一種植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種植物三維模型網(wǎng)格無縫融合 的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的三維建模是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)的重要內(nèi)容之一。由于植物 是由枝條、葉子、花、果實(shí)等不同器官組成的復(fù)雜對(duì)象，在目前的植物三維模型構(gòu)建方法中， 通常是先建立植物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型（或者骨架模型），然后再生成各個(gè)器官的三維網(wǎng)格曲 面，從而獲得整株植物的三維模型。但在這種方法中，由于各個(gè)器官的網(wǎng)格曲面都是單獨(dú)構(gòu) 建，因此在整株植物的三維模型，不同器官的網(wǎng)格是不相連的，存在相互穿插或分離等諸多 不合理現(xiàn)象。這種不相連會(huì)造成一些問題，如視覺上的不同器官連接處不連貫、不自然，也 影響對(duì)植物株型進(jìn)行力學(xué)性能和生理特征分析等科學(xué)研宄的準(zhǔn)確性。
[0003] 為了避免在生成植物的三維模型時(shí)不同器官之間的網(wǎng)格上存在不連接的現(xiàn)象，有 研宄者提出了基于變分隱式曲面的方法，這種方法能夠在植物的骨架模型上直接生成網(wǎng)格 全部連接的植物三維模型。但是，該方法的計(jì)算代價(jià)極高，即便對(duì)一棵枝條稀少的植物，三 維模型生成仍然需要十幾分鐘的時(shí)間，因此很難在交互設(shè)計(jì)、生長(zhǎng)模擬等需要實(shí)時(shí)生成網(wǎng) 格的應(yīng)用中使用。同時(shí)，該方法僅能夠?qū)涓?、枝條等類圓形的植物器官適用，當(dāng)植物的骨 架模型中包括葉子、花朵等器官時(shí)，該方法將不能對(duì)這類帶扁平曲面的器官進(jìn)行處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法及系統(tǒng)，能 夠解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)時(shí)構(gòu)建不同器官的網(wǎng)格相連接的植物三維模型的問題。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：
[0006] -方面，本發(fā)明提出了一種植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法，包括：
[0007] 建立植物的三維模型，并記錄所述三維模型中枝條的三維網(wǎng)格曲面上的檢測(cè)點(diǎn)信 息；
[0008] 利用所述檢測(cè)點(diǎn)信息對(duì)所述三維模型中的枝條進(jìn)行相交檢測(cè)；
[0009] 根據(jù)所述相交檢測(cè)的結(jié)果對(duì)所述枝條進(jìn)行網(wǎng)格更新；
[0010] 根據(jù)所述網(wǎng)格更新的結(jié)果對(duì)所述枝條進(jìn)行網(wǎng)格修補(bǔ)。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例提供的植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法，在植物三維網(wǎng)格曲面生 成后，通過對(duì)所有枝條進(jìn)行相交檢測(cè)、網(wǎng)格更新和網(wǎng)格修補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)所生成的植物三維模 型中，不同枝條的網(wǎng)格曲面無縫地融合在一起；同時(shí)枝條的相交檢測(cè)、網(wǎng)格更新和網(wǎng)格修補(bǔ) 都在很小的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行，因而能夠滿足植物三維模型構(gòu)建中的實(shí)時(shí)交互設(shè)計(jì)需要，較之 現(xiàn)有技術(shù)，能夠解決不能實(shí)時(shí)構(gòu)建不同器官的網(wǎng)格相連接的植物三維模型的問題。
[0012] 另一方面，本發(fā)明提出了一種植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的系統(tǒng)，包括：
[0013] 預(yù)處理單元，用于建立植物的三維模型，并記錄所述三維模型中枝條的三維網(wǎng)格 曲面上的檢測(cè)點(diǎn)信息；
[0014] 檢測(cè)單元，用于利用所述檢測(cè)點(diǎn)信息對(duì)所述三維模型中的枝條進(jìn)行相交檢測(cè)；
[0015] 更新單元，用于根據(jù)所述相交檢測(cè)的結(jié)果對(duì)所述枝條進(jìn)行網(wǎng)格更新；
[0016] 修補(bǔ)單元，用于根據(jù)所述網(wǎng)格更新的結(jié)果對(duì)所述枝條進(jìn)行網(wǎng)格修補(bǔ)。
[0017] 本發(fā)明實(shí)施例提供的植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的系統(tǒng)，在植物三維網(wǎng)格曲面生 成后，通過對(duì)所有枝條進(jìn)行相交檢測(cè)、網(wǎng)格更新和網(wǎng)格修補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)所生成的植物三維模 型中，不同枝條的網(wǎng)格曲面無縫地融合在一起；同時(shí)枝條的相交檢測(cè)、網(wǎng)格更新和網(wǎng)格修補(bǔ) 都在很小的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行，因而能夠滿足植物三維模型構(gòu)建中的實(shí)時(shí)交互設(shè)計(jì)需要，較之 現(xiàn)有技術(shù)，能夠解決不能實(shí)時(shí)構(gòu)建不同器官的網(wǎng)格相連接的植物三維模型的問題。
【附圖說明】
