小麥主要器官三維可視化技術(shù)研究——以偃展4110為例.pdf

1、作物三維建模及其可視化系統(tǒng)基于作物的生理生態(tài)特性和形態(tài)特征進行研究，通常以作物的器官、個體和群體為研究對象，將其形態(tài)特征、在三維空間中的拓撲結(jié)構(gòu)及其變化進行模擬，并通過計算機等介質(zhì)進行結(jié)果表達。虛擬作物的可視化研究在農(nóng)林學、生態(tài)學、景觀設(shè)計、計算機動畫及計算機教學等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，在植物生長過程研究和自然景觀再現(xiàn)均有重要意義。本研究以特定品種偃展4110的小麥為研究對象，結(jié)合計算機圖形學、虛擬現(xiàn)實和作物學等多學科知識，研究小麥器官

2、的形態(tài)模擬模型、不同生長期器官的幾何模型重建和真實感繪制等核心技術(shù)，且基于.Net平臺和OpenGL組件庫構(gòu)建小麥器官可視化系統(tǒng)。
　　結(jié)合資料數(shù)據(jù)、田間試驗所采集該小麥器官不同生長期的形態(tài)特征數(shù)據(jù)，整理分析特定器官生長狀態(tài)特征，并提取其形態(tài)特征參數(shù)，構(gòu)建其生長模型，并利用相應(yīng)的三維建模技術(shù)實現(xiàn)小麥器官的幾何模擬，并且結(jié)合實際情況對小麥器官的模型控制點進行調(diào)節(jié)以實現(xiàn)器官不同生長周期的形態(tài)及其所發(fā)生的形變狀態(tài)。
　　基于形態(tài)模

3、型與三維重建技術(shù)，分別構(gòu)建了小麥基于形態(tài)特征參數(shù)的單根、莖稈、葉片的幾何模型。利用圓柱體幾何圖元構(gòu)建了根軸基本圖元，并根據(jù)根系的拓撲結(jié)構(gòu)，調(diào)整對單根系進行了幾何建模；使用圓柱體幾何圖元繪制莖節(jié)基本圖元，且用圓形區(qū)分每個莖節(jié)的方式構(gòu)建了小麥莖稈幾何模型；利用NURBS曲面對小麥葉片進行建模，并根據(jù)NURBS曲面特性對曲面進行調(diào)整以獲得葉片形態(tài)模型。另外，結(jié)合小麥植株拓撲結(jié)構(gòu)特征，通過耦合小麥地上器官模型，構(gòu)建了越冬期小麥個體模型。

4、　　三維可視化模擬效果對真實性的要求較高。因此本研究基于 OpenGL圖形部件庫，使用了顏色渲染、紋理貼圖、光照渲染等真實感技術(shù)，對小麥各器官以及單株個體的幾何模型進行了渲染，輸出的三維可視化模型較逼真。在顏色渲染過程中，通過調(diào)用特定小麥器官在不同生長期所對應(yīng)的葉色模型，實現(xiàn)了小麥器官的動態(tài)演變。為了使小麥器官模擬更逼真，紋理貼圖由結(jié)合資料數(shù)據(jù)、基于Agent的小麥生長模擬模型的輸出參數(shù)和田間試驗所拍攝不同生長期的表層特征圖像三方面綜合