[发明专利]植物生长建模方法和系统

摘要

本发明提供的植物生长建模方法和系统，通过采集植物点云数据，计算所述植物形状特征，根据所述植物形状特征提取植物基元并设计所述植物生长规则再拟合植物个体模型得到所述植物生长参数。相对比现有植物生长建模侧重于植物生长机理的建模，主要基于植物学知识和专家经验，是经验式、定性化、群体式的虚拟植物生长模拟，这种建模方式针对的是植物群体的行为，很难模拟特定植物个体的生长过程，而且这些建模方法严重依赖于植物学专家的专业知识和个人经验，本发明基于植物真实测量数据，能实现真实植物生长建模。

主权项

一种植物生长建模方法，其特征在于，包括下述步骤：采集植物点云数据；计算所述植物形状特征，所述形状特征包括几何结构特征、拓扑结构特征、统计特征；根据所述植物形状特征提取植物基元并设计所述植物生长规则；及拟合植物个体模型得到所述植物生长参数，所述生长参数包括节间长度、生长速度和生长时间；根据所述植物形状特征提取植物基元并设计所述植物生长规则，包括下述步骤：通过植物形状特征聚类找到相似的几何与拓扑结构单元，并定义为基元；从最大的基元集合开始分析各基元两两之间的变换矩阵，并将所述变换矩阵投影到对应的参数空间进行聚类；提取所述最大的基元集合的变换构造生长规则；重复上述步骤，直到分析完所有的基元集合，得到该类植物的生长规则；其中，最大的基元集合开始分析各基元两两之间的变换矩阵，具体为：计算两基元之间的平移t、旋转R及缩放系数s，构建齐次坐标系下的变换矩阵H＝[sR,t；0,1]；其中，拟合植物个体模型得到所述植物生长参数包括下述步骤：基于所述植物生长规则改变所述生长参数生成不同形状的植物个体；计算生成的植物个体和待拟合的植物个体P之间的相似度；通过优化算法使生成的植物与P的相似度最大，得到所述植物个体P的生长参数；计算生成的植物个体和待拟合的植物个体P之间的相似度，具体为通过两植物个体之间的几何距离与拓扑距离之和来度量，并与距离成反比，距离越小相似度越大，距离越大相似度越小。