虛擬植物三維模型不僅可以用在影視制作、游戲場(chǎng)景構(gòu)建等文化生活領(lǐng)域,也可用在植物學(xué)、農(nóng)學(xué)等科研領(lǐng)域。植物器官作為植物的重要組成部分,也是重建虛擬植物模型的重要環(huán)節(jié)。在目前的植物器官建模方法中,針對(duì)葉片的建模方法逐漸由原來(lái)的從外部特征入手過(guò)渡到從植物的發(fā)生機(jī)理出發(fā)。近年來(lái)較為有效的方法,利用L系統(tǒng)模擬植物葉片的形態(tài)發(fā)生機(jī)理,僅通過(guò)改變參數(shù)就能生成出多種形態(tài)的植物葉片。但由于葉片形態(tài)發(fā)生機(jī)理的復(fù)雜性,這種方法只能得到二維形態(tài)的葉片模型。針對(duì)植物塊狀植物器官的建模方法中,由于其生長(zhǎng)過(guò)程復(fù)雜,目前仍以基于點(diǎn)云的建模方法方式為主。相比于圖像、激光等點(diǎn)云獲取方式,Kinect提供了一種成本適中且精度相對(duì)較高的點(diǎn)云獲取途徑。但目前Kinect多用于形態(tài)特征明顯的物體的重建過(guò)程。而針對(duì)植物塊狀器官這種體積較小,形狀特征較為單一的物體的建模方法的研究相對(duì)較少,且已有的方法自動(dòng)化程度較低。本文利用計(jì)算機(jī)圖形以及機(jī)器視覺(jué)相關(guān)知識(shí),研究了基于L系統(tǒng)的三維形態(tài)植物葉片建模方法,以及基于Kinect V2 RGB-D數(shù)據(jù)的植物塊狀器官點(diǎn)云建模方法,此外設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套植物主要器官點(diǎn)云建模系統(tǒng)。本文主要工作如下:1.... 

【文章來(lái)源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

L系統(tǒng)建模結(jié)果[29]

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2-1L系統(tǒng)建模結(jié)果[29]Figure2-1.Lsystemmodelingresults[29]從上文可以看出，L系統(tǒng)非常適合于植物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表達(dá)。此外為了表達(dá)復(fù)雜植物結(jié)構(gòu)以及植物的生長(zhǎng)過(guò)程，還有隨機(jī)L系統(tǒng)[36]、參數(shù)化L系統(tǒng)[37]等針對(duì)L系統(tǒng)的擴(kuò)展系統(tǒng)。2．vlabVirtualLaboratory（vlab）[38]是Przemyslaw等人開(kāi)發(fā)的基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的對(duì)L系統(tǒng)和海龜幾何學(xué)的跨平臺(tái)的交互式軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)提供了對(duì)象管理，模型預(yù)覽，曲面編輯，代碼編輯等眾多功能。如圖2-2所示。通過(guò)該系統(tǒng)可以使用L+C建模語(yǔ)言［39］設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)L系統(tǒng)的規(guī)則和產(chǎn)生式，并得到圖形化的模型。以此來(lái)構(gòu)建和模擬三維植物模型。圖2-2vlab系統(tǒng)界面截圖Figure2-2.vlabsysteminterfacescreenshotL+C建模語(yǔ)言是對(duì)C++語(yǔ)言的擴(kuò)展，包含了與L系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的基本規(guī)則要素。同時(shí)從工程角度來(lái)講，提供了模塊等語(yǔ)法功能的實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯上代碼塊的封裝和重用，圖2-3使用L+C語(yǔ)言構(gòu)建的百合花模型。

植物主要器官三維重建及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)11圖2-3L+C語(yǔ)言構(gòu)建的百合花模型[29]Figure2-3.lilymodelconstructedbyL+Clanguage[29]3．CGALCGAL（TheComputationalGeometryAlgorithmsLibrary）[40],是一個(gè)應(yīng)用廣泛的C++計(jì)算幾何算法庫(kù)，提供了很多計(jì)算幾何算法的STL實(shí)現(xiàn)。本文中在葉表面的三維形態(tài)模擬方面使用到了CGAL。2.2用于點(diǎn)云建模過(guò)程的工具1．KinectV2SDKKinectV2SDK是微軟為KinectV2提供的軟件開(kāi)發(fā)工具包，包含為C#和C++語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序接口（API）。KinectV2SDK包含深度數(shù)據(jù)模塊、紅外數(shù)據(jù)模塊、RGB彩色數(shù)據(jù)模塊、音頻數(shù)據(jù)模塊、坐標(biāo)系統(tǒng)映射模塊、面部識(shí)別與追蹤模塊、人體及姿勢(shì)識(shí)別追蹤模塊、精細(xì)追蹤模塊等幾大部分。本文中使用用于C++語(yǔ)言的API，并且主要使用了深度數(shù)據(jù)模塊、紅外數(shù)據(jù)模塊、RGB彩色數(shù)據(jù)模塊、坐標(biāo)系統(tǒng)映射模塊，用于從KinectV2中獲取數(shù)據(jù)。KinectV2API本身采用基于面向?qū)ο笏枷氲倪M(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。而深度數(shù)據(jù)，紅外數(shù)據(jù)，RGB彩色數(shù)據(jù)均以視頻流的形式提供。利用基于C++的API從KinectV2讀取數(shù)據(jù)的基本流程如下：Step1：首先定義IKinectSensor類型的設(shè)備指針，只有使用GetDefaultKinectSensor()方法將指針指向硬件設(shè)備。Step2：調(diào)用IKinectSensor類的Open()打開(kāi)啟動(dòng)設(shè)備Step3：定義數(shù)據(jù)源指針，包括深度數(shù)據(jù)源類型IDepthFrameSource，彩色數(shù)據(jù)源類型IColorFrameSource，紅外數(shù)據(jù)源類型IInfraredFrameSource。調(diào)用IKinectSensor類提供的get_DepthFrameSource()方法將數(shù)據(jù)源指針指向相應(yīng)的數(shù)據(jù)源。Step4：定義相應(yīng)類型的數(shù)據(jù)源格式描述符指針，并調(diào)用相應(yīng)的


本文編號(hào)：3043809