油菜地上部形態(tài)結(jié)構(gòu)模型動(dòng)態(tài)模擬研究.pdf

1、虛擬作物是對(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程中形態(tài)結(jié)構(gòu)以及影響因子與其相關(guān)關(guān)系進(jìn)行模擬，并且采用計(jì)算機(jī)中的動(dòng)態(tài)展示技術(shù)對(duì)其生長(zhǎng)過(guò)程中的變化規(guī)律進(jìn)行可視化表達(dá)。虛擬作物的一個(gè)重要研究方向是作物形態(tài)特征的分析與提取，目前油菜形態(tài)模型模擬包括油菜地上部形態(tài)結(jié)構(gòu)研究與根系形態(tài)結(jié)構(gòu)研究，本文主要利用三維掃描手段獲取油菜的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)其形態(tài)特征進(jìn)行分析和測(cè)量，通過(guò)生長(zhǎng)參數(shù)的提取分析，為油菜栽培管理、株型控制等相關(guān)研究提供依據(jù)。
　　三維激光掃描儀的快速發(fā)展為高

2、精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取提供了新的手段，本文利用三維掃描儀獲取油菜植株點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并建立油菜葉片曲面重構(gòu)模型和油菜葉曲線(xiàn)模型，從兩種模型可以提取油菜生長(zhǎng)參數(shù):葉片面積、葉長(zhǎng)、葉傾角等完成了油菜生長(zhǎng)形態(tài)參數(shù)的無(wú)損化測(cè)量以及生長(zhǎng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)油菜葉片三維重建，本文采用以下步驟進(jìn)行油菜葉片三維重建。首先對(duì)油菜葉片點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立KD樹(shù)并構(gòu)建空間拓?fù)潢P(guān)系，并采用K-近鄰算法和人機(jī)交互的方式對(duì)油菜的點(diǎn)云數(shù)

3、據(jù)進(jìn)行降噪處理。其次，對(duì)比分析了基于隨機(jī)采樣算法、基于點(diǎn)間距均勻分布精簡(jiǎn)算法以及基于曲率的精簡(jiǎn)算法三種方法對(duì)葉片點(diǎn)云進(jìn)行簡(jiǎn)化處理結(jié)果，表明基于曲率的點(diǎn)云簡(jiǎn)化算法顯著提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率，可以大量保留油菜葉脈和葉輪廓特征點(diǎn)。最后，本文基于Delaunay三角化算法對(duì)油菜葉片點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化，并提出基于點(diǎn)間距網(wǎng)格優(yōu)化算法對(duì)油菜網(wǎng)格化結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理，去除多余冗余邊。
　　(2)油菜葉片葉曲線(xiàn)擬合研究，本文采用一般二次方程、一般三次方程、F

4、ourier函數(shù)和正弦和函數(shù)四種方程對(duì)油菜葉中脈進(jìn)行擬合研究，通過(guò)驗(yàn)證參數(shù)對(duì)比檢驗(yàn)，四種曲線(xiàn)模型擬合的判定系數(shù)(R2)都保持在0.9700以上，改進(jìn)Hausdorff距離(LTS-HD)都穩(wěn)定在2.0mm以?xún)?nèi)，擬合模型效果優(yōu)度良好?；跀M合函數(shù)運(yùn)用弧長(zhǎng)公式，計(jì)算得到油菜葉片長(zhǎng)度，通過(guò)對(duì)葉片模擬值與實(shí)測(cè)值的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，四種函數(shù)對(duì)葉長(zhǎng)都有很好的擬合效果，與實(shí)測(cè)值相差不大，相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，對(duì)油菜葉長(zhǎng)的模擬效果很好，其中正弦和函數(shù)擬合效果