[发明专利]一种玉米群体三维模型构建方法及系统

说明书

本发明提供了一种玉米群体三维模型构建方法及系统，方法包括确定玉米群体测量样本；根据玉米群体测量样本的植株尺度数据，生成植株尺度的t分布函数，并根据植株尺度的t分布函数获取目标玉米群体的植株尺度参数；根据玉米群体测量样本中各植株内各节单位的形态数据，以及目标玉米群体的植株尺度参数；生成目标玉米群体的各植株内各节单位的形态参数的t分布函数，并获取目标玉米群体中各植株内各节单位的形态参数；建立目标玉米群体的玉米群体网格几何模型。本发明能够仅通过少量样本的测量，即生成可靠的玉米群体三维模型，提高了能够反映品种特征的玉米群体三维模型的建模准确性及建模的效率。

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，具体涉及一种玉米群体三维模型构建方法。

背景技术

作物群体是履行光合作用和物质生产职能的组织体系，其形态结构对光截获能力、冠层光合效率以及作物产量均具有重要影响。同时，群体结构也体现了作物品种的遗传特性及其对环境的适应程度，在遗传和环境因素的影响下，作物群体形态结构具有时空变异性。玉米是我国最重要的粮食作物之一，增产潜力巨大。快速构建玉米群体三维模型对于玉米的结构功能分析、玉米品种评价和提高生产力具有重要意义。植物三维建模是计算机图形学领域具有挑战的问题之一，构建高真实感的植物器官和单株几何模型已具有一定的难度，玉米群体形态结构复杂，群体间存在大量的遮挡、交叉，因此，玉米群体三维模型构建是非常有挑战性的工作。

目前的已有技术手段包括：(1)单株复制的方法：在构建玉米单株模型后，通过复制该单株并指定各植株在群体中的生长位置，实现玉米群体几何模型的构建，但这种方法所构建的玉米群体几何模型较为机械，真实感低，且无法反映群体中植株的多样性和品种特征；(2)交互式建模方法：通过人工交互式设计的方法，对预建模的玉米群体的群体参数，以及群体内各植株的株型参数进行调整，实现玉米群体的几何建模，但这种方法需要进行大量的人工交互，工作量大，效率低，且因人工交互也无法反映玉米的品种特征；(3)三维数字化的方法：三维数字化测量设备和技术发展迅速，如美国Polhemus公司的FastRAK三维数据采集跟踪系统的测量范围可以超过5m，精度可达到±1mm，采用该设备能够实现对自然状态下植物空间形态结构精确、连续的测定，并进一步基于实测数据构建植物群体骨架结构三维模型，但玉米田间三维结构原位数字化测量对环境条件要求高，如晴天、无风等，且需要人工辅助传感器的移动，操作复杂繁琐费时费力，不适于对玉米群体的连续测量；(4)利用3D扫描的方法：研究者针对植物线形骨架形态特征，利用所获取点云数据的三维空间临近关系计算并重构植物骨架结构，但这种方法多应用于单株尺度的骨架重建；由于植物群体内的各植株及器官相互遮挡交错复杂，基于点云的植物群体骨架提取研究也无法很好地解决群体内部杂乱结构的特征提取问题。

此外，玉米群体形态结构因品种、环境条件、管理栽培措施等的差异形态结构差异显著，即使品种相同、外在因素极其相似，也很难找出形态结构完全相同玉米群体。因此，完全1：1重建玉米群体几何模型意义不大，构建能够反映因品种、环境条件和栽培管理措施带来的形态差异的玉米群体即可满足玉米群体结构解析的需求。

已有玉米群体三维建模方法主要可总结为两大类：

(1)基于交互式设计的方法：如单株复制和交互式建模的方法，其主要存在着所构建玉米群体真实感低、难以反映玉米品种特征的问题。

(2)基于实测数据的玉米群体三维重建：玉米群体结构复杂，进行玉米群体原位数据获取工作量大、效率低，利用三维点云进行群体结构特征提取技术难度大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种玉米群体三维模型构建方法，能够仅通过少量样本的测量，即生成可靠的玉米群体三维模型，提高了能够反映品种特征的玉米群体三维模型的建模准确性及建模的效率。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种玉米群体三维模型构建方法，所述方法包括：