[发明专利]基于植株几何形态特征的碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业信息化中的虚拟建模技术领域，尤其涉及一种基于植株几何形态特征的碰撞检测方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，针对植物对象的三维形态虚拟仿真建模在计算机图形学、虚拟现实、教育、游戏娱乐等许多领域得到广泛的应用，植物对象的三维形态仿真与建模成为一个广泛研究的热点问题。

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，虚拟农业中首要面临的问题是农林植物的虚拟建模问题，准确有效的植物对象虚拟建模方法对于推动现代农业信息化发展有着巨大的作用。

近年来，面向玉米的虚拟建模研究引起了研究者的较大兴趣，关于玉米叶片、根系几何造型的研究已取得了较大成果。目前，学者也开始从简单的单株向多株，从小群体到大群体，从静态展示到动态模拟方向对其进行研究。然而，由于玉米本身形态结构复杂，实现其高度可视化地表达仍有重重困难。在真实农田环境中，密集种植的玉米会出现叶与叶、杆与叶之间的碰触、交叠等自然现象。与真实场景相反，在虚拟大场景中，玉米三维植株模型、器官之间往往出现与真实场景不符的穿透交叉的现象，随着场景复杂度升高，这种穿透交叉现象又会急剧地增长。对穿透交叉部位进行定位是解决穿透交叉问题的重要环节，而现有技术存在对穿透交叉部位定位精确度低、耗时长等问题。

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：如何快速精确的对植株器官之间的穿透交叉部位进行定位。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种基于植株几何形态特征的碰撞检测方法，包括以下步骤：

S1：根据植株器官形态特点确定植株各器官模型对应的包围盒类型，其中，枝杆模型选用轴向包围盒，叶片模型选用非轴向包围盒，果实模型选用球体包围盒，整株模型选用轴向包围盒；

S2：对整株模型进行空间分割，构造轴向包围盒进行相交测试，获得植株器官的可能交叉区域；

S3：对植株器官的可能交叉区域内的叶片，逐对对叶片对的叶尖和叶边缘执行面元检测，确定叶片交叉状态；

S4：对可能交叉区域内的叶片构造非轴向包围盒层次树，执行相交测试；

S5：对相交叉的包围盒内的网格执行三角测试，根据测试结果是否有交叉判定网格对应器官是否交叉。网格三角测试结果有交叉则判定网格对应器官交叉，否则判定网格对应器官未交叉。

前述的基于植株几何形态特征的碰撞检测方法中，所述步骤S2进一步包括：根据植株生长特点，将整株模型纵向分上部、中部和下部三个区域，将中部区域叶片模型沿侧分割，构造轴向包围盒进行相交测试，剔除未交叉的植株器官，获得植株器官的可能交叉区域的步骤。

前述的基于植株几何形态特征的碰撞检测方法中，所述步骤S3进一步包括：对植株器官的可能交叉区域内的叶片进行遍历查询，测试待测叶片对的叶尖及叶边缘面元是否有面元相交以判定叶片对是否交叉的步骤。若无面元相交，则叶片对未交叉，若有面元相交，则该叶片对处于交叉状态。

前述的基于植株几何形态特征的碰撞检测方法中，所述步骤S4进一步包括：选取叶脉中间分割点，保持沿垂直叶脉方向为分割面，以非轴向包围盒自上而下构建层次二叉树，执行非轴向包围盒相交测试，在层次二叉树的深度范围内遍历查询节点，优先查询叶尖节点，剔除未交叉节点对，将交叉节点对保存于交叉序列的步骤。

前述的基于植株几何形态特征的碰撞检测方法中，所述步骤S5进一步包括：对所述交叉节点所含三角面元对执行三角测试，若面元对交叉，将该面元对存入交叉序列，确定该测试对交叉，若面元对均无交叉，确定测试对处于未交叉状态的步骤。

(三)有益效果

在本发明所述方法将现代计算机图形技术和农业信息化相结合，给出一种基于植株几何形态特征的碰撞检测方法，能够快速准确地对植株三维模型中不合理的穿透交叉部位进行定位，满足不同复杂度虚拟场景的需求，便于对植株模型进行修正和高精度仿真，以提高植株模型的几何准确性和真实感。

附图说明

图1为本发明实施方式中所述基于植株几何形态特征的碰撞检测方法的流程图；

图2为本发明实施方式中所述植株模型空间分割示意图；

图3为本发明实施方式中所述植株叶片层次包围盒树分割示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。