基于三维扫描数据的花瓣形变及生长过程模拟
发布时间：2021-06-30 16:21
目前,精准农、林业信息化技术研究多是对数字植物的仿真模拟。有关虚拟花卉植物的研究很多都是利用图形建模知识来模拟花卉植物的生长和变换,计算复杂且操作不灵敏。随着三维扫描和点云重建技术研究的开展,为花卉植物形态可视化提供了新的研究手段。针对植物形态结构的复杂性,为了避免这种复杂的建模过程,本文在三维扫描的花卉植物数据模型的基础上,对花卉植物的生长变形过程进行模拟。运用三维扫描仪间断扫描获取月季和君子兰等12种花卉植物,15天周期中6个生长期的模型和生长序列数据,基于实测三维扫描数据与花瓣结构特征,提出了一种分割花瓣结构处理数据的方法,并利用MATLAB中给定函数形式的数据拟合方法得出植物生长曲线。实现了传统自由变形算法从交互操作向数据驱动形式的转变,将传统花卉植物生长模拟与三维模型的自由变形进行融合和改进。针对植物生长模拟,论文基于实测三维扫描数据,提出了一种通过变形算法模拟植物动态生长的方法。该方法变形控制简单,花卉植物复杂的形态特征得以保留,而且拟合的生长曲线更接近实测数据,使花瓣形态及生长模拟更真实。论文结合实测数据和改进后自由变形算法的模拟方法与基于几何的花卉植物开放模拟方法进行了...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统花瓣模型构建
传统自由
纳杓疲?⒃谌肆潮湫巍⒍??谱骷捌?瞪杓频攘煊蚨加泄惴涸擞谩?其中，贝塞尔曲线的基本性质“关键点可以控制曲线弯曲”，该性质为自由变形技术的实现提供了理论基矗由Bezier曲线可以扩展至Bezier曲面，进一步为Bezier体。在自由变形算法（FFD）的实现理论中，操纵变形对象时，只需将待变形对象当作一个Bezier体，三维空间中的Bezier体通过改变外部控制框架形态，从而使内部对象发生变形。FFD算法是Sederberg和Parry首次提出的，其实质：如果物体的控制框架改变，则会牵动其中的对象发生变化（SederbergandParry，1986）。如图2.3所示，在控制框架中加入待变形物体，改变控制点位置时，内部模型会随着该框架发生伸缩扭曲变换。图2.3传统自由变形算法实现Figure2.3Implementationoftraditionalfreedeformationalgorithm基于自由变形算法，三维变形技术也得到了长足的进步。其中，FFD方法经拓展后，Coquillart提出将Lattice块形状从平行六面体应用至棱柱体、圆柱体等（Coquillar.，1990）；BarrAH等人则利用RFFD（有理FFD方法），通过加权因子，操纵控制框架发生形变（BarrAH，1984）；LamousinHJ等人提出了一种结合NURBS的NFFD方法，有机地结合整体形变和部分形变，从而更好地控制嵌入对象（LamousinandWaggesnspack，1994）；HsuW等人则提出了一种方法可以直接根据表面上点的变化位置，通过反转点阵，求得顶点新的位置以实现所需的变形（Hsuetal.，1992）。在计算机图形学领域内，自由变形技术是一种允许物体简单自由变形的技术。在该算法下，物体嵌入到一个网格之中，通过调整控制框架从而改变内部物体的几
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向VR应用的花卉植物物理渲染技术研究与实现[J]. 淮永建,张晗,张帅. 电子与信息学报. 2018(07)
[2]基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究[J]. 孟祥松,张福民,曲兴华. 物理学报. 2015(23)
[3]兰花开花过程三维模拟系统研究[J]. 许艳凰,姚俊峰,杨宝容,王其棣,孙玉珍. 系统仿真学报. 2015(10)
[4]基于L-系统的分形植物形态建模方法研究[J]. 杨朋,马学强. 电脑开发与应用. 2015(01)
[5]基于点约束的点云模型自由变形研究[J]. 李翔,余玲玲,刘京南,杨安康. 信息化研究. 2014(04)
[6]FFD方法在气动优化设计中的应用[J]. 王丹,白俊强,黄江涛. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(03)
[7]基于OpenGL的虚拟吊兰建模与可视化研究[J]. 徐旭东,王菁. 计算机工程与设计. 2013(12)
[8]从“数字林业”步入“智慧林业”[J]. 刘庆新. 中国农村科技. 2013(10)
[9]基于FFD的点云变形技术研究[J]. 汤传吉,杨安康,刘京南. 新型工业化. 2012(11)
