[发明专利]基于AR手机的棉花株型设计实验教学的方法

摘要

本发明公开了一种基于AR手机的棉花株型设计实验教学的方法，涉及虚拟教学方法技术领域。所述方法包括如下步骤：棉花株型三维形态结构动态表达；基于点云的棉花植株三维形态结构重建；将重建的棉花植株三维形态结构注入到AR手机，使用AR手机完成棉花株型设计实验教学。所述方法综合利用计算机图形建模技术、虚拟现实技术以及智能交互技术，在保证株型建模精度的同时，较大提高了株型设计数据获取效率，增强实验教学的互动性和趣味性，提升了虚拟实验教学的智能化、虚拟化。

主权项

1.一种基于AR手机的棉花株型设计实验教学的方法，其特征在于包括如下步骤：/n棉花株型三维形态结构动态表达；/n基于点云的棉花植株三维形态结构重建；/n将重建的棉花植株三维形态结构注入到AR手机，使用AR手机完成棉花株型设计实验教学；/n基于点云的棉花植株三维形态结构重建的方法如下：/n通过深度相机对棉花植株进行数据采集，获取的深度数据是一组植株致密三维点云P；通过地面噪声点云去除、叶片点云聚类提取、花朵点云聚类提取、棉絮点云聚类提取、棉蕾点云聚类提取、植株点云骨架提取以及基于骨架的形态结构参数提取实现棉花植株三维重建；/n所述棉花株型三维形态结构动态表达的方法如下：/n建立棉花株型的参考轴结构模型，棉花的株型结构包括若干个轴，轴包括节和节间以及节上着生的器官；棉花的主茎为0阶轴，分枝为1阶轴，在1阶轴上不再萌发新的分枝，因此棉花为2阶轴模型；为了构建棉花动态生长表示模型，引入起始生长点和域节点；起始生长点除标记棉花生长起始位置坐标信息外，还存储棉花品种DUS信息和生育时期信息，是株型的基点；域节点建立轴单元与轴单元之间的连接关系，用于表示轴单元之间的位置关系；因此，棉花株型结构由域链GUD表示并进行数据存储；/n域链GUD中G表示棉花株型的起始生长点，存储并记录种植品种的一般约束参数和信息，由数据链表G表示，其中一般约束参数包括品种名称、生育时期以及品种名称对应的DUS参数列表，参考值是指该参数的取值、取值范围或取值代码；/n域链GUD中U表示生长单元，包括节间和节点，所述节点包括叶片、花蕾以及棉铃器官，生长单元着生在上一个生长单元上，节点各器官着生在节间上，其中节间的属性包括：着生位置，节间长度,节间半径，方位角和倾角；叶片的属性包括：着生位置，叶柄长度、叶柄方位角、叶柄倾角、叶宽、叶长以及叶倾角；花蕾的属性包括：着生位置、是否存在以及是否是花蕾；棉铃的属性包括：着生位置，棉铃大小以及是否吐絮；/n域链GUD中D表示域节点，是轴单元与轴单元之间的连接点区域，并建立轴单元与轴单元之间的连接关系；域节点D的属性包括域节点方位角α、域节点倾角β和域密度density；其中，域节点方位角α、域节点倾角β确定了在域节点处的新坐标系的转化矩阵，新的生长单元的生长方向受到其生长体的约束，因此在域节点处构建新的坐标系，在域节点处的坐标系由父生长单元的方位角α和倾角β所构建的旋转矩阵确定；在生长单元P处构建新的坐标系过程，生长单元P所在的坐标系(X0,Y0,Z0)以及其方位角为α和倾角为β,首先，X轴绕Z轴旋转α度，形成新的坐标系(X1,Y1,Z1)，其中Z轴不变，从而生长单元P点坐落在新坐标系(X1,Y1,Z1)的X1OY1平面上；然后Z轴绕Y轴旋转β度，形成新的坐标系(X2,Y2,Z2)，其中Y轴不变，从而生长单元P点坐落在新坐标系(X2,Y2,Z2)的Z轴上，从而完成了新的生长单元P处的坐标系的转换，新坐标系的转化矩阵RO由公式(1)表示：/n