多。

雌穗是玉米主要器官之一，发挥着重要的生理功能，且其形态在 品种间存在着显著的差异，因而玉米雌穗几何造型和数字化设计对于 玉米的虚拟化研究具有较为重要的意义，然而，目前尚无关于玉米雌 穗几何造型和数字化设计方面的成熟方法，传统的计算机辅助设计建 模方法和通用建模软件工具难以适应特定需求的玉米雌穗模型的构 建，而且不具有作物生理特征，不符合农业知识背景。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是将现代计算机图形技术和农业信息化相结合，从 而提供一种玉米雌穗三维形态虚拟建模方法。

(二)发明内容

一种玉米雌穗三维形态虚拟建模方法，其特征在于，包括步骤：

S1：观测玉米雌穗形态结构，确定玉米雌穗三维形态的特征参数；

S2：根据所述特征参数建立玉米雌穗的三维虚拟形态模型。

其中，所述步骤S2包括：

S201：建立玉米雌穗的雌穗轴线模型；

S202：建立玉米雌穗的果穗柄模型；

S203：建立玉米雌穗的雌穗穗轴模型；

S204：建立玉米雌穗的雌穗苞叶模型；

S205：建立玉米雌穗的雌穗籽粒模型。

其中，所述步骤S201包括：

用一段直线和一段圆弧来描述雌穗轴线，需要确定的参数为直线 部分的长度和圆弧部分的半径及弧长，所述轴线将作为后期整个雌穗 设计建模的基准。

其中，所述果穗柄由节和节间组成。

其中，所述步骤S202包括：

用圆建立节的模型，用圆台建立节间虚拟模型；

建立中轴线为直线的果穗柄模型，需要确定的参数为果穗柄节数 和各节间长度比例，各节间长度的总和与雌穗轴线圆弧部分的弧长相 等；

将所述直线轴线的果穗柄模型的各节以雌穗轴线的圆弧部分为 参照目标进行旋转、平移变换，实现各节间的弯曲变形，变形后使整 个果穗柄模型中轴线与雌穗轴线的圆弧部分吻合，弯曲变形后每一节 间中轴线弧长，即弯曲的节间长度与变形前对应的节间长度相等。

其中，所述步骤S203包括：

用圆锥体来建立雌穗穗轴顶端部分模型，用圆台来建立雌穗穗轴 其它部分模型，圆台高度与圆锥高度的和与雌穗轴线直线部分的长度 相等；

圆锥体和圆台的中轴线与雌穗轴线直线部分重合，圆锥体位于圆 台的顶部，为层叠关系；

根据雌穗穗轴上籽粒的穗行数和行粒数在雌穗穗轴体的中轴线 和截面方向分别划分网格，确定网格交点为籽粒生长点。

其中，所述步骤S204包括：

用垂直于雌穗轴线的圆来模拟雌穗苞叶基部封闭部分的横截面；

用垂直于雌穗轴线的圆弧来模拟雌穗苞叶上部不封闭部分的横 截面；

按照果穗柄建模时轴线弯曲变换的方法来实现苞叶的弯曲。

其中，所述步骤S205包括：

建立玉米籽粒的多面体三维形态模型；

调整多面体顶点来反映不同籽粒的三维形态特征。

(三)有益效果