[发明专利]一种植物掌状叶片多尺度建模方法

说明书

本发明涉及一种植物掌状叶片多尺度建模方法及装置。该方法包括：获取掌状叶片的多级叶片特征；从该掌状叶片的点云几何模型中提取多级叶片特征的结构化特征点，以获取该掌状叶片的叶缘特征线、褶皱特征线、一、二、三级叶脉特征线；离散上述各个特征线；并以叶缘特征线为边界构建该掌状叶片的参数化曲面；根据不同采样参数在参数化曲面上获取不同网格尺度的结构特征线采样点集以及参数化曲面采样点集；分别连接将每种尺寸对应的结构特征线采样点以及参数化曲面采样点以形成约束线；在上述约束线的基础上获取掌状叶片的网格模型。该装置基于上述方法实现。本发明可在保证叶脉特征同时构建多尺度的掌状叶片网格模型，且通过降低网格数量提升效率。

技术领域

本发明涉及计算机图形学技术领域，尤其涉及一种植物掌状叶片多尺度建模方法。

背景技术

农业是中国国民经济的基础。农业信息化是本世纪农业发展的重要标志，也是农业现代化的重要组成部分。在农业信息化实施过程中，农业通过信息化可以获得倍增效益。信息业可以通过对农业的信息软硬件服务形成农业信息产业，最终形成农业与信息业双赢的良好局面。现代农业在农业生产、流通等各个环节都离不开信息服务，农业信息已经涉及到了农业生产、流通的方方面面，加之信息本身的增效作用，使得农业信息服务的各环节都会有效益产生。

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。

近年来，随着计算机硬件性能的不断提高以及虚拟植物建模、景观设计、游戏等领域的研究不断深入，获得高度真实的植物造型成为可能和必需，同时，植物形态的多样性也吸引了诸多的研究者。正是由于植物叶片具有复杂的生理特征、几何形态和光学特性，因此植物叶片的形态建模和可视化仍然是真实感自然景物模拟中最具挑战的工作之一。

植物叶片按叶形可分为多种类型，例如玉米、水稻和小麦等植物具有长窄形叶片，黄瓜和葡萄等植物具有掌状叶片，松树具有针形叶片。针对具有不同形状叶片的植物，对其叶片的几何建模方法也不同，现有技术中有基于三维扫描数据开展的小麦叶片建模方法、有针对叶片枯萎的形态变化建模方法和有基于点云数据的植物叶片建模方法等，这些方法都能构造出真实感较强的植物叶片几何模型。但是上述方法无法控制植物叶片几何模型的网格的尺度。而现有技术中有文献采用重新网格化进行几何模型的网格化，不过该重新网格化存在尚不能在重构多尺度网格的同时保持植物叶片本身的叶脉和叶片褶皱等特征。

发明内容

本发明的其中一个目的在于提供一种植物掌状叶片多尺度建模方法及装置，以解决现有技术中植物叶片几何建模方法无法保持叶片叶脉和褶皱等特征的同时建立多尺度叶片网格模型构建的技术问题。

为实现上述发明目的，第一方面，本发明实施例提供了一种植物掌状叶片多尺度建模方法，包括以下步骤：

获取掌状叶片的多级叶片特征，该叶片特征包括：叶缘、褶皱、从叶基延伸至叶尖的一级叶脉、从一级叶脉延伸至叶缘的二级叶脉或者从二级叶脉发出的三级叶脉；

从该掌状叶片的点云几何模型中提取所述多级叶片特征的结构化特征点，以获取该掌状叶片的叶缘特征线、褶皱特征线、一级叶脉特征线、二级叶脉特征线或者三级叶脉特征线；

离散上述叶缘特征线、褶皱特征线、一级叶脉特征线、二级叶脉特征线或者三级叶脉特征线；并以所述叶缘特征线为边界构建该掌状叶片的参数化曲面；

根据不同采样参数在所述参数化曲面上获取不同网格尺度的结构特征线采样点集以及参数化曲面采样点集；

按照所述多级叶片特征的拓扑关系，分别连接将每种尺寸对应的结构特征线采样点以及参数化曲面采样点以形成约束线；在上述约束线的基础上获取所述掌状叶片的网格模型。