基于实测数据和NURBS曲面的小麦叶片三维可视化

李书钦; 刘海龙; 诸叶平; 李世娟; 刘升平; 张红英; 李中阳

doi:10.19303/j.issn.1008-0384.2016.07.021

基于实测数据和NURBS曲面的小麦叶片三维可视化

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.07.021

1.
中国农业科学院农业信息研究所, 农业部农业信息服务技术重点实验室, 北京 100081
2.
北方工业大学信息中心, 北京 100144
3.
中国农业科学院农田灌溉研究所, 河南新乡 453002

基金项目:

国家863计划项目 2013AA102305

中国农业科学院创新工程项目 CAAS-ASTIP-2016-AII-03

详细信息

作者简介:
李书钦(1984-),男,博士生,主要从事作物三维可视化和虚拟现实研究

通讯作者:
诸叶平(1959-),女,研究员,主要从事农业信息技术研究(E-mail:zhuyeping@caas.cn)

中图分类号: S512.1;TP391.9
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出版历程
- 收稿日期: 2016-04-02
- 修回日期: 2016-05-10
- 刊出日期: 2016-07-01

3-D Visualization of Wheat Leaves Using Measured Data and NURBS Surface

1.
Agricultural Information Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Agri-Information Service Technology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China
2.
Information Center, North China University of Technology, Beijing 100144, China
3.
Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang, He'nan 453002, China

摘要

摘要: 小麦三维可视化在农业生产、作物生长预测等领域具有重要应用价值，将为作物株型选育，高产、高效栽培等提供有力技术支撑。针对小麦叶片三维形态不易模拟的问题，基于田间试验实测数据和NURBS自由曲面造型技术，构建小麦叶片主脉控制点构造算法，计算小麦叶片NURBS曲面控制点坐标，并借助OpenGL图形库实现了不同控制点序列下的小麦叶片曲面模拟。试验结果表明，该方法计算效率较高，绘制的小麦叶片模型具有较高平滑度和真实感。
- 实测数据 /
- NURBS曲面 /
- 三维可视化 /
- 控制点
Abstract: 3-D visualizationis valuable for forecasting wheat production, as well as the breeding, yield, and cultivation of the crop. However, developing the technique to virtually simulate wheat leaves faced difficult challenges in the past. This study attempted to overcome the obstacle by applying selected measurements on the leaves to feed in the Non-uniform rational Basis spline(NURBS) mathematic model for a 3-D graphic representation of the leaves. Firstly, the algorithm for control points of the main veins on a wheat leaf was established. Secondly, the coordinates for the NURBS surface control points were calculated. And, finally, a simulation model under different control point sequence was constructed with the aid of open Graphics Library(OpenGL). The resulting algorithm was found to be highly efficient, and the simulated image sexceedingly smooth and realistic.
- mesured data /
- NURBS /
- 3-D visualization /
- control point

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图 1 直立叶形主脉控制点结构

Figure 1. Control points of main veins on an upright wheat leaf

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图 2 弯曲叶形主脉控制点结构

Figure 2. Control points of main veins on abent wheat leaf

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图 3 基于OpenGL的NURBS曲面绘制过程

Figure 3. NURBS surface constructed with aid of OpenGL

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图 4 4*4控制点小麦叶片模型

Figure 4. Simulation model for wheat leaf with 4*4 control points

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图 5 5*5控制点小麦叶片模型

Figure 5. Simulation model for wheat leaf with 5*5 control points

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图 6 7*7控制点小麦叶片模型

Figure 6. Simulation model for wheat leaf with 7*7 control points

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表 1 3种小麦叶片模型内存使用量

Table 1. Memory usages by 3 wheat leaf models

控制点类别控制点数目内存使用量/kB

4*4控制点 16 90712

5*5控制点 25 90892

7*7控制点 49 91064

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参考文献(16)

[1]	郭新宇,赵春江,刘洋,等. 基于生长模型的玉米三维可视化研究[J].农业工程学报,2007,23(3):121-125. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYGU200703025.htm
[2]	ADAM R, MARTIN F, BRENDAN L, et al. Modeling and visualization of leaf venation patterns[J]. ACM Transactions on Graphics (TOG),2005,24(3):702-711. doi: 10.1145/1073204
[3]	邓旭阳,周淑秋,郭新宇,等.基于Cardinal样条插值和三角面片的叶片静态建模[J].计算机工程与应用,2004,(25):199-204. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSGG200425061.htm
[4]	ABD E,YASSER M.A new model for the structure of leaves[J].J Software,2011,6(4):670-677. http://cn.bing.com/academic/profile?id=2053116336&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
[5]	陆声链, 郭新宇, 李长锋. 3维植物叶片精确建模和绘制技术研究[J].中国图象图形学报,2009,14(4):731-737. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGTB200904026.htm
[6]	QUAN L, TAN P, ZENG G, et al. Image-based plant modeling[J].ACM Transactions on Graphics, 2006, 25(3):599-604. doi: 10.1145/1141911
[7]	MUNDERMANN L, MACMURCHY P, PIVOVAROV J, et al. Modeling lobed leaves[C]//The Proceedings of the Computer Graphics International. Tokyo:CGI Press,2003:60-65.
[8]	胡少军, 何东健, 耿楠, 等. 基于图像处理的小麦叶片形态的三维重建[J]. 农业工程学报,2007,23(1):150-154. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYGU200701027.htm
[9]	LOCH B.Surface fitting for the modeling of plant leaves[D].Brisbane:University of Queensland,Doctor Dissertation,2004:26-38.
[10]	OQIELAT M N,BELWARD J A,TUMER I W,et al. A hybridclough-tocher radial basis function method for modeling leaf surfaces[C]//Proceedings of MODSIM 2007 International Congress on Modelling and Simulation. New Zealand,2007,400-406.
[11]	孙智慧,陆声链,郭新宇,等.基于点云数据的作物叶片曲面重构方法[J].农业工程学报,2012,28(3):184-190.
[12]	赵春江,郭新宇,陆声链.农林作物生长系统虚拟设计与仿真[M].北京:科学出版社,2010:318-323.
[13]	PIEGL, L,TILLER W.非均匀有理B样条:第2版[M]北京:清华大学出版社.2010:86-90.
[14]	施法中.计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条:修订版[M].北京:高等教育出版社,2013:218-220.
[15]	DAVE,S.OpenGL编程指南[M].北京:机械工业出版社,2010:358-360.
[16]	刘丹,诸叶平,刘海龙,等.植物三维可视化研究进展[J].中国农业科技导报, 2015,17(1):23-31. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NKDB201501006.htm