基于Kinect的虚拟果树交互式修剪研究.pdf

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4、niversitycode:10712UDC:626.8Postgraduatenumber:2013051278Confidentialitylevel:PUBLICThesisforMaster’sDegreeNorthwestA＆FUniversityin2016INTERACTIVEPRUNINGOPERATIONONVIRTUALFRUITTREEBASEDONKINECTMajor:AgriculturalElectrificationandAutomationResearchfie

5、ld:IntelligentDetectionTechnologyNameofPostgraduate:WangDanAdviser:Prof.HeDongjianDateofsubmission:April,2016YanglingShaanxiChina项目来源本论文由国家高技术研究发展计划项目“作物生长三维形态快速获取与重构技术”资助完成（项目编号：2013AA10230402）。基于Kinect的虚拟果树交互式修剪研究摘要果树修剪是果树管理过程中的关键技术，可以有效促进果树生长，保持良好

6、树体结构，提高果实产量和品质。目前，新一代果农和果树专业学生学习果树修剪技术多通过书籍、视频、科技人员指导等，然而，果树修剪技术性强、修剪方法灵活，且其不可逆性决定了初学者少有机会实际操作，难以掌握正确的修剪方法。因此，研究并设计一个方便直观、易于操作、过程可逆的果树修剪训练平台具有重要应用价值。本文在分析传统果树修剪技术教学方式的基础上，引入Kinect体感设备，研究虚拟果树枝条快速修剪方法、自然人机交互技术在虚拟果树修剪上的实现方法，开发基于手势交互的虚拟果树修剪系统。本文的主要工作和结论如

7、下：（1）虚拟果树枝条快速修剪方法研究。分析比较几种常见三维拾取方法，根据已有三维果树模型特点及虚拟果树修剪对拾取精度的需求，提出一种结合帧缓冲区对象的射线拾取方法。首先通过创建帧缓冲区对象，构建用户不可见的虚拟屏幕，获取选中枝干单元索引，然后计算该枝干单元与拾取射线之间的交点，从而得到拾取点的空间位置。最后，结合拾取点的坐标及果树模型拓扑结构，寻找符合自然剪枝效果的待修剪枝条集合，修改果树模型数据，实现了虚拟果树枝条的快速、准确修剪。该方法以空间中的点为拾取精度，且避免了传统射线拾取法中大量的

8、三维空间物体的求交运算，可有效提高运算速度与枝条拾取精度。（2）虚拟修剪控制手势交互设计。结合虚拟果树修剪应用需求和人机交互设计原则，设计了9种虚拟修剪控制手势。通过Kinect获取人体骨骼数据，用状态机匹配识别手势类型，建立不同手势与鼠标和键盘事件之间的映射关系，当系统识别出用户手势后，根据控制指令触发相应操作事件，实现了控制手势交互代替鼠标和键盘交互。并针对光标抖动造成细小枝条选择和修剪失败的问题，提出了骨骼平滑和对象捕捉的处理方法。（3）虚拟果树交互式修剪系统的设计与实现。本文以Visua