骨架,是指用與原模型連通性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相一致的細(xì)曲線作為理想表達(dá)的一種對象表示,保留了原始模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它能夠清晰簡潔的表示出樹木的枝干結(jié)構(gòu)。樹木骨架模型不僅是樹木三維幾何造型構(gòu)建的基礎(chǔ),且對模擬剪枝、景觀設(shè)計、精準(zhǔn)林業(yè)等領(lǐng)域研究具有重要意義。利用三維激光掃描儀對樹木掃描得到點云數(shù)據(jù),以此為數(shù)據(jù)源,經(jīng)過配準(zhǔn)、去噪、分割、稀疏、計算骨架點,最終構(gòu)建樹木骨架線。樹木骨架模型廣泛應(yīng)用于植物建模、林業(yè)測量、測繪圖像學(xué)等領(lǐng)域,伴隨著樹木骨架應(yīng)用范圍的不斷拓展,由于受樹木的高度、不規(guī)則的幾何形態(tài)及樹枝的復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制,樹木骨架提取算法愈加困難,精度難以保證。本文研究樹木的分枝方式,研究每類分枝方式的枝干分布規(guī)律并設(shè)計模型化表示方法,利用模型化的表示方法設(shè)計骨架線的構(gòu)建算法,使其能夠保留原始樹木模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并且能夠清晰簡潔的表示出樹木的枝干結(jié)構(gòu)。本文通過對不同分枝方式的樹木進(jìn)行三維掃描點云數(shù)據(jù)的處理,不僅可以快速構(gòu)建樹木的骨架線結(jié)構(gòu)模型,而且可以利用這一結(jié)構(gòu)模型提取出樹木的形態(tài)特征,實現(xiàn)智慧林業(yè)這一可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本文主要以樹木的點云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行點云數(shù)據(jù)預(yù)處理研究以及樹木骨架提取算法的研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹了構(gòu)建骨架對建模的重要性,并歸納了骨架提取的發(fā)展背景。對激光掃描技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析,總結(jié)出激光測量技術(shù)與傳統(tǒng)測量技術(shù)的差異,并把三維激光掃描技術(shù)運用到構(gòu)建樹木枝干骨架中。(2)研究樹木的分枝方式,總結(jié)生物學(xué)上根據(jù)樹木的生長結(jié)構(gòu)劃分不同的分枝方式,研究每類分枝方式的樹木枝干分布規(guī)律,對樹木枝干點云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并把數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。(3)從三維激光掃描儀掃描的原理、技術(shù)特點出發(fā),探究三維激光掃描儀的核心技術(shù),總結(jié)三維激光掃描儀采集點云數(shù)據(jù)過程中的注意事項,掌握了三維點云數(shù)據(jù)的組織與檢索方法,使用Kd-tree對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行快速最近鄰查找,采用八叉樹模型建立點云拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(4)研究點云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)原理以及初步配準(zhǔn)、精確配準(zhǔn)方法。通過隨機(jī)采樣、聚類等方法進(jìn)行點云數(shù)據(jù)的稀疏,研究了點云數(shù)據(jù)的初始去噪算法。利用基于三維點云數(shù)據(jù)的K-means均值聚類算法,能較好的去除大部分樹葉,更加精準(zhǔn)計算樹木枝干的骨架點。為了實現(xiàn)更好的去噪效果,合軸分枝與單軸分枝分別用了雙邊濾波算法、拉普拉斯去噪算法并進(jìn)行去噪效果對比,多次去噪使得去噪后的模型既能保持樹木枝干生長特征,又能減少對模型造成的磨損變形。(5)實現(xiàn)了針對不同分枝方式的樹木枝干骨架提取算法,根據(jù)合軸分枝與單軸分枝的枝干生長特征,采用切片法與縮放法計算樹木的骨架點,從而構(gòu)建樹木骨架線,并對比分析兩種骨架提取方法結(jié)果。
【學(xué)位單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S712
【部分圖文】：

Chen 等人[12]提出 ICP 算法點到面的形式，算出點的切線的交點，需要搜索的配準(zhǔn)點是當(dāng)前點云的點在交點算點和參考點云表面最小化度量函數(shù)來搜索點，算法的效率度是最高點。Park[13]等人提對此提出了優(yōu)化算法。將點云數(shù)參考點云的表面上，并將得到的投影點重新投影到當(dāng)前點云樣能夠準(zhǔn)確、快速地找到交叉點。實驗結(jié)果表明這種方法對角的配準(zhǔn)問題來說是十分有用的。

據(jù)的邊界［xmin，xmax］、［行劃分體素，分辨率的計算 ）（ ）（α為調(diào)節(jié)單個體素邊長的素空間的 L，C，P 方向的= ( ) = ( ) = ( ) 體素空間中得到相應(yīng)的體素體素空間，每個體素的值

圖 1-3 體素空間平面投影Fig.1-3 voxel spatial projection結(jié)構(gòu)安排述了建立樹木骨架線對樹木三維模型是十性，接著研究樹木的分枝方式，總結(jié)生物分枝方式，研究每類分枝方式的樹木枝干，并把數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。然征入手，研究三維激光掃描技術(shù)，掌握了在三維激光掃描儀采集點云數(shù)據(jù)過程中的行快速最近鄰查找，采用八叉樹模型進(jìn)行建理和初步配準(zhǔn)、精確配準(zhǔn)方法。通過重采縮，研究了點云數(shù)據(jù)的初始去噪算法，通好的去除不需要的樹葉，這樣提取樹木枝更好的去噪效果，合軸分枝與單軸分枝分
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2855250