[10]基于旋转模型的植物叶子卷曲变形模拟[J]. 徐宏明,何东健. 计算机工程与设计. 2012(11)
博士论文
[1]基于体感交互的沉浸式森林景观展示研究[D]. 李萌.北京林业大学 2013
[2]虚拟植物器官生长和变形技术研究[D]. 曾令秋.重庆大学 2009
硕士论文
[1]高度真实感的观赏植物形态与生长可视化[D]. 周赟.北京林业大学 2014
[2]基于点云的曲面重建技术研究[D]. 邱春丽.北京交通大学 2014
本文编号：3258083
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统花瓣模型构建
传统自由
纳杓疲?⒃谌肆潮湫巍⒍??谱骷捌?瞪杓频攘煊蚨加泄惴涸擞谩?其中，贝塞尔曲线的基本性质“关键点可以控制曲线弯曲”，该性质为自由变形技术的实现提供了理论基矗由Bezier曲线可以扩展至Bezier曲面，进一步为Bezier体。在自由变形算法（FFD）的实现理论中，操纵变形对象时，只需将待变形对象当作一个Bezier体，三维空间中的Bezier体通过改变外部控制框架形态，从而使内部对象发生变形。FFD算法是Sederberg和Parry首次提出的，其实质：如果物体的控制框架改变，则会牵动其中的对象发生变化（SederbergandParry，1986）。如图2.3所示，在控制框架中加入待变形物体，改变控制点位置时，内部模型会随着该框架发生伸缩扭曲变换。图2.3传统自由变形算法实现Figure2.3Implementationoftraditionalfreedeformationalgorithm基于自由变形算法，三维变形技术也得到了长足的进步。其中，FFD方法经拓展后，Coquillart提出将Lattice块形状从平行六面体应用至棱柱体、圆柱体等（Coquillar.，1990）；BarrAH等人则利用RFFD（有理FFD方法），通过加权因子，操纵控制框架发生形变（BarrAH，1984）；LamousinHJ等人提出了一种结合NURBS的NFFD方法，有机地结合整体形变和部分形变，从而更好地控制嵌入对象（LamousinandWaggesnspack，1994）；HsuW等人则提出了一种方法可以直接根据表面上点的变化位置，通过反转点阵，求得顶点新的位置以实现所需的变形（Hsuetal.，1992）。在计算机图形学领域内，自由变形技术是一种允许物体简单自由变形的技术。在该算法下，物体嵌入到一个网格之中，通过调整控制框架从而改变内部物体的几
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向VR应用的花卉植物物理渲染技术研究与实现[J]. 淮永建,张晗,张帅. 电子与信息学报. 2018(07)
[2]基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究[J]. 孟祥松,张福民,曲兴华. 物理学报. 2015(23)
[3]兰花开花过程三维模拟系统研究[J]. 许艳凰,姚俊峰,杨宝容,王其棣,孙玉珍. 系统仿真学报. 2015(10)
[4]基于L-系统的分形植物形态建模方法研究[J]. 杨朋,马学强. 电脑开发与应用. 2015(01)
[5]基于点约束的点云模型自由变形研究[J]. 李翔,余玲玲,刘京南,杨安康. 信息化研究. 2014(04)
[6]FFD方法在气动优化设计中的应用[J]. 王丹,白俊强,黄江涛. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(03)
[7]基于OpenGL的虚拟吊兰建模与可视化研究[J]. 徐旭东,王菁. 计算机工程与设计. 2013(12)
[8]从“数字林业”步入“智慧林业”[J]. 刘庆新. 中国农村科技. 2013(10)
[9]基于FFD的点云变形技术研究[J]. 汤传吉,杨安康,刘京南. 新型工业化. 2012(11)
[10]基于旋转模型的植物叶子卷曲变形模拟[J]. 徐宏明,何东健. 计算机工程与设计. 2012(11)
博士论文
[1]基于体感交互的沉浸式森林景观展示研究[D]. 李萌.北京林业大学 2013
[2]虚拟植物器官生长和变形技术研究[D]. 曾令秋.重庆大学 2009
硕士论文
[1]高度真实感的观赏植物形态与生长可视化[D]. 周赟.北京林业大学 2014
[2]基于点云的曲面重建技术研究[D]. 邱春丽.北京交通大学 2014
本文编号：3258083
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3258083.html
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