玉米三维模型的重构及时序插值技术研究

摘要

随着科技的进步，计算机图形学与虚拟技术得到很大的发展，利用计算机建立虚拟模型也成为一个热门话题。日常生活中所见到的植物不仅种类繁多，更为整个世界增添了很多色彩，为人们提供了赖以生存的食物。因此，植物虚拟三维模型的建立已成为图形学领域的一大热点，而且虚拟植物模型的应用前景非常广泛，比如设计数字化城市、制作游戏场景以及进行遥感实验。对农作物进行虚拟模型的建立可以进行虚拟试验以研究出更高产量的农作物，建立虚拟农场可以更好地实现农田的管理。
　　本文主要以玉米为目标进行虚拟模型研究，主要研究内容有以下几个方面：
　　1、几何参数建模方法研究。对非均匀B样条曲面(简称NURBS)的概念进行阐述，了解NURBS曲面拟合所需条件：控制点和节点矢量。对玉米植株进行测量获得地上各部分器官的几何参数，然后根据控制点相关算法求取控制叶鞘和叶片组成的NURBS曲面的控制点和节点矢量，再根据NURBS拟合算法得到表示叶鞘和叶片的NURBS曲面。根据得到的茎秆高和半径，画圆柱代替玉米的茎秆，最后将两个模型组合起来得到完整玉米植株的模型。
　　2、点云数据建模方法研究。从三个方向对玉米植株进行扫描获得玉米植株表面点的三维空间坐标，再对获得的数据进行拼接得到完整玉米植株数据。由于数据量巨大，首先对数据进行一些预处理，如去噪、精简等；另外，玉米的叶片类似于二维空间的一个曲面，而茎秆相当于圆柱，为了方便建模，对叶片和茎秆进行分割；然后利用区域增长算法实现叶片建模，并用圆柱拟合算法实现茎秆的建模；最后将得到的模型整合在一起组成完整的植株模型。
　　3、时序插值方法研究。测量两个时段玉米植株的几何参数，然后利用关键帧技术的插值函数求出两个时段几何参数之间的线性关系，最后利用这个线性关系得到玉米中间状态的生长过程并得到其模型。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 发展趋势

1.4 本文的主要工作及结构安排

第二章 玉米参数化建模方法研究

2.1 NURBS曲面基本概念和原理

2.2 测量参数

2.3 建模流程图

2.4 求取控制点

2.5 建立叶片模型

2.6 建立茎秆模型

2.7 玉米模型纹理贴图

2.8 本章小结

第三章 玉米点云数据建模方法研究

3.1 技术流程图

3.2 获取点云数据

3.3 点云数据的预处理

3.4 叶片模型的建立

3.5 茎秆模型的建立

3.6 本章小结

第四章 时序插值方法研究

4.1 插值算法介绍

4.2 参数关键帧时序插值技术

4.3 本章小结

第五章 结果展示与分析

5.1 几何参数化建模

5.2 点云数据建模

5.3 时序插值结果

5.4 结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的成果