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基于NURBS曲面的小麦叶片三维可视化研究与实现

发布时间:2018-10-10 15:25
【摘要】:作物三维可视化将为作物生长动态预测、栽培管理调控、作物株型设计等提供形象逼真的可视化工具,从而有力促进虚拟农业和信息农业的发展。针对小麦形态结构复杂、叶片三维可视化不易表达的问题,基于田间实测数据和NURBS曲面建模实现了小麦叶片的三维重建。首先,通过田间实验定期观测小麦形态数据(叶长、叶宽、茎叶夹角、叶片弯曲度、茎秆直径等),建立小麦叶片主脉控制点构造算法,将小麦形态数据转换为主脉控制点坐标;其次,确定所有控制点坐标和节点矢量,构建小麦叶片和叶鞘NURBS曲面;最后,借助Open GL图形库可实现小麦不同生育期的模拟模型,并实现了小麦叶片的扭曲形变。结果表明该方法选取的小麦形态数据具有代表性,重建的小麦叶片模型逼真度较高,接近实测模型,易于实现小麦生长过程的动态模拟。
[Abstract]:Three-dimensional visualization of crops will provide vivid visualization tools for crop growth dynamic prediction, cultivation management and control, crop plant type design and so on, so as to promote the development of virtual agriculture and information agriculture. In order to solve the problem that the morphology and structure of wheat are complex and the 3D visualization of wheat leaves is difficult to express, the 3D reconstruction of wheat leaves is realized based on field data and NURBS surface modeling. Firstly, the wheat morphological data (leaf length, leaf width, stem and leaf angle, leaf curvature, stem diameter, etc.) were observed regularly in the field experiment, and the algorithm of constructing the main vein control point of wheat leaf was established, and the wheat morphological data was converted into the coordinate of the main vein control point. Secondly, all the control point coordinates and node vectors are determined to construct the NURBS surface of wheat leaves and sheaths. Finally, with the help of Open GL graphics library, the simulation models of wheat at different growth stages can be realized, and the distorted deformation of wheat leaves can be realized. The results show that the wheat morphological data selected by this method are representative, and the reconstructed wheat leaf model has higher fidelity and is close to the measured model, which is easy to realize the dynamic simulation of wheat growth process.
【作者单位】: 中国农业科学院农业信息研究所农业部农业信息服务技术重点实验室;北方工业大学信息中心;中国农业科学院农田灌溉研究所;
【基金】:国家863计划项目(2013AA102305) 中国农业科学院创新工程项目资助
【分类号】:S512.1;S126

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