[发明专利]一种基于球B样条的植物叶片建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学技术领域，特别涉及一种基于球B样条的植物叶片建模方法。

背景技术

农业是中国国民经济的基础。农业信息化是本世纪农业发展的重要标志，也是农业现代化的重要组成部分。在农业信息化实施过程中，农业通过信息化可以获得倍增效益。信息业可以通过对农业的信息软硬件服务形成农业信息产业，最终形成农业与信息业双赢的良好局面。现代农业在农业生产、流通等各个环节都离不开信息服务，农业信息已经涉及到了农业生产、流通的方方面面，加之信息本身的增效作用，使得农业信息服务的各环节都会有效益产生。

随着农业信息化技术的快速发展，新兴的虚拟现实技术在农业领域也越来越多地得到应用，特别值得一提的是，虚拟农业已经成为我国农业发展的一个重要趋势，虚拟农业不但可以将农业作物数字化，而且还能够为科研者提供方便的交互性操作与观察等，对于推动农业发展有着巨大的作用。

近年来，随着计算机硬件性能的不断提高以及虚拟植物建模、景观设计、游戏等领域的研究不断深入，获得高度真实的植物造型成为可能和必需，同时，植物形态的多样性也吸引了诸多的研究者。正是由于植物叶片具有复杂的生理特征、几何形态和光学特性，因此植物叶片的形态建模和可视化仍然是真实感自然景物模拟中最具挑战的工作之一。

在计算机图形学中，通常用双三次曲面对单个叶面建模。为达到一定的真实感，有研究者通过对叶片模型进行纹理贴图或用光照材质等方法来增加模型的视觉效果，但这些方法往往具有一定的限制，或只能在一定距离处，或只能在一定的视角范围内才具有较好的效果。虽然目前一些方法在虚拟植物模型或计算机视觉研究中得到了应用，但由于大部分方法都针对特定的植物，因此都不可避免地存在推广性的问题，即这些方法都很难适用于其他植物叶片的形态建模。因此，研究一种适合于多数植物叶片的精细建模方法非常有必要。另一方面，叶脉作为叶片的主要组成部分，不仅对叶片起到了形态支撑的作用，而且也是植物中水分和光合作用产物等物质运输的通道，因此，对叶脉进行细致的模拟也有着重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是建立具有较高真实感的植物叶片三维模型。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于球B样条的植物叶片建模方法，包括以下步骤：

S1：对待建模叶片进行叶脉分析，选取待建模叶脉；

S2：测量叶片三维形态信息，所述叶片三维形态信息包括：待建模叶脉上至少测量4个特征点位置信息、所述特征点对应的厚度信息和叶边缘特征点的位置信息；

S3：根据所述步骤S2中叶片三维形态信息采用插值型球B样条进行叶脉建模，插值型球B样条公式如下：

<B>(t)=Σi=0nNi,p(t)<Pi;ri>]]>i＝1，2...n，t∈[0，1]

控制球的球心P_i为所述叶脉特征点的位置，控制球的直径2r_i为所述叶脉对应特征点处的叶脉厚度，逐条叶脉建模完成后，将所有叶脉模型拼接起来，得到整个叶片的叶脉模型，其中，N_i，p(t)为p次B样条基函数，t为参数，i为求和下标，n为基函数个数；

S4：根据所述叶片三维形态信息利用B样条曲面进行叶面建模，得到叶面模型，所述曲面边界限制在叶边缘，B样条曲面公式如下：