[发明专利]一种基于邻域特征的单木骨架提取及可视化方法

说明书

一种基于邻域特征的单木骨架提取及可视化方法，属于计算机应用、计算机图形学研究中的林木生长可视化模拟技术领域，主要涉及到计算机科学中的可视化模拟技术。包括外业调查步骤：通过人工测量的方式获取树木实际树高、胸径和枝下高参数；包括单木点云处理步骤：多站式激光点云采集，骨架提取，树叶分离，骨架提取、连续、优化处理；结合外业调查步骤得到的参数验证和单木点云处理步骤的结果进行单木可视化重建。

技术领域

本发明涉及一种基于邻域特征的单木骨架提取及可视化方法，属于计算机应用、计算机图形学研究中的林木生长可视化模拟技术领域，主要涉及到计算机科学中的可视化模拟技术。

背景技术

近年来，随着计算机图形学的日益深入，许多研究者利用计算机对树木进行三维可视化的研究。然而，越来越多的研究者并不满足于传统的、利用数值和简单的几何图形来模拟林木的生长，而是力求构造更通用的建模与可视化系统或工具进行实时地本真还原和科学模拟(或仿真)，以辅助森林经营管理及影响评价、了解森林生态系统动力学及其生理效应研究，以及景观和花园的计算机辅助设计等，最终生成自然客体的真实感模型，以便更好地理解自然。由于树木本身结构的多样性、不规则性和复杂性，真实地反应树木树冠形态、树叶形状等等难度较大，因此，树木三维可视化逐渐成为计算机图形学与林业研究中的一个热点。

树木三维可视化方法分类，可分为:基于规则和基于图像的方法。基于规则的方法，一般需要根据复杂的规则和语法作为驱动总则生成树木模型，尽管在视觉真实感和模型可编辑方面有所突破，但是该类型方法往往需要研究者具备一定的植物学知识，用于构建符合植物生长规律的规则。Prusinkiewicz等人对系统进行了改进，通过龟图法对产生的字符进行重写以得到植物模型。所有基于规则的树木建模方法背后的思想是树枝和树叶的空间形态和分布可以根据一系列的规则和参数进行预测和控制的。然而这些规则和参数一般都是很难建立的。另外，该类方法难以实现对真实树木对象的三维重建。基于图像的方法，是指通过对物体图像的分析处理，获得其三维几何信息的一种技术。严涛等人以自然树木图像为输入，采用改进的交互式图像分割算法提取树木骨架实现可视化。Anastacio等人设计出了一种基于草图的规则模型参数控制界面。但是这些方法都是从二维图像中粗糙的提取三维数据，导致最终可视化效果不够理想。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种基于邻域特征的单木骨架提取及可视化方法。

近些年，地面激光扫描仪等设备的应用，让树木数据的获取变得更加精确、真实。利用点云数据进行重建，能够克服基于几何结构重建方法的较为不真实性和基于图像结构重建方法易受环境影响的缺点，更能实现较为准确和真实的三维可视化效果。

一种基于邻域特征的单木骨架提取及可视化方法，包括外业调查步骤：通过人工测量的方式获取树木实际树高、胸径和枝下高参数。

包括单木点云处理步骤：多站式激光点云采集，骨架提取，树叶分离，骨架提取、连续、优化处理。

结合外业调查步骤得到的参数验证和单木点云处理步骤的结果进行单木可视化重建。

本发明的优点是实现方式简单有效，充分考虑了树木叶片和枝干的不同形态特征的影响，相较一般的几何结构还原，单木可视化还原更加真实可靠，其精度完全符合基层林业应用需求。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1本发明总体技术流程图。

图2多站式激光扫描仪采集点云数据示意。

图3(a)单木点云数据示意，

图3(b)胸径以下作为初始聚类点云数据示意。