[0018] 通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0019] 圖1為本發(fā)明植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法一實(shí)施例的流程示意圖；
[0020] 圖2為圖1中Sl -實(shí)施例的流程示意圖；
[0021] 圖3為圖1中S2-實(shí)施例的流程示意圖；
[0022] 圖4為圖1中S2另一實(shí)施例的流程示意圖；
[0023] 圖5為圖1中S2又一實(shí)施例的流程示意圖；
[0024] 圖6為圖1中S4 -實(shí)施例的流程示意圖；
[0025] 圖7為一個(gè)包含兩根枝條的骨架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖8為從圖7所示的枝條骨架結(jié)構(gòu)生成的三維網(wǎng)格示意圖；
[0027] 圖9為圖8所示的植物三維網(wǎng)格的局部放大示意圖；
[0028] 圖10為對(duì)圖8所示的植物三維網(wǎng)格進(jìn)行初步網(wǎng)格融合的局部放大示意圖；
[0029] 圖11為對(duì)圖8所示的植物三維網(wǎng)格進(jìn)行最終網(wǎng)格融合的局部放大示意圖；
[0030] 圖12為本發(fā)明植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的系統(tǒng)一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖13為圖12中預(yù)處理單元一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖14為圖12中檢測(cè)單元一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖15為圖12中檢測(cè)單元另一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖16為圖12中檢測(cè)單元又一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖17為圖12中修補(bǔ)單元一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037] 參看圖1，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法，包括：
[0038] Sl、建立植物的三維模型，并記錄所述三維模型中枝條的三維網(wǎng)格曲面上的檢測(cè) 點(diǎn)信息；
[0039] S2、利用所述檢測(cè)點(diǎn)信息對(duì)所述三維模型中的枝條進(jìn)行相交檢測(cè)；
[0040] S3、根據(jù)所述相交檢測(cè)的結(jié)果對(duì)所述枝條進(jìn)行網(wǎng)格更新；
[0041] S4、根據(jù)所述網(wǎng)格更新的結(jié)果對(duì)所述枝條進(jìn)行網(wǎng)格修補(bǔ)。
[0042] 本發(fā)明實(shí)施例提供的植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法，在植物三維網(wǎng)格曲面生 成后，通過對(duì)所有枝條進(jìn)行相交檢測(cè)、網(wǎng)格更新和網(wǎng)格修補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)所生成的植物三維模 型中，不同枝條的網(wǎng)格曲面無縫地融合在一起；同時(shí)枝條的相交檢測(cè)、網(wǎng)格更新和網(wǎng)格修補(bǔ) 都在很小的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行，因而能夠滿足植物三維模型構(gòu)建中的實(shí)時(shí)交互設(shè)計(jì)需要，較之 現(xiàn)有技術(shù)，能夠解決不能實(shí)時(shí)構(gòu)建不同器官的網(wǎng)格相連接的植物三維模型的問題。
[0043] 可選地，參看圖2,在本發(fā)明植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法的另一實(shí)施例中， 所述記錄所述三維模型中枝條的三維網(wǎng)格曲面上的檢測(cè)點(diǎn)信息（SI)，包括：
[0044] S10、獲取植物主要枝條的骨架結(jié)構(gòu)，并記錄每根枝條骨架線的母枝；
[0045] S11、采用基于骨架線的網(wǎng)格化方法生成每根枝條的三維網(wǎng)格曲面，記每根枝條對(duì) 應(yīng)的三維網(wǎng)格曲面的三角形集合為Tbi，同時(shí)記錄每根枝條底部的中心點(diǎn)、頂部的中心點(diǎn)和 底部的邊緣點(diǎn)信息；其中，i表示枝條的序號(hào)，枝條底部的中心點(diǎn)表示為V si，枝條頂部的中 心點(diǎn)表示為&，枝條底部邊緣點(diǎn)存儲(chǔ)在頂點(diǎn)集EVbi中。
[0046] 本實(shí)施例中，可以利用三維數(shù)字化儀獲取或者通過基于三維點(diǎn)云的骨架提取方法 得到植物主要枝條的骨架結(jié)構(gòu)。
[0047] 可選地，參看圖3至圖5,在本發(fā)明植物三維模型網(wǎng)格無縫融合的方法的另一實(shí)施 例中，所述利用所述檢測(cè)點(diǎn)信息對(duì)所述三維模型中的枝條進(jìn)行相交檢測(cè)（S2)，包括：
[0048] S20、對(duì)于每根枝條，判斷該枝條是否存在母枝，若該枝條存在母枝，則對(duì)該枝條底 部邊緣點(diǎn)集EVbi中的每個(gè)頂點(diǎn)V j，判斷該枝條頂部的中心點(diǎn)Vei與V j的連線/^,^是否與該 枝條的母枝條對(duì)應(yīng)的三維網(wǎng)格曲面的三角形集合中的一個(gè)三角形相交；
[0049] S21、若-?與該枝條的母枝條對(duì)應(yīng)的三維網(wǎng)格曲面的三角形集合中的一個(gè)三角 形相交，則將該三角形加入臨時(shí)集合Tbi t中；
[0050] S22、判斷所述集合Tbi t中的三角形的數(shù)量是否大于0,若所述集合Tbi t中的三角 形的數(shù)量大于〇,則計(jì)算?與所述集合Tbi ,中每個(gè)三角形的相交點(diǎn)，并選取與該枝條頂部 的中心點(diǎn)Vei的距離最近