农业信息化进展与导论

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1、农业信息化进展与导论学院名称：信息学院专业班级：农业信息化学号：20159060504女生名：刘畅植物叶片姜蔫变形实时仿真摘要自然景物与人们的tl常生活密切相关，随着虚拟现实技术的发展，虚拟世界距离我们越來越近，影响也越來越深，作为自然景物中重要成员的植物受到研究者的诸多青睐，叶片属于植物最重要的功能器官，历来更是得到重点关注，rti于植物叶片形态的多样性和萎蔫变形的复杂性，因此，叶片的三维模拟仿真具有一定的难度和挑战性。在植物叶片形态建模和变形模拟方而现己有部分成果，但都不够理想，针对存在的问题，本文主要从下述几

2、方面进行深入分析研究。首先，针对植物叶片建模工作量大、造型效果不够真实等闷题，提出基于图像的真实感植物叶片建模方法，借助于开源计算机视觉库OpenCV，准确获取叶脉特征点和叶缘轮廓特征点，然后对巾这些特征点生成的叶片曲而进行三角剖分，再进行网格模型优化之后，得到理想的叶片网格模型。其次，针对植物叶片蒌蔫变形复杂、仿真过程欠缺实吋性等问题，依据质点弹簧物理模型，构建了具有单层质点弹簧系统的叶片表面，川以合理再现叶片自身的萎蔫变形。再次，针对叶片边缘特征点和叶脉特征点萎蔫变形的特殊性，分别建立了满足各自变形特性的物理力

3、学方程，合理模拟了它们的萎蔫变形过程。针对叶片边缘部位运动的特性，对叶缘特征点施加叶缘收缩力作用;叶脉在叶片蒌蔫变形中具有决定性掌控作川，对此提出叶脉骨架理论，通过添加叶脉骨架支撑力和构建叶脉弹簧组织，突出了叶脉的掌控作用，最终真实模拟出叶片萎蔫时表面的褶皱现象，使得叶片的萎蔫变化过程更加逼真形象。最后，在MFC框架下，利用C++语言和开放性图形接口OpenGL库设计并实现了植物叶片蒌蔫变形过程的实吋模拟，对文中提出的方法进行实验结果验证和分析。实验结果表明，本文的方法适合模拟大多数植物叶片的蒌蔫变形，同时满足了植

4、物叶片萎蔫变形模拟中造型真实和绘制实时的要求。关键词植物叶片形态建模；三角化；自适应细分；物理模拟；质点弹簧模型；叶片变形一、国内外现状(1)国外：1983年，美国学者Reeves提出使用粒子系统构建模型的方法。1985年，Green。提出了基于体素空间(voxelspace)的建模方法。1998年，DeReffye等提出了采用参考轴技术的植物模型构建法。2003年的CGI会议上，卡尔加里大学的Mundermann等提出针对叶缘分裂叶片的建模方法，在他们的实验屮，利用自由变形方法生成卷曲的叶片。2005年，加拿大卡

5、尔加里大学的Rolland-Lagan等提出通过模拟生长素在叶脉中的运输机制，实现了单一叶脉尺度的控制。2011年，艾因。夏姆斯大学的AbdEl-LAtif等提出一种建模叶片表面的方法，通过驱动叶缘和叶脉骨架生成高度真实的叶子外观模型，似其生成的结果仅是叶子的二维平血效果,缺乏叶子的三维形态信息。(2)国内：2001年，中国科学与技术大学赵星博士在对当今现有几种植物建模方法研究的基础上，提出了过程式的植物形态变化模式。2005年，武汉理工大学的崔劲等人提出了改进的L系统，是一种交互式的植物建模方法，具有较好的实吋性

6、，同吋满足人机交互性能。重庆大学计算机学院的李云峰、朱庆生等人提出了针对植物器官的图像重建方法，该方法生成的楨物模型具有逼真的造型，且具有较好的重建速度。2009年，中科院的迟小羽等提出了对植物叶子形态变化过程进行建模与仿真的新方法。结合了植物学原理和物理学原理，运用力学模型进行仿真，能够生成大量变形的叶子序列。但该方法完全根据物理仿真的方式，模拟耗时太长，一般需要数小时才能完成。前人的研究中，大部分都只是考虑了叶片在正常生长状态下的形态模型对叶片在高温、缺水等特殊条件下的卷曲、萎缩模拟仍然其少涉及，叶片的萎蔫变化

7、，就较少有人研宄。在农业方面，对植物叶片在缺水状态下发生萎蔫的研究是很有价值意义的。二、基于图像的真实感植物叶片几何建模在进行植物叶片外观建模方法的研宂分析后，提出基于图像的真实感楨物叶片几何建模方法，首先，利用开源计算机视觉库OpenCV获取叶片关键点，然后对叶片曲面进行网格剖分以及网格细分获得理想的叶片网格模型，最后，利用纹理贴阁技术生成岛度真实感的叶片模型，实现多种植物叶片儿何模型的建模。(1)祖物叶片建模方法的对比：基于参数化的曲线曲血植物叶片建模(针对形状规则的物体來说能够获得很好的结果，对于楨物叶八这种

8、外观形状复杂的物体，一般都不会采用该方法來建模)、基于骨架的植物叶片建模(该方法只能得到叶片的一个大致形态模型，不够精细)、基于三维点云的植物叶片建模(该方法不适合有分裂边缘的叶片，难度较大不易实现)、基于图像的植物叶片建模(该建模法以真实的植物叶片图像作为原始输入数据进行模型重建，避免了耗费精力的叶片数据获取以及测量工作，能够简洁快速地得到完整的叶片图